Perkembangan Teori Atom

1.   TEORI ATOM JOHN DALTON (1743-1844)

John Dalton adalah seorang guru SMU di Manchester-Inggris. Teori atom Dalton dianggap sebagai awal perkembangan kimia modern dan berhasil membangkitkan kembali istilah atom yang telah memudar. Pendapat Dalton disajikan dalam buku karangannya yang berjudul New System of Chemical Philosophy.

Pada tahun 1803, berdasarkan hukum kekekalan massa dan hukum perbandingan tetap John Dalton mengemukakan pendapatnya mengenai atom. Pendapat tersebut dikenal sebagai postulat atom Dalton. Beberapa postulat atom Dalton sebagai berikut.

1) Atom merupakan partikel terkecil dari suatu unsur yang tidak dapat dibagi lagi menjadi bagian yang lebih kecil dan atom memiliki bentuk seperti bola pejal, Gambar.

Gambar

2) Atom tidak dapat diuraikan, tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan. Atom-atom dalam reaksi kimia hanya mengalami penataan ulang (pemisahan dan penggabungan atom).

3) Atom penyusun suatu unsur memiliki ukuran, massa dan sifat yang sama tetapi berbeda dengan atom unsur lain.

Kelemahan teori atom Dalton yaitu sebagai berikut.

1) Tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan atom unsur yang lain.

2) Dari postulat pertama, tidak dapat menerangkan suatu larutan atau materi yang dapat menghantarkan listrik. Jika atom memiliki bentuk seperti bola pejal bagaimana dapat menghantarkan arus listrik.

3) Dari postulat kedua, ternyata pada reaksi nuklir (reaksi fisi atau pembelahan inti) suatu atom dapat dipecah, diciptakan dan dimusnahkan.

4) Dari postulat ketiga, atom unsur yang sama ternyata dapat mempunyai massa berbeda. Atom unsur yang sama namun mempunyai massa berbeda disebut isotop.

2.   TEORI ATOM THOMSON

Pada tahun 1897 Thomson menemukan elektron. Dari penemuan tersebut, Thomson membuat model atom sebagai berikut.

1) Atom menyerupai sebuah bola pejal yang bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron yang bermuatan negatif secara merata. Model atom ini dikenal juga sebagai model roti kismis. Roti sebagai muatan positif dan kismis sebagai elektron.

Gambar

2) Jumlah elektron yang tersebar sama dengan muatan positif (jumlah proton) sehingga secara keseluruhan atom bersifat netral.

Model atom Thomson tidak bertahan lama karena tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif yang terdapat di dalam suatu atom.

3.   TEORI ATOM RUTHERFORD

Setelah penemuan proton dan elektron, pada tahun 1909 Ernest Rutherford murid J.J. Thomson bersama Hans Geiger dan Ernes Marsden melakukan penelitian lebih lanjut mengenai atom. 

Melalui percobaan penembakan lempeng emas menggunakan sinar alfa (α) Rutherford menemukan inti atom.

Gambar

Berdasarkan percobaannya, Rorherford menyarankan model atom sebagai berikut.

Gambar

1) Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron berbentuk elips seperti planet dalam tata surya.

2) Atom bersifat netral, karena jumlah elektron yang mengelilingi inti atom sama dengan muatan positif pada inti atom.

3) Inti atom sangat kecil namun massa atom berpusat di inti atom. Jari-jari atom sekitar 10 pangkat -10 m, sedangkan jari-jari inti atom sekitar 10 pangkat -15 m.

Kelemahan model atom Rorherford yaitu tidak dapat  menerangkan mengapa elektron tidak jatuh atau tertarik ke inti atom sebagai akibat gaya elektrostatik inti atom terhadap elektron.

Teori Maxwell dalam fisika klasik yang menyatakan:

“suatu partikel bermuatan listrik yang bergerak melingkar akan memancarkan (mengemisikan) energinya dalam bentuk radiasi elektromagnetik sehingga percepatannya makin lama makin berkurang dan akhirnya diam”. 

Berdasarkan teori ini, maka elektron yang mengitari inti atom seperti planet dalam tata surya lama-kelamaan akan jatuh secara spiral menuju inti atom akibat kehilangan energi. Kenyataannya elektron tidak pernah jatuh ke inti atom.

4.   TEORI ATOM NIELS BOHR

Pada tahun 1913 fisikawan Denmark bernama Niels Bohr memperbaiki kelemahan model atom Rutherford. Penjelasan Bohr tentang atom hidrogen dilakukan dengan menggunakan teori kuantum dari Planck.

Gambar

Model atom yang disarankan Bohr adalah sebagai berikut.

1) Atom terdiri dari inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif. 

2) Elektron yang beredar mengelilingi inti atom berada pada tingkat energi tertentu dan memiliki gerakan stasioner (tetap). 

3) Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi akan konstan karena tidak ada energi yang  dipancarkan maupun diserap. 

4) Elektron dapat berpindah dari satu kulit ke kulit yang lain jika memancarkan atau menyerap energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Jika elektron berpindah dari kulit atom yang tingkat energinya rendah menuju kulit yang tingkat energi lebih tinggi maka elektron akan menyerap sejumlah energi.

Begitupun sebaliknya, jika elektron berpindah dari kulit atom yang tingkat energinya tinggi ke kulit atom yang tingkat energinya lebih rendah maka elektron akan melepaskan sejumlah energi. Energi yang diserap atau dilepaskan besarnya sesuai dengan persamaan planck, ΔE = h x v.

Kelemahan model atom Niels Bohr yaitu:

1) Hanya dapat menjelaskan spektrum dari atom hidrogen dan helium yang hanya terionisasi satu kali tetapi tidak dapat menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak.

2) Tidak dapat menjelaskan garis-gris tambahan pada spektrum hidrogen di bawah pengaruh medan magnet dan medan listrik.

3) Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron hanya boleh berada pada tingkat energi tertentu.

5.   TEORI ATOM MODERN

Gambar

Teori atom modern disebut juga teori atom mekanika kuantum atau mekanika gelombang merupakan model atom yang dikembangkan oleh Erwin Schrodinger dan diprakarsai oleh Louis Victor de Broglie dan Werner Heisenberg. Istilah mekanika kuantum merujuk kepada sifat elektron yang mempunyai energi tertentu karena memiliki massa, sedangkan mekanika gelombang ditujukan pada elektron yang bergerak bagaikan gelombang.

Louis Victor de Broglie (1892-1987) menyatakan bahwa tidak hanya cahaya yang memperlihatkan sifat sebagai gelombang, tetapi partikel-partikel kecilpun pada keadaan tertentu dapat memperlihatkan sifat sebagai gelombang.

Dari hal ini Broglie mengemukakan bahwa elektron mempunyai sifat sebagai partikel dan sebagai gelombang yang dikenal dengan dualisme sifat elektron. Sifat elektron sebagai gelombang dibuktikan kebenarannya pada tahun 1927 kemudian diaplikasikan pada mikroskop elektron.

Werner Heisenberg (1901-1976) mengemukakan azas ketidakpastian atau azas ketidaktentuan dari elektron. Berdasarkan percobaan yang dilakukan Heisenberg menyatakan :

“tidak ada metode eksperimen yang dapat dirancang untuk menentukan posisi dan momentum secara cermat dari suatu partikel pada waktu yang bersamaan”. 

Momentum adalah hasil kali antara massa (m) dengan kecepatan (v). Hal ini disebabkan, jika suatu eksperimen dirancang untuk menentukan posisi partikel secara cermat maka ketidakpastian momentum semakin besar. Demikian pula sebaliknya jika suatu percobaan dirancang untuk menentukan momentum partikel secara cermat maka ketidakpastian posisi semakin besar.

Azaz ketidakpastian awalnya tidak dimengerti oleh sebagian besar ahli kimia pada saat itu, termasuk Einstein yang dikenal sebagai bapak fisika modern.

Erwin Schrodinger (1887-1961) berhasil menyusun suatu persamaan yang menghubungkan sifat-sifat gelombang dengan energi elektron, persamaan tersebut disebut persamaan Schrodinger.

Persamaan Schrodinger tidak dikaji secara mendalam, namun dari persamaan tersebut menghasilkan fungsi gelombang (wave function) yang dinyatakan dengan lambang ψ (psi). Ψ sendiri tidak memiliki arti khusus, namun ψ2 menyatakan ruang atau daerah berpeluang besar ditemukan elektron. 

Ruang atau daerah kebolehjadian (probabilitas) paling mungkin ditemukan elektron disebut orbital.

Model atom modern menyerupai model atom Neils Bohr walaupun terdapat beberapa perbedaan. Model atom modern sebagai berikut.

1) Atom terdiri dari inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron. Inti atom tersusun dari proton dan neutron.

2) Elektron-elektron yang mengelilingi inti atom berada pada kulit atom yang memiliki tingkat energi tertentu. 

3) Posisi elektron pada kulit atom tidak dapat ditentukan dengan pasti. Elektron hanya membentuk awan elektron di sekitar inti atom. Pada model atom Niels Bohr posisi elektron pada kulit atom dapat ditentukan dengan pasti. 

4) Kulit atom tersusun dari subkulit-subkulit. Subkulit tersusun dari orbital-orbital. 

5) Posisi elektron dalam orbital dinyatakan menggunakan bilangan kuantum.

UJI KOMPETENSI

1) Diskusikan dengan temanmu kemudian rangkumlah model atom serta kelemahan dari kimiawan-kimiawan berikut.

a) John Dalton
b) Joseph John Thomson
c) Ernest Rutherford
d) Niels Bohr
e) Mekanika kuantum

2) Menurut anda benar atau salah penyataan “atom adalah partikel terkecil dari suatu unsur”. Jelaskan.

3) Apakah perbedaan antara teori atom Dalton dan teori atom Thomson?

4) Apakah persamaan antara teori atom Thomson dan teori atom Rutherford?

5) Model atom Rutherford ternyata bertentangan dengan teori fisika klasik. Jelaskan pertentangan teori tersebut.

6) Apakah kelebihan teori atom Bohr dibandingkan teori atom lainnya?

7) Jelaskan apakah teori atom saat ini merupakan teori atom yang paling benar??