TEORI ATOM

Dalam kimia dan fisika, teori atom adalah teori ilmiah sifat alami materi, yang menyatakan bahwa materi tersusun atas satuan diskret yang disebut atom. Ini dimulai dari konsep filosofis pada masa Yunani kuno dan menjadi aliran ilmiah utama di awal abad ke-19, ketika diungkap dalam bidang kimia. Ilmu kimia ini membuktikan bahwa materi memang berperilaku seperti jika ia tersusun atas atom-atom.

Istilah atom berasal dari kata sifat Yunani Kuno atomos, yang berarti "tidak dapat dipecah".Kimiawan abad ke-19 mulai menggunakan istilah sehubungan dengan meningkatnya jumlah unsur kimia yang tidak dapat diperkecil lagi. Meskipun tampaknya benar, sekitar pergantian abad ke-20, melalui berbagai eksperimen dengan elektromagnetisme dan radioaktivitas, fisikawan menemukan bahwa apa yang disebut "atom yang tidak dapat dipecah" sebenarnya adalah gabungan berbagai partikel subatomik (terutama, elektron, proton dan neutron) yang dapat ada secara terpisah dari satu sama lain. Bahkan, di lingkungan ekstrem tertentu, seperti bintang neutron, suhu dan tekanan ekstrem sama sekali mencegah pembentukan atom. Karena atom yang ditemukan dapat dibagi, fisikawan kemudian menciptakan istilah "partikel elementer" untuk menggambarkan bagian yang "tak bisa dipotong", meskipun bisa dihancurkan, dari sebuah atom. Bidang ilmu yang mempelajari partikel subatomik adalah fisika partikel, dan di bidang ini para fisikawan berharap dapat menemukan sifat dasar sejati suatu materi.

Model Teori Atom John Dalton

John Dalton pada tahun 1803 mengemukakan pendapatnaya tentang atom. Teori atom Dalton didasarkan pada

dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier mennyatakan bahwa “Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi.” Sedangkan Prouts menyatakan bahwa “Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap.”

Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai berikut:

1.        Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi.

2.        Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda.

3.        Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen.

4.        Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.

Kelebihan: 
Mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom.

Kelemahan:

Teori atom Dalton tidak dapat menerangkan suatu larutan dapat menghantarkan arus listrik. Bagaimana mungkin bola pejal dapat menghantarkan arus listrik? padahal listrik adalah elektron yang bergerak. Berarti ada partikel lain yang dapat menghantarkan arus listrik.

Model Teori  Atom JJ. Thomson

J.J. Thomson pada awal 1900an, mengemukakan teori baru tentang atom. Menurutnya di dalam atom terdapat  partikel elektron dan proton. Berdasarkan hasil eksperimennya, proton memiliki massa yang jauh lebih besar dibandingkan elektron, sehingga model atom Thomson menggambarkan atom sebagai proton tunggal yang besar.

Di dalam proton terdapat elektron elektron yang menetralkan adanya muatan positif dari proton. Menurut Thomson, atom terdiri dari suatu bulatan bermuatan positif dengan rapat muatan yang merata. Di dalam muatan positif ini tersebar elektron dengan muatan negatif yang besarnya sama dengan muatan positif. Secara garis besar teori atom thomson adalah “Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektron.”    

Secara sederhana model atom thomson dapat analogikan sebagai jambu biji yang telah dikelupas kulitnya. Biji jambu yang tersebar merata dimodelkan sebagai elektron dan bulatan daging jambu yang pejal dimodelkan sebagai proton.

Kelebihan:

Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur.

Kelemahan:

Model Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.

Model Atom Rutherford

Pada tahun 1910 Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geiger dan Erners Masreden) melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ) terhadap lempeng tipis emas. Dari hasil pengamatannya ditemukan bahwa sebagian besar partikel alfa mampu menembus lembaran emas tanpa dibelokkan.

Bersamaan dengan itu, Rutherford juga menemukan partikel alfa yang dibelokkan sedikit, namun dengan sangat mengejutkan, Rutherford juga menemukan beberapa partikel alfa yang dibelokkan pada sudut yang sangat tajam kembali ke sumber radioaktif. Untuk menjelaskan adanya sebagian besar partikel-α yang menembus lempeng emas tanpa dibelokkan, Rutherford kemudian mengembangkan model inti atom.

Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi, Rutherford membuat kesimpulan bahwa :

1.        Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan

2.        Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka d idalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.

3.        Partikel tersebut merupakan partikelyang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan.

Berdasarkan kesimpulan dari hasil pengamatannya Rutherford mengemukan sebuah model atom yang dikenal dengan model atom Ruthreford yaitu ” Atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif.” 

Kelebihan:

Membuat hipotesa bahwa atom tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilingi inti. Teori Rutherford bahwa elektron mengelilingi inti atom ini memberikan inspirasi pada penemuan baru berikutnya yaitu tentang lintasan/kedudukan elektron yang selanjutnya dikenal sebagai kulit elektron.

Kelemahan:

Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom. Berdasarkan teori

gerak, apabila  elektron bergerak mengitari inti disertai pemancaran energi maka lama – kelamaan energi elektron akan berkurang dan lintasannya makin lama akan mendekati inti dan jatuh ke dalam inti

Model Atom Niels Bohr

Pada tahun 1913, Neils Bohr memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. Berdasarkan hasil percobaannya Bohr memberikan gambaran keadaan/kedudukan orbit elektron dalam menempati

daerah di sekitar inti atom. Menurut Bohr elektron mengelilingi inti atom pada orbit tertentu, hanya terdapat orbit dalam jumlah tertentu dan perbedaan antar orbit satu dengan yang lain adalah jarak orbit dari inti atom.

Keberadaan elektron baik di orbit yang rendah maupun yang tinggi sepenuhnya tergantung oleh tingkatan energi elektron. Sehingga elektron di orbit yang rendah akan memiliki energi yang lebih kecil daripada elektron di orbit yang lebih tinggi.

Penjelasan Bohr tentang atom  melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck, dan secara garis besar Bohr mengemukaan model atomnya sebagai berikut :

1. Elektron dalam atom bergerak mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu, tidak memancarkan energi. Lintasan-lintasan elektron itu disebut kulit atau tingkat energi elektron.
2. Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke lintasan yang lain.
3. Perpindahan elektron dari tingkat energi tinggi ke rendah disertai pemancaran energi. Sedang perpindahan elektron dari tingkat energi rendah ke tinggi disertai penyerapan energi.
4. Elektron yang bergerak pada lintasannya berada pada keadaan stasioner, artinya elektron tidak memancarkan atau menyerap energi.

Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.

Kelebihan:
Atom Bohr adalah bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat berpindahnya elektron.

Kelemahan:

Model atom ini adalah tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek Strack.

Teori Atom Mekanika Kuantum

Teori Atom Mekanika Kuantum didasarkan pada dualisme sifat elektron yaitu sebagai gelombang dan sebagai partikel.

·         Menurut de Broglie, cahaya dapat berperilaku sebagai materi dan berperilaku sebagai gelombang (dikenal dengan istilah dualisme gelombang partikel).

·         Menurut Heisenberg, tidak mungkin menentukan kecepatan dan posisi elektron secara bersamaan, tetapi yang dapat ditentukan hanyalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti.

Erwin Schrodinger mengajukan teori yang disebut teori atom mekanika kuantum ”Kedudukan elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti yang dapat ditentukan adalah kemungkinan menemukan elektron sebagai fungsi jarak dari inti atom”.

Daerah dangan kemungkinan terbesar ditemukan elektron disebut orbital. Orbital digambarkan berupa awan, yang tebal tipisnya menyatakan besar kecilnya kemungkinan ditemukan elektron di daerah tersebut.

“Elektron bergerak mengelilingi inti pada orbital. Orbital menggambarkan daerah kebolehjadian ditemukannya elektron.”

Kemudian Werner Heisenberg mengemukakan bahwa metode eksperimen yang digunakan untuk menemukan posisi atau momentum suatu partikel seperti elektron dapat menyebabkan perubahan, baik pada posisi, momentum atau keduanya.

Teori Schrodinger dan prinsip ketidakpastian Heisenberg melahirkan model atom mekanika kuantum sebagai berikut:

1.        Posisi elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti.

2.        Atom mempunyai kulit elektron.

3.        Setiap kulit elektron memiliki subkulit elektron.

4.        Setiap subkulit elektron memiliki sub-sub kulit elektron.

Kesimpulan Mengenai Model Atom Mekanika Kuantum

Model atom mekanika kuantum didasarkan pada:

1.        elektron bersifat gelombang dan partikel, oleh Louis de Broglie (1923).

2.        persamaan gelombang elektron dalam atom, oleh Erwin Schrodinger (1926).

3.        asas ketidakpastian, oleh Werner Heisenberg (1927).

Menurut teori atom mekanika kuantum, elektron tidak bergerak pada lintasan tertentu. Berdasarkan hal tersebut maka model atom mekanika kuantum adalah sebagai berikut:

a.         Atom terdiri atas inti atom yang mengandung proton dan neutron, dan elektronelektron mengelilingi inti atom berada pada orbital-orbital tertentu yang membentuk kulit atom, hal ini disebut dengan konsep orbital.

b.        Dengan memadukan asas ketidakpastian dari Werner Heisenberg dan mekanika gelombang dari Louis de Broglie, Erwin Schrodinger merumuskan konsep orbital sebagai suatu ruang tempat peluang elektron dapat ditemukan.

c.         Kedudukan elektron pada orbital-orbitalnya dinyatakan dengan bilangan kuantum.

Kelebihan dan Kekurangan Model Atom Mekanika Kuantum

Teori dan model atom mekanika kuantum yang diajukan oleh Erwin Schrodinger berhasil menyempurnakan beberapa kelemahan yang ada dalam teori atom Niels Bohr sekaligus membuka pemahaman baru mengenai struktur atom dan pergerakan elektron di dalam atom.

Berikut ini beberapa keunggulan atau kelebihan teori atom mekanika kuantum (modern):

1.        Dapat menjelaskan posisi kebolehjadian ditemukannya elektron.

2.        Dapat menjelaskan posisi elektron saat mengorbit.

3.        Dapat mengukur perpindahan energi eksitasi dan emisinya.

4.        Mengidentifikasi proton dan neutron pada inti sedangkan elektron pada orbitalnya.

Teori atom mekanika kuantum didukung dengan rumusan persamaan gelombang yang ditemukan oleh Schrodinger, yaitu persamaan berupa fungsi suatu ruang tiga dimensi (3D). Kelemahannya, yaitu sebagai berikut.

1.        Rumusan persamaan gelombang hanya dapat diterapkan secara eksak untuk partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal.

2.        Model atom mekanika kuantum sulit diterapkan untuk sistem makroskopis (skala lebih besar) dengan kumpulan atom misalnya pada tumbuhan, hewan dan manusia.

Sejarah Penemuan Proton, Neutron, dan Elektron

Elektron pertama kali ditemukan oleh J.J. Thomson di Laboratorium Cavendish. Penjelasan mengenai elektron dibahas di mekanika kuantum dengan Persamaan Dirac. Dalam Model Standarnya, elektron membentuk suatu doublet dalam SU(2) dengan neutrino elektron, karena ia berinteraksi lewat interaksi lemah. Elektron memiliki dua rekan massive lagi, yang muatannya sama namun berbeda massanya.
Jika elektron bergerak, lepas bebas dari pengaruh inti atom, serta terdapat suatu aliran (net flow), aliran ini dikenal sebagai arus listrik. Ini dapat dibayangkan sebagai serombongan domba yang bergerak bersama-sama ke utara namun tanpa diikuti oleh penggembalanya. Muatan listrik dapat diukur secara langsung menggunakan elektrometer. Arus listrik dapat diukur secara langsung menggunakan galvanometer.
Sekitar periode 1870-an, Ahli kimia dan fisika Inggris, Sir William Crookes membuat tabung sinar katoda pertama untuk menghasilkan ruang hampa udara bertekanan tinggi didalamnya.Dia kemudian menunjukkan bahwa sinar luminescence yang muncul dalam tabung membawa energi dan bergerak dari katoda ke anoda. Lebih jauh, dengan menerapkan sebuah medan magnet, dia dapat mengalihkan sinar tersebut, sehingga hal ini dapat memperagakan bahwa cahaya dapat dikendalikan dengan sinar negatif.Pada tahun 1879, dia mengusulkan hal ini dapat dijelaskan secara logika dengan apa yang dia sebut sebagai persamaan ‘radiant matter’. Dia menyarankan bahwa pada keadaan seperti ini, bagian cahaya ini akan mengandung molekul negatif yang dapat diarahkan dengan kecepatan tinggi dengan menggunakan katoda.

·           PROTON
Pada tahun 1886, sebelum hakikat sInar katode di temukan, Goldstein melakukan percobaan dengan tabung sinar katode dan menemukan fakta berikut “ Apabila katode tidak berlubang, ternyata gas di belakang katode tetap gelap. Namun, bila pada katode di beri lubang, maka gas di belakang katode menjadi berpijar”. Hal ini menunjukan
Anode (+) Sinar Katode Sinar terusan  Katode (-)
Tegangan tinggi adanya radiasi yang berasal dari anode, yang menerobos lubang pada katode dan memijarkan gas di belakang katode itu. Radiasi itu disebut sinar atau sinar positif atau sinar terusan. Hasil percobaan menunjukan bahwa sinar terusan merupakan radiasi partikel (dapat memutar kincir) yang bermuatan positif (dalam medan listrik di belokkan ke kutub negatif).
Partikel sinar tersusun ternyata bergantung pada jenis gas dalam tabung. Artinya jika gas dalam tabung diganti, ternyata dihasilkan partikel sinar terusan dengan ukuran yang berbeda. Partikel sinar tersusun terkecil diperoleh dari gas hydrogen. Partikel ini kemudian disebut proton.
Muatan 1 proton = 1.6 × 10-19 C
Massa 1 proton = 1.6726231 × 10-24 gram = 1 sma
Kemudian pada tahun 1919,Rutherford menemukan proton terbentuk ketika partikel alfa ditembakan pada inti atom nitrogen. Hal ini membuktikan bahwa inti atom terdiri atas proton sebagaimana diduga oleh Goldstein.

·          NEUTRON
Neutron ditemukan oleh James Chadwick pada tahun 1932, tapi keberadaanya telah diduga oleh Aston sejak tahun 1919. Pada tahun itu, Aston menemukan spectrometer massa yaitu alat yang dapat digunakan untuk menentukan massa atom atau molekul. Dengan alat itu, Aston menemukan bahwa atom-atom dari unsure yang sama dapat mempunyai massa yang berbeda. Fenomena ini di sebut isotip. Juga ditemukan bahwa massa suatu atom ternyata tidak sama dengan jumlah protonnya banyak atom yang massanya sekitar 2x massa protonnya. Berdasarkan kedua fakta tersebut, Aston menduga keberadaan partikel netral dalam atom yang jumlahnya dapat berbeda meskipun unsurnya sama.
Selanjutnya pada tahun 1930, W. Bothe dan H. Becker menembaki inti atom berlium dengan partikel alfa dan menemukan suatu radiasi partikel yang mempunyai daya tembus tinggi. Pada tahun 1932, James Chadwick membuktikan bahwa radiasi tersebut terdiri atas partikel netral yang massanya hamper sama dengan massa proton. Oleh karena netral, partikel itu dinamai neutron. Percobaan lebih lanjut membuktikan bahwa neutron juga merupakan partikel dasar penyusun inti atom.

Massa 1 neutron = 1.6749 × 10-24 gram = 1 sma
Neutron tidak bermuatan (netral).

Seorang ilmuwan asal Inggris bernama John Dalton pernah menyatakan bahwa atom-atom dari unsur yang sama pasti memiliki massa yang sama. Namun kemudian, pendapat Dalton tidak sepenuhnya benar. Karena seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi telah diketahui bahwa atom-atom dari unsur yang sama dapat memiliki massa yang berbeda. Fenomena ini disebut isotop.

Isotop

Isotop adalah unsur-unsur sejenis yang memiliki nomor atom sama, tetapi memiliki nomor massa yang berbeda, atau dengan kata lain unsur-unsur yang memiliki jumlah proton yang sama tetapi jumlah neutron berbeda.

Berikut ini adalah daftar contoh isotop : 

Kegunaan Isotop : 

Isobar

Isobar adalah unsur yang memiliki nomor massa sama tetapi nomor atomnya berbeda dengan kata lain unsur yang berbeda jenis tetapi nomor massanya sama.

Isoton 

Adalah unsur yang memiliki jumlah neutron sama tetapi nomor atomnya berbeda dengan kata lain unsur yang berbeda jenis tetapi nilai nomor massa-nomor atom adalah sama.

Contoh Soal :

1.      Perhatikan beberapa pernyataan tentang atom berikut ini :
1.Atom berbentuk bola pejal
2.Electron tidak melepas dan meyerap energy
3.Atom suatu unsur adalah identik
4.Electron bergerak mengitari inti atompada tingkat energy tertentu
5.Atom terdiri atas inti atom dan electron.
Pernyataan yang berkaitan dengan postulat dari Dalton adalah . . . 
A.    1 dan 2
B.    1 dan 3
C.    2 dan 3
D.    2 da 4
E.    4 da 5

Pembahasan :

Mari kita cek satu persatu pernyatan diatas :
1.Atom berbentuk bola pejal = Dalton
2.Electron tidak melepas dan meyerap energy = Bohr
3.Atom suatu unsur adalah identik = Dalton
4.Electron bergerak mengitari inti atompada tingkat energy tertentu = Bohr
5.Atom terdiri atas inti atom dan electron = Thomson

Jawaban : B

2.      Berikut pernyatan yang tidak berkaitan denga teori atom Rutherford adalah . . . .
A.Electron bergerak mengitari inti
B.Atom terdiri atas inti bermuatan positif dan electron yang mengelilingi inti.
C.Massa atom berpusat pada inti
D.Sebagian besar volume atom adalah ruag hampa
E.Electron dalam mengitari inti tidak melepas atau menyerap energy

Pembahasan :

Pernyataan nomor E : Electron dalam mengitari inti tidak melepas atau menyerap energy merupakan pernyatan dari teori atom Bohr.

3.      Dalam suatu atom elektron di sekitar inti atom dan tidak jatuh ke dalam, hal ini disebabkan karena. . . . 
A. elektron bergerak dengan lintasan dan jarak tertentu dari inti atom
B. gaya tolak-menolak antara elektron dan inti atom, relatif besar
C. adanya penghalang antara inti atom dan elektron
D. massa elektron relatif kecil dibandingkan massa inti atom
E. elektron dalam kondisi diam di sekitar inti atom

Pembahasan :

Dalam teori atom Rutherford tidak dapat menjelaskan kenapa electron tidak jatuh ke inti padahal ketika electron mengelilingi inti maka partikel bermuata negative tersebut membutuhkan energy sehingga lama – kelamaan energy yag dimiliki electron habis dan jatuh ke inti. Namun tidak demikian adanya. Kelemahan ini dijawab oleh Bohr melalui percobaan spectrum atom hidrogen.
Bohr menjelaskan bahwa electron bergerak pada lintasan tertentu yang disebut kulit atom dimana pada pada lintasan ini electron tidak menyerap atau melepas energy. Sehingga energy electron tetap dan electron tidak jatuh ke inti.

Jawaban : A

      Daftar Pustaka : 

• https://www.academia.edu/
• http://bse.kemendikbud.go.id/index.php/buku/
• http://www.ilmudasar.com/search/label/
• https://id.wikipedia.org/wiki/Teori_atom 
• https://www.hamasahprivat.com/2017/06/soal-dan-pembahasan-struktur-atom.html
• https://blogmipa-kimia.blogspot.com/2018/05/model-atom-mekanika-kuantum-modern.html
• https://blogmipa-kimia.blogspot.com/2017/04/isotop-isobar-isoton.html?m=0