Bab II Tinjauan Pustaka

II.1 Perkembangan Teori Atom

Pemikiran tentang hakikat materi, telah menjadi bagian penting dalam perkembangan

ilmu pengetahuan. Dalam setiap masa, selalu muncul pemikir-pemikir yang berusaha

untuk menyingkap rahasia di balik materi alam semesta ini. Karenanya

perkembangan pemahaman manusia tentang atom, sebagai unit pembangun materi,

memperlihatkan suatu pola keteraturan yang luar biasa, sesuai dengan perkembangan

daya pikir manusia dan teknologi perangkat penyelidikan.

Ilmu kimia adalah ilmu yang mempelajari tentang materi dan perubahannya serta

perubahan energi yang menyertainya. Karena itu materi menjadi subjek utama dalam

bidang ini. Sehingga pemahaman seseorang mengenai materi adalah prasyarat untuk

dapat memahami perubahan yang terjadi padanya. Dari sini dapat disimpukan bahwa

konsep struktur atom adalah penting dan fundamental.

Untuk dapat memahami struktur atom secara benar, maka mengikuti perkembangan

pemahaman manusia tentang atom itu sendiri akan sangat bermanfaat. Bagaimana

penyelidikan keberadaan atom dari masa ke masa dapat dirangkum seperti berikut.

II.1.1 Pemikiran tentang Atom sebelum Dalton

Era panjang sebelum lahirnya teori atom Dalton, yang dianggap sebagai teori atom

modern pertama, berlangsung dari era pemikiran metafisik Yunani sampai jaman

renaissance. Teori atom Dalton dipandang sebagai teori atom modern yang pertama

karena merupakan hasil kesimpulan dari berbagai gejala yang terjadi pada materi.

Dalton juga meneliti massa relatif dari atom-atom dengan membandingkannya

dengan massa atom hidrogen yang diberi massa atom satu, sesuatu yang baru dalam

penyelidikan materi. Walaupun beberapa pemikiran sebelumnya juga tidak semata-

8

mata bersifat metafisis, tetapi teori Dalton-lah yang dapat digunakan untuk

menjelaskan berbagai gejala yang terjadi pada materi. Juga teori Dalton-lah yang

disusun berdasarkan fakta empiris hasil eksperimen. Karena itu teori Dalton dianggap

sebagai teori modern.

Pandangan manusia tentang atom dan kekosongan diawali oleh Leucippus, lahir 500

tahun sebelum masehi dan rekannya, Democritus, yang lahir 460 tahun sebelum

masehi. Democritus memperluas teori yang dikemukakan Leucippus dan

mempostulatkan penerapannya. Leucippus dikenal hanya menulis sedikit karya dan

pandangannya tentang atom termuat dalam The Great World System. Democritus

lebih produktif dalam menulis dengan sekitar lima puluh dua karya tulis dengan

beberapa di antaranya merupakan naskah pendek. Termasuk dalam karyanya itu dia

memperluas pandangan Leucippus tentang atom dan kekosongan, dan delapan karya

tentang etik (Wohnsigl, 2004).

Teori Leucippus merupakan reaksi terhadap teori Parmenides dan Zeno, dua pemikir

Yunani yang lain, merupakan kompromi antara akal sehat dan prinsip. Parmenides

dan muridnya, Zeno, percaya bahwa unsur pembentuk alam semesta adalah yang

maha Esa, yang tidak berbatas, meliputi segalanya, massa yang tidak bergerak yang

tidak berisi ruang kosong.

Leucippus menyatakan bahwa teori ini bisa jadi tidak benar, karena pikiran sehat kita

menunjukkan bahwa ada gerakan. Ia mendalilkan kekosongan itu, ketidakhadiran dari

semua yang ada, adalah hal penting bagi gerakan. Ia juga mendalilkan bahwa suatu

jumlah tanpa batas partikel yang disebutnya atom, yang membentuk segala sesuatu

yang ada dan penghancuran/pemutusan atom-atom menyebabkan kerusakan materi.

Democritus mengembangkan teori Leucippus dengan mendeduksi Cosmogony, suatu

metode terbentuknya semesta, dengan berpikir bahwa semua materi terdiri dari atom,

dan atom memiliki densitas yang berbeda-beda. Atom-atom akan bergabung

9

membentuk suatu pusaran atom. Materi yang lebih berat, karena pengaruh gravitasi

akan mengumpul di pusat dan membentuk bumi. Yang lebih ringan, dan lebih baik

akan terlempar pada bagian luar pusaran dan meningkatkan kecepatan revolusi,

kemudian membentuk heavenly bodies. Teori ini jelas salah karena memandang bumi

sebagai pusat (geosentris), tetapi satu hal penting dari Leucippus dan Democtritus

adalah adanya ruang kosong (void), sesuatu yang kemudian akan dibuktikan oleh

Ernest Rutherford. Walaupun konsep ruang kosong keduanya sangat berbeda:

Leucippus dan Democritus mengatakan ruang kosong harus ada di antara atom-atom,

sedangkan ruang kosong Rutherford berada dalam atom: sebagian besar volume atom

itulah ruang kosong.

Jika dirangkum, maka pandangan Leucippus dan Democritus tentang atom adalah

sebagai berikut:

Pertama, semua materi tersusun atas atom-atom, yang terlalu kecil untuk dapat

dilihat. Atom-atom ini tidak dapat dibagi lagi menjadi bagian yang lebih kecil. Alasan

Democritus menyatakan bahwa bagian terkecil dari materi adalah atom yang tidak

dapat dibagi lagi, karena jika pembagian dapat berlangsung terus-menerus, maka

materi yang telah terpisah-pisah tidak dapat disusun kembali, dan kenyataannya tidak

demikian. Suatu proses dapat bersifat reversibel.

Kedua, Terdapat ruang-ruang kosong di antara atom-atom. Karena adanya ruang

kosong ini menyebabkan atom-atom dapat bergerak. Bergeraknya atom-atom inilah

yang menyebabkan dapat terjadinya perubahan materi dan sifat-sifat materi. Jika

tidak ada ruang kosong (vacuum) maka atom-atom tidak dapat bergerak, dan tidak

akan terjadi perubahan materi.

Ketiga, atom berwujud padat, dan di dalamnya sama sekali tidak terdapat ruang

kosong.

10

Keempat, Atom-atom bersifat homogen dan tidak mempunyai struktur internal.

Pandangan ini praktis baru terbantahkan pada saat J.J. Thomson menemukan

elektron.

Kelima, atom-atom memiliki ukuran, bentuk, dan berat yang berbeda-beda.

Konsep atom ini kalah populer dengan konsep kontinuitas materi yang dikemukakan

oleh Aristoteles. Menurut Aristoteles, atom hanyalah sebuah khayalan semata-mata,

unsur sebagai penyusun materi haruslah bisa dinalar oleh indra manusia. Karena itu

Aristoteles menyatakan ada empat unsur penyusun materi yaitu air, tanah, udara, dan

api yang tersusun atas empat kualitas yang berlawanan: panas – dingin dan basah –

kering. Bahkan kemudian gereja katolik menguatkan pandangan Aristoteles dan

menyamakan ide atomistik sebagai Godlessness. Akibatnya sungguh dahsyat,

pemikiran tentang atom terhenti sampai abad pertengahan. Sebagai gantinya teori

empat unsur dari Aristoteles lebih banyak dirujuk, dan, suatu berkah dibalik bencana,

teori empat unsur melahirkan cikal-bakal al-kimia.

Setelah era keemasan Yunani menurun, pusat peradaban beralih ke timur, ilmuwan-

ilmuwan Arab menterjemahkan buku-buku Yunani, dan melanjutkan penyelidikan

tentang hakekat materi. Berdasarkan teori empat unsur dari Aristoteles mereka

berusaha mencampurkan satu ‘unsur’ dengan unsur lain untuk menghasilkan emas.

Ilmuwan Arab berhasil mengembangkan teknik-teknik analitik seperti penyaringan,

destilasi, dan filtrasi. Dari sini mereka menemukan bahwa tanah, air, dan api

bukanlah zat dasar penyusun materi. Sehingga mereka mengembangkan ‘tiga

kualitas’ sebagai gantinya, yaitu belerang yang mewakili sifat mudah terbakar suatu

zat, air raksa mewakili sifat mengkilap, dan garam sebagai hasil yang selalu terjadi

ketika dua zat dicampurkan (Wospakrik, 2005).

Konsep atomos muncul kembali saat Pierre Gassendi (1592 – 1655) berhasil

memisahkan konsep atomisme dengan atheisme. Ini menyebabkan atomisme dapat

11

diterima secara lebih luas. Saat itu, tahun 1624, parlemen Perancis telah menyatakan

bahwa siapapun yang mengajarkan paham yang bertentangan dengan Aristoteles akan

dihukum mati. Pada tahun 1649, Gassendi mempublikasikan karyanya, Syntagma

hilosophiae Epicuri, yang terbagi menjadi tiga bagian: Logic, Physics, dan Ethics.

Sebelum mendiskusikan tentang atom, terdapat tiga bab dalam buku Gasssendi yang

menjelaskan pentingnya ruang kosong. Baru kemudian diikuti penjelasan tentang

teori atom Yunani: bahwa atom tidak dapat diciptakan dan atau dimusnahkan, bahwa

atom berwujud padat, bahwa atom memiliki berat/massa, dan bahwa atom tidak dapat

lagi dibagi. Gassendi juga yakin, bahwa atom bukan hanya suatu “pemberhentian”

geometris belaka, tetapi atom memiliki ukuran tertentu, walaupun itu sangat kecil.

Satu perbedaan dengan konsep atom Yunani, dan ini yang menyebabkan dia dapat

memisahkannya dari atheisme, adalah bahwa menurutnya atom tidak kekal

eksistensinya, tetapi diciptakan oleh Tuhan. Pergerakan atom tidaklah a se ipsis (atas

kemauannya sendiri) tetapi dei gratia, merupakan pemberian Tuhan. Menurut

Gassendi atom-atom juga dapat bergabung membentuk molleculae atau corpuscula.

Atom atom itu bergabung bukan karena gaya elektrostatik, tetapi karena adanya gaya

mekanik seperti kancing dan lubangnya (Park, 1998).

Terdapat rentang sekitar 150 tahun dari masa Gassendi untuk memunculkan John

Dalton dari Inggris.

II.1.2 Teori Atom Dalton

Pernyataan yang kemudian terkenal sebagai teori atom Dalton, berawal dari

ketertarikan John Dalton terhadap cuaca. Sepanjang hidupnya dia mencatat tekanan

uap, kelembaban udara, kelarutan gas, dan campuran gas dalam atmosfir. Bahkan

sampai sehari sebelum meninggal, dengan tangan gemetar Dalton masih mencatat

cuaca hari itu. Dalton mempublikasikan metodenya untuk menentukan berat atom,

12

dan teorinya tentang atmosfir dan perilaku gas dalam bukunya, A New System of

Chemical Phylosophy. Hanya pada beberapa halaman terakhir bukunya tersebut

Dalton memaparkan teorinya tentang atom. Secara garis besar pandangannya tentang

atom adalah sebagai berikut:

Pertama, unsur-unsur terbuat dari atom. Atom ini bersifat diskrit, tidak terbagi, dan

tidak dapat mengalami kerusakan/kemusnahan. Tentu saja ini bukan gagasan Dalton

sendiri, tetapi berasal dari atomisme Yunani. Yang perlu diingat adalah bahwa

gagasan ini bukanlah gagasan populer pada awal 1800, saat Dalton

mempublikasikannya. Definisi Dalton tentang unsur adalah sama dengan definisi saat

ini, suatu materi kimia yang tidak dapat didekomposisi lagi menjadi lebih sederhana

dengan cara-cara kimia biasa. Definisi ini mengacu pada Lavoisier. Atom Dalton

dapat diibaratkan seperti bola bilyard, yang tidak memiliki struktur sub atomik.

Kedua, atom-atom suatu unsur adalah identik dalam hal massa. Konsep ini diketahui

belakangan adalah salah dengan penemuan isotop, tetapi perlu diingat konsep isotop

baru diketahui 100 tahun kemudian.

Ketiga, atom-atom dari unsur yang berbeda akan mempunyai massa yang berbeda

pula. Ini juga bukan merupakan pemikiran murni dari Dalton, tetapi juga bersumber

dari atomisme Yunani. Yang membedakan adalah Dalton-lah yang pertama kali

menggambarkan perbedaan tersebut, sementara sebelumnya hanyalah sebuah

pernyataan tanpa bukti. Dalton telah dapat menentukan massa atom relatif dari suatu

unsur.

Keempat, atom-atom bergabung dalam perbandingan yang bulat dan sederhana.

Pernyataan ini merujuk pada hukum perbandingan tetap dari Joseph Louis Proust

pada 1797. Penemuan Dalton adalah hukum kelipatan perbandingan, yang

dirumuskan dari penyelidikannya terhadap oksida nitrogen. Secara modern hukum ini

dinyatakan, atom-atom dari suatu unsur dapat bergabung dengan lebih dari satu

13

macam perbandingan dengan suatu atom unsur lain untuk membentuk lebih dari satu

senyawa.

Ide kelima yang implisit dalam teori Dalton tetapi biasanya tidak dibicarakan adalah

bahwa atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Atom-atom suatu unsur tidak

berubah selama reaksi kimia, contohnya atom oksigen dan nitrogen tetap berada

sebagai dirinya dalam keadaan sebagai senyawa, dan dapat didekomposisi untuk

kembali menjadi unsur bebas (Park, 1998) .

II.1.3 Model Atom Thomson

J.J. Thomson melakukan penyelidikan terhadap atom dengan menggunakan tabung

sinar katoda (Cathode Ray Tube = CRT). Dengan alat ini Thomson menemukan

elektron (yang disebutnya corpuscle) sebagai partikel sub atomik dalam atom pada

1896. Penemuan ini mematahkan anggapan bahwa atom merupakan partikel terkecil

yang tidak mengandung struktur yang lebih elementer.

J.J. Thomson sampai pada kesimpulan bahwa elektron (corpuscles) merupakan

partikel penyusun semua atom, karena dengan menggunakan katoda yang berasal dari

unsur berbeda-beda, jenis sinar yang dipancarkan adalah sama. Pernyataan ini layak

dicatat karena keberaniannya untuk menyatakan sinar katoda merupakan suatu

partikel.

"...we have in the cathode rays matter in a new state, a state in which the

subdivision of matter is carried very much farther than in the ordinary

gaseous state: a state in which all matter-that is, matter derived from different

sources such as hydrogen, oxygen, etc.-is of one and the same kind; this

matter being the substance from which the chemical elements are built up."

(Thomson, 1897).

14

Diagram tabung sinar katoda dapat dilihat pada gambar II.1. Sinar dari katoda

dilewatkan melalui celah sempit pada anoda. Pada daerah tertentu dari tabung

dipasang pelat deflektor yang dihubungkan dengan kutub baterai. Jika hubungan

dengan baterai pada pelat deflektor diputuskan, maka jalannya sinar katoda adalah

lurus. Tetapi ketika baterai dipasang, maka sinar katoda dibelokkan pada daerah

tersebut mendekati kutub positif baterai. Percobaan ini membuktikan bahwa sinar

katoda bermuatan negatif.

Untuk menentukan nilai perbandingan muatan dengan massa elektron (e/m),

Thomson memasang dua kutub berlawanan dari suatu magnet listrik pada sisi tabung

pada daerah pelat deflektor. Pemasangan sedemikian rupa sehingga garis gaya

medan magnetnya menyilang tegak lurus garis medan listrik antara pelat deflektor.

Kekuatan medan magnet diatur sedemikian rupa sehingga mengakibatkan

pembelokan sinar katoda yang sama besar tetapi arahnya berlawanan dengan

pembelokan oleh medan listrik. Dengan mengukur besar medan listrik dan medan

magnet dapat ditentukan besar harga e/m (Wospakrik, 2005).

jatuhnya sinarAnoda

katoda

daerah defleksi daerah pembelokkan

Gambar II. 1 Skema Tabung Sinar Katoda

Dari hasil serangkaian percobaannya, Thomson memberikan model atom

sebagaimana gambar II.2 di bawah ini. Digambarkan atom merupakan bola

bermuatan positif dengan muatan negatif elektron tersebar merata di dalamnya seperti

kismis di dalam roti. Perhatikan penggambaran yang salah pada gambar sebelah

kanan.

15

Tidak benarbenar

Gambar II. 2 Model Atom Thomson. Kesalahan yang kadang terjadi digambarkan pada

sebelah kanan.

Atom sendiri secara keseluruhan adalah netral, karena jumlah muatan negatif elektron

selalu sama dengan muatan positif atom. Bila atom kehilangan satu atau lebih

elektron, atom menjadi bermuatan positif dan disebut ion positif.

II.1.4 Penentuan Muatan Elektron: Percobaan Millikan

Satu tahun setelah penemuan elektron, J.J. Thomson melakukan eksperimen

penentuan muatan elektron bersama dua rekannya, J.S.E. Townsend dan H.A.

Wilson. Diperoleh hasil muatan elektron sebesar -1,1 x 10¯19 coulomb. Hasil ini

masih menyimpang cukup jauh jika dibandingkan dengan muatan elektron yang

diketahui saat ini sebesar -1,6021773 x 10-19 coulomb.

Hasil yang sangat baik diperoleh pada eksperimen tetes minyak yang dilakukan oleh

Robert Andrews Millikan pada tahun 1911. Diagram perangkat percobaan seperti

gambar II.3 berikut. Peralatan terdiri atas sumber sinar X dan tabung berisi udara

bertekanan rendah. Dalam tabung terdapat dua pelat P dan P’. Minyak disemprotkan

ke dalam tabung, diatomisasi dan akan bermuatan setelah melewati pelat P dan

masuk ke dalam ruang di antara kedua pelat. Gerak butiran minyak di antara kedua

pelat diamati dengan mikroskop pada arah tegak lurus lintasannya. Bila pelat tidak

diberi potensial listrik, butiran minyak akan jatuh ke pelat P’. Dengan mengukur

kecepatannya akan diperoleh berat butiran minyak. Dari sini dapat ditentukan massa

butiran minyak.

16

Untuk mengukur muatan listrik butiran minyak, kedua pelat diberi beda potensial

edemikian rupa sehingga membangkitkan gaya listrik dengan arah ke atas yang sama s

besar dengan gaya berat butiran minyak. Gaya listrik ini bergantung pada medan

listrik yang dibangkitkan dan muatan listrik butiran minyak. Karena massa butiran

minyak telah ditentukan, maka muatan listrik butiran minyak dapat ditentukan.

Eksperimen dilakukan berulang kali dengan massa butiran minyak yang berbeda-

beda. Kesimpulan Millikan, muatan listrik yang dimiliki tiap butiran minyak ternyata

merupakan kelipatan suatu nilai tertentu yang merupakan muatan elektron.

Pelat P

Pelat P’

Gambar II. 3 Skema Alat Percobaan Millikan

illikan berhasil menentukan muatan elektron sebesar -1,60217733 x 10-19 coulomb

eam 19662, 2007).

therford

Ernest Rutherford, ilmuwan besar yang berhasil menemukan inti atom. Bekerja di

laboratorium Universitas Manchester, Rutherford bekerja sama dengan Hans Geiger

M

(T

II.1.5 Teori Atom Ru

17

dan seorang mahasiswanya bernama Ernest Marsden, menyelidiki hamburan sinar

lfa sejak 1898. Diagram alat yang digunakan seperti yang terlihat pada gambar II.4 a

di bawah.

Gambar II. 4 Skema Alat Percobaan Rutherford

Rutherford menduga simpangan gerak partikel alfa yang melewati lembaran tipis

emas dari arah datangnya semula akan memiliki sudut simpangan yang kecil. Hal ini

karena partikel alfa dan lembaran emas

ang dilewati hanya setebal 0,006 cm.

Ini sama halnya dengan anda menembakkan

eluru berdiameter 15 inchi pada selembar kertas tissue kemudian mendapati bahwa

rmuatan positif dengan

bergerak sangat cepat, sekitar 160.000 km/s

y

Hasil percobaan sungguh di luar dugaan. Dilaporkan oleh Geiger bahwa terdapat

beberapa berkas sinar alfa yang dipantulkan balik. Komentar Rutherford yang

menjadi terkenal, ”Tidak masuk akal!

p

peluru tadi terpantul balik menembaki Anda.”(Krane, 1992).

Penjelasan yang mungkin untuk ini adalah bahwa atom tidaklah benar-benar pejal,

tetapi berisi ruangan kosong. Massa atom pasti terkonsentrasi dalam inti atom yang

disebutnya teras atom, sehingga ketika sinar alfa yang be

18

massa atom jauh lebih kecil dari atom emas menumbuknya akan terpental tanpa inti

erkas dibelokkan dengan sudut kecil, sekitar 2˚. Dan hanya sedikit sekali

erkas (Geiger – Marsden melaporkan 1/8.000 untuk lembaran tipis platinum dan

ya pada tahun 1911. Istilah inti atom

) baru digunakan dalam bukunya yang diterbitkan pada tahun 1912. Dalam

rjadi konsentrasi muatan positif. Elektron-

lektron berada pada jarak yang jauh dari inti atom. Jika dilakukan perbesaran sampai

itu mengalami perubahan posisi. Ini sama seperti kelereng yang menabrak bola besi

dengan diameter jauh lebih besar, kelereng itu akan terpental dan bola besinya tidak

berubah.

Di samping itu percobaan menunjukkan bahwa hampir seluruh berkas sinar alfa

diteruskan tanpa mengalami pembelokan arah, dan sebagian kecil, 1 berkas sinar alfa

tiap 200 b

b

Rutherford melaporkan 1/20.000 untuk lempeng emas) sinar alfa yang dipantulkan

dengan sudut pantulan mencapai 90˚ atau lebih.

Hasil ini membimbing Rutherford pada suatu kesimpulan yang berseberangan dengan

J.J. Thomson, sehingga ia menemukan inti atom, yang disebut oleh Rutherford

sebagai "charge concentration" dalam makalahn

(nucleus

makalahnya tersebut, Rutherford menulis, "We shall suppose that for distances less

that 10¯12 cm the central charge and also the charge on the alpha particle may be

supposed to be concentrated at a point."

Karena itu Rutherford memberikan model bahwa atom dengan radius 10-12 cm

dengan sebagian besar volume atom merupakan ruang kosong, dengan inti atom pada

pusatnya sebagai sebuah titik di mana te

e

inti atom sebesar kelereng dengan diameter 2 cm, maka atom telah kira-kira sebesar

bumi. Model atom Rutherford dapat digambarkan seperti gambar II.5 berikut ini.

19

Gambar II. 5 Model atom Rutherford untuk atom berelektron bany . Gambar tidak sesuai

Rutherford tidak punya ketertarikan untuk mempelajari lebih jauh bagaimana atom

I.1.6 Teori Atom Bohr

ada tahun 1913, Neils Bohr mengemukakan bahwa atom ternyata mirip dengan

ak

dengan skala sesungguhnya.

dapat stabil tanpa elektron jatuh ke dalam inti atom. Rutherford menulis pada bagian

awal papernya, "The question of the stability of the atom proposed need not be

considered at this stage, for this will obviously depend upon the minute structure of

the atom, and on the motion of the constituent charged parts." Persoalan ini dijawab

seorang berumur duapuluh tujuh tahun, Neils Bohr.

I

P

sistem tata surya, dengan elektron-elektron mengitari inti atom seperti halnya planet-

planet mengitari matahari. Dengan alasan yang sama bahwa sistem tata surya tidak

runtuh karena tarikan gravitasi antara matahari dan tiap planet, atom juga tidak runtuh

karena tarikan elektrostatik coulomb antara inti atom dengan tiap elektron. Dalam

kedua kasus ini, gaya tarik berperan memberikan percepatan sentripetal yang

dibutuhkan untuk mempertahankan gerak edar (Krane, 1992). Model atom Bohr

dapat dilihat pada gambar II.6.

20

enurut Bohr, elektron ti

r+Ze

-e

M

lintasan tertentu yang dis

kehilangan energi selam

lintasan ini memenuhi pe

utama dengan harga yang

Elektron dapat berpindah

odel atom Bohr ini dap

ebenaran teori Bohr ini

lebih tinggi, jika menyera

ke lintasan stasionernya d

M

hidrogen dan atom berelek

K

James Frank dan Gustav

sebuah tabung yang diisi

medan listrik dengan pot

Gambar II. 6 Model Atom Rutherford untukAtom Hidrogen. Gambar tidak berskala

dak bergerak menurut lintasan yang sembarang, tetapi pada

ebut lintasan stasioner. Dalam lintasan ini, elektron tidak

a bergerak. Besarnya momentum anguler elektron dalam

rsamaan π2

nhmvr = , di mana n disebut bilangan kuantum

diijinkan 1, 2, 3 dan seterusnya.

dari lintasan stasionernya ke lintasan dengan tingkat energi

at menjelaskan dengan memuaskan spektrum garis dari gas

dapat dibuktikan dengan eksperimen yang dilakukan oleh

p energi (foton) yang cukup, dan sebaliknya dapat kembali

engan melepaskan foton.

tron satu lainnya ( hydrogen like).

Hertz, dua orang ilmuwan Jerman. Mereka menggunakan

dengan uap raksa di mana elektron dapat dipercepat dengan

ensial U1 dan sebelum elektron menabrak anoda kemudian

21

diperlambat dengan U2, di mana U2 < U1. Gambar di bawah ini memperlihatkan

skema perangkat percobaan.

Gambar II. 7 Skema Alat Percobaan Frank -Hertz

Dalam percobaan, mereka membiarkan potensial perlambatan U2 konstan, dan

meningkatkan potensial percepatan U1. Kemudian mereka mengukur kuat arus di

antara katoda dan anoda. Data kuat arus kemudian diplotkan dengan harga U1.

Hasilnya kurang lebih seperti pada gambar II.8 berikut ini.

U1

Gambar II. 8 Kurva Arus terhadap U1

Hasil ini membimbin itasi pada atom air raksa

bersifat diskrit. Mula-mula elektron secara konstan dipercepat dan bertumbukan

g pada satu kesimpulan bahwa eks

22

secara elastis dengan atom-atom raksa. Akibatnya arus akan naik. Ketika elektron

dipercepat maka energi kinetiknya (Ekin = e U1) naik, dan ketika energi kinetik

elektron mencapai tingkatan tertentu di mana harganya sama dengan tingkat energi

pertama dari elektron dalam atom raksa maka elektron akan memberikan semua

energi kinetiknya kepada elektron raksa sehingga mengalami eksitasi. Karena energi

kinetiknya berkurang, elektron tidak dapat melalui daerah perlambatan, maka arus

akan menurun. Hal ini akan berulang untuk setiap kelipatannya (Bronner , 2006).

Jika atom raksa yang menerima energi kemudian kembali ke keadaan semula, maka

kan dilepaskan foton

e U1 = hν.

Sehingga panjang gelombang cahaya dalah:

a

Ekin = Ephoton

yang diemisi a

1eUhc

=λ .

II.2 Pengajaran Struktur Atom

an tentang atom dan molekul sebagai struktur

rkecil materi sangat fundamental, karena itu seharusnya konsep ini diberikan pada

konsep dasar, konsep struktur atom bersifat abstrak. Sulit bagi kita

ntuk dapat memberikan model yang tepat untuk menggambarkan struktur atom

Dalam pembelajaran kimia, pemaham

te

tahun pertama sekolah menengah. Siswa harus dikenalkan pada konsep bahwa

molekul adalah bagian terkecil dari materi yang masih membawa sifat senyawa

murninya, sedangkan atom adalah bagian terkecil dari unsur yang masih membawa

sifat unsur yang bersangkutan. Kemudian mengikuti hal itu, dijelaskan bahwa

molekul terbentuk dari penggabungan dua atom atau lebih yang terikat secara kuat

(Kind, 2004).

Sebagai suatu

u

23

kepada siswa, dan karena itu persepsi yang ditangkap siswa terkadang berbeda-beda,

sesuai dengan kemampuan berimajinasi masing-masing. Hasil penelitian

memperlihatkan miskonsepsi dapat terjadi karena sulitnya memberikan gambaran

fisik dari atom (Horton, 2004).

Telah dilakukan suatu penelitian terhadap sejumlah siswa, kepada mereka diberikan

ertanyaan seputar gejala fisik yang terjadi pada materi setelah diberi pelajaran

icle models)

an simbolis (chemical notation). Instruksi-instruksi ilmu kimia dominan pada level

kti bahwa model partikel adalah sulit bagi para siswa

ntuk memahaminya, dan apakah itu diperkenalkan awal atau kemudian, yang pasti

p

tentang teori atom. Ternyata pada siswa-siswa tingkat 4 sampai 8 tidak menjawab

dengan referensi teori atom yang telah mereka pelajari. Baru pada siswa kelas 9 yang

menghubungkan jawaban mereka dengan teori atom. Artinya, kemampuan berpikir

abstrak juga dipengaruhi oleh usia. Kesulitannya mungkin terletak pada sulitnya

siswa percaya pada sesuatu yang tidak bisa mereka amati. Para siswa harus

mempersepsikan struktur materi, suatu kesulitan tersendiri untuk menginternalisasi

dua konsep dasar, konseptual dan perseptual sekaligus (Novvick, 1981).

Ada tiga tingkat ekspresi dari suatu materi yaitu makro, submikro (part

d

ketiga, simbolis, dan hal ini menyulitkan (Gabel, 1987). Tapi, ini adalah suatu yang

tidak terhindarkan. Erickson (1985) dalam Viennot (1998) berargumen bahwa

pengenalan secara dini terhadap model-model molekul adalah suatu yang tidak

terelakkan. Mengacu pada terjadinya miskonsepsi siswa pada konsep penguapan,

Viennot menulis, ”Pemahaman terhadap konsep ini kelihatannya memerlukan

penjelasan tentang apa yang terjadi terhadap cairan pada tingkat molekuler karena

pengaruh variasi temperatur.”

Jadi dapat disimpulkan ada bu

u

tidak ada keraguan bahwa itu harus secara penuh dikuasai di tingkatan sekolah

menengah untuk para siswa agar secara penuh dapat sukses di dalam mempelajari

ilmu kimia. Kemampuan untuk membedakan unsur, senyawa, dan campuran

24

berdasar pada model materi, kemungkinan besar dapat digunakan untuk menentukan

para siswa yang dapat melanjutkan belajar kimia setelah usia 16 tahun. Dia

melaporkan bahwa sekitar 43% siswa dapat mendefinisikan unsur dan senyawa

secara benar pada awal sekolah ketika mereka berusia 16 tahun dan konsep ini tidak

berubah sampai mereka lulus (Viennot, 1998).

II.3 Peranan Laboratorium

Robert A Millikan mengatakan, penelitian laboratorium dan teori ibarat sepasang

aki. Perkembangan yang terus menerus hanya dapat dicapai jika kedua kaki ini

dari kimia. Pengembangan

mu kimia hampir selalu berawal dari kerja di laboratorium. Di dalam laboratorium

kegunaan laboratorium dalam pembelajaran kimia, (i) untuk

emberikan pengalaman praktis (practical experience) dengan menghubungkan teori

k

berfungsi secara baik. Tidak masalah kaki mana yang melangkah lebih dulu, kadang

teori di depan, pada saat lain eksperimen lebih maju. Tetapi yang pasti, keduanya

harus ada, dan maju secara beriringan (Millikan, 1924).

Eksperimen merupakan bagian yang tidak terpisahkan

il

inilah terjadi proses ilmiah yang didasarkan pada cara berpikir logis berdasarkan

fakta-fakta yang mendukung. Sikap ilmiah tercermin dari sikap jujur dan obyektif

dalam mengumpulkan data-data dan menyajikan hasil analisa. Melalui cara berpikir

logis dan sikap jujur serta obyektif itu akan dihasilkan suatu produk. Dengan

demikian dalam sains terdapat tiga komponen, yaitu proses ilmiah, sikap ilmiah, dan

produk yang ilmiah.

Paling tidak ada tiga

m

yang diperoleh dalam kelas dengan kenyataan yang sebenarnya, (ii) untuk

memberikan teknik-teknik laboratorium (laboratory technic), dan (iii) mengajarkan

proses kognitif atau keahlian analitis yang menjadi pondasi ilmu kimia, dan ilmu

berbasis laboratorium yang lain (Dargo, 2006).

25

II.4 Penggunaan Multimedia dalam Kimia

Kemajuan yang pesat dalam teknik komputer baik dari sisi perangkat keras maupun

aannya dalam spektrum yang luas.

ejarah komputer dimulai pada era mekanikal pada tahun 1623 sampai dengan 1941

n

erangkat lunak yang sesuai. Tentu saja kemampuan ini dipengaruhi juga oleh

dunia pendidikan. Revolusi pertama ditandai dengan ditemukannya

esin pencetak buku sehingga memungkinkan memproduksi buku secara massal

ngan. Komputer memungkinkan siswa belajar sesuai dengan minat

an kemampuannya secara individual. Sehingga siswa dapat mengontrol kecepatan

perangkat lunak, telah memungkinkan penggun

S

di mana komputer hanya digunakan untuk membantu pekerjaan matematis seperti

perhitungan, pengurangan, pertambahan, dan perkalian dengan akurasi yang

meningkat. Komputer modern pertama diciptakan Howard Aiken bekerja sama

dengan IBM pada tahun 1944. Teknologi komputer kemudian terus berkembang dan

sekarang telah berada pada generasi ke lima. Komputer generasi ini lebih “pintar”,

mampu melaksanakan pekerjaan secara paralel atau multitasking (Nazawee, 2006).

Satu perbedaan pokok komputer generasi ke lima dengan sebelumnya adalah

kemampuan meniru (emulating) peralatan modern lain jika kepadanya diberika

p

kecepatan prosesor, besar memori dan perangkat keras lain di dalamnya. Dalam ilmu

kimia, komputer digunakan dalam komputasi, visualisasi dan pemodelan, serta

pendidikan.

Ada yang berpendapat bahwa masuknya teknologi komputer merupakan revolusi

ketiga dalam

m

dalam tempo relatif singkat. Revolusi kedua adalah munculnya perpustakaan.

Teknologi komputer yang mulai dikembangkan sesudah Perang Dunia II ternyata

sangat membantu kehidupan, dan dapat mengubah kehidupan secara revolusioner

(Dargo, 2006).

Pemanfaatan komputer sebagai alat bantu proses belajar kimia akan memberikan

beberapa keuntu

d

26

belajarnya sendiri, sesuatu yang tidak dapat dilakukan dalam kelas tradisional. Di

samping itu, komputer juga dapat diprogram untuk dapat memberikan umpan balik,

artinya dapat dibuat suatu pola interaktif antara siswa dengan komputer, berbeda

dengan buku misalnya yang bersifat pasif.

Russel (2000) melaporkan bahwa siswa-siswa yang melakukan praktikum kimia

organik dalam laboratorium basah (wet laboratory), tidak seperti yang dilakukan

eorang kimiawan, mereka lebih banyak mendiskusikan aspek-aspek fisik dari

orsi terbesar andil perkembangan teknologi komputer dalam pendidikan dewasa ini

h an istilah yang tepat untuk e-

earning, karena jika diartikan secara bebas sebagai pembelajaran elektronik rasanya

s

eksperimen yang dilakukannya dengan rekan kerjanya. Fokus pembicaraan ada pada

setting alat, mempelajari prosedur kerja, dan interaksi dengan reagen yang mereka

gunakan (misalnya menyangkut produk kristal, dicuci secukupnya atau dikeringkan

secukupnya). Sangat sedikit siswa yang mendiskusikan sifat-sifat kimia molekul

senyawa yang mereka hasilkan, atau mekanisme reaksi yang mungkin terjadi dalam

eksperimen mereka. Sedangkan pada kesempatan lain kepada mereka diberikan

perangkat lunak pemodelan molekul dan merepresentasikan senyawa yang sama yang

disintesis di laboratorium basah, mereka dapat berdiskusi seperti layaknya kimiawan

(Russel, 2000).

II.5 e-Learning dan Konstruksivisme Komunal

P

adala e-Learning. Agak sulit untuk mencari padan

L

kurang tepat, mereduksi arti yang sesungguhnya. Karena itu penulis memilih tetap

menggunakan istilah asingnya, untuk tidak menimbulkan pembiasan makna dengan

yang sebenarnya. Satu yang dapat diambil sebagai pengertian awal, sama seperti e-

mail, e-comercee, dan istilah sejenis yang lain, semuanya lahir dalam dunia internet

(cyberworld). Karena peranannya yang sentral dalam mengubah paradigma

pendidikan kontemporer, maka penulis menempatkan e-Learning sebagai satu bagian

tersendiri dalam tulisan ini.

27

The European e-Learning Action Plan mendefinisikan e-Learning sebagai

penggunaan teknologi multimedia dan internet untuk meningkatkan kualitas

embelajaran dengan memberikan fasilitas kemudahan mengakses sumber

er-sumber digital teknologi informasi dan

lekomunikasi seperti live broadcast, video, gambar tiga dimensi, email, web, dan

al, di antaranya yang terpenting adalah keterbatasan dalam waktu dan lokasi

embelajaran. Satu analogi yang akan diketahui maknanya nanti, pembelajaran

t maupun timur, mereka adalah para guru

ang besar. Al-Qur'an dan Injil mencatat peranan para nabi sebagai guru dalam

lapangan religi. Sama seperti sekarang, sebenarnya fokus pendidikan adalah

p

pembelajaran, saling menukar jarak jauh dan kolaborasi. Secara sederhana, demikian

Holmes, e-Learning adalah akses secara langsung terhadap sumber belajar di mana

pun dan kapan pun (Holmes, 2006).

Fokus dari ekplorasi e-Learning adalah, tidak kurang dan tidak lebih, pada kombinasi

yang konvergen terhadap sumb

te

antar muka berorientasi objek, yang secara keseluruhan dapat didesain untuk

mendukung, menciptakan, dan menyampaikan suatu pengalaman dan lingkungan

belajar.

e-Learning memiliki potensi untuk mengatasi keterbatasan proses pembelajaran

tradision

p

tradisional seperti aliran air dalam pipa, dan e-Learning adalah aliran air dalam

sungai. Bagaimanapun implementasi e-Learning masih mengalami kendala dalam

banyak hal yang perlu penyederhanaan dan dalam teknologinya itu sendiri. Mungkin

e-Learning secara fundamental tergantung kepada teknologi, tetapi ini bukan berarti

tidak memiliki dasar teoritis sama sekali. Konsep yang mendasari e-Learning

bersumber dari berbagai tradisi dan lapangan, dari konsep pembelajaran itu sendiri,

ilmu komputer, sosiologi, dan psikologi.

Pembelajaran telah menjadi bagian kunci dari perkembangan masyarakat kita. Mulai

dari para filosof terdahulu baik dari bara

y

28

individual. Tetapi seiring perkembangan populasi manusia dan kompleksitas

permasalahan, pendidikan individual saat ini menjadi suatu keuntungan bagi orang-

orang elit tertentu, sementara untuk masyarakat kebanyakan sekolah dan universitas

menjadi tempat belajar klasikal.

Pendidikan saat ini, dua abad terakhir, berorientasi pada ilmu pengetahuan

(knowledge centered education). Pengetahuan dalam asimilasinya dengan fakta dan

pemahaman, dominan dalam sistem persekolahan karena mengarahkan pada

andangan bahwa segala sesuatu dapat diketahui, diklasifikasikan, dan dipelajari dan

Skinner, Thorndike, dan John Broadus Watson. Watson adalah

engusung behaviorisme yang bisa jadi paling ekstrim dalam hal melawan pandangan

seseorang bisa belajar suatu "kebiasaan" tertentu melalui latihan-latihan yang

p

memungkinkan manusia untuk mengendalikan lingkungannya. Implikasinya, sistem

persekolahan mengadaptasinya dalam bentuk penggolongan pengetahuan dalam

lapangan ilmu-ilmu alam seperti fisika, kimia, biologi, astronomi, dan dalam

lapangan terapan seperti industri berat, konstruksi, dan transportasi. Teori

pembelajaran, dengan demikian, dalam seratus tahun terakhir telah berkembang dan

menempati posisi yang dominan. Dimulai dari behaviorisme, berkembang melalui

kognitivisme, dan sekarang yang secara luas diakui adalah sosio-konstruksivisme

(Holmes, 2006).

Behaviorisme bisa jadi merupakan teori tertua dan paling banyak diketahui sebagai

dasar teoritis bagi pembelajaran dan e-Learning. Pencetus teori ini yaitu Ivan Pavlov,

Burrnus Frederic

p

bahwa kesadaran dan pikiran manusia dapat digunakan sebagai penjelasan akan

kebiasaan seseorang. Behaviorisme berpendapat bahwa stimulasi tertentu akan

menghasilkan reaksi spesifik terhadap manusia atau hewan. Dengan pengulangan

suatu pengalaman tertentu, pola atau kebiasaan tertentu dapat dibuat dengan stimulan

yang tepat.

Pesan yang dapat diambil sebagai konsep utama behaviorisme adalah bahwa

29

berulang, dengan stimulasi yang tepat, disertai dengan hadiah ketika memperoleh

pencapaian tertentu dan hukuman jika gagal berprestasi. Kebanyakan penelitian

rdahulu memanfaatkan binatang sebagai subjek yang melakukan proses belajar

iah’-nya adalah

elanjutkan ke materi selanjutnya jika siswa sukses, dan 'hukuman'-nya adalah

mempelajari sesuatu mengalami tahap-tahap perkembangan

esuai dengan tipe belajar itu sendiri. Misalnya Piaget membagi perkembangan anak-

pendidikan saat ini. Pendekatan teoritisnya juga ditandai dengan tahap-tahap

te

dengan keinginannya untuk memperoleh makanan: Watson dengan anjingnya,

Thorndike dengan kucingnya, dan Skinner dengan burung merpati. Aplikasi

behaviorisme yang barang kali masih tersisa saat ini adalah pendekatan ABA

(applied behaviour analysis) pada penderita autis, yang menggunakan teknik

pengulangan sistematis untuk mengajarkan kebiasaan yang penting.

Dalam konteks e-Learning gaung behaviorisme masih terasa dalam pendekatan

latihan soal, terutama pada soal multiple-choice. Tutorial juga dapat dikelompokkan

sebagai menganut behaviorisme terutama dalam penggunaannya untuk mengajarkan

isi suatu pembelajaran yang diikuti dengan penilaian. 'Had

m

mengulang kembali pembelajaran atau mengerjakan tes tambahan jika mereka tidak

sukses dalam penilaian.

Setelah era behaviorisme, selanjutnya muncul kognitivisme dengan pengusungnya

yang paling utama adalah Jean Piaget, Jerome Bruner, dan Lev Vygotsky.

Kognitivisme adalah antitesis dari behaviorisme. Mereka mengatakan bahwa

kesiapan seseorang untuk

s

anak melalui tahap-tahap sensorik-motorik (0-2 tahun) di mana mereka belajar

meraih, menyentuh, dan sebagainya. Selanjutnya tahap pra-operasional ( 2-7 tahun) di

mana pada tahap ini anak belajar bahasa dan pemahaman intuitif proses-proses

sederhana, berikutnya tahap kongkrit operasional, dan operasi formal.

Tokoh yang paling penting dari kognitivisme adalah Vygotsky, ditinjau dari

kedekatannya dengan teori konstruksivisme dan aplikasi praktisnya dalam sistem

30

perkembangan, dalam hal ini dia mengatakan ada dua tahap. Jika ide piagetian

menyatakan bahwa seorang pelajar harus mencapai tahap perkembangan tertentu

ntuk dapat belajar, tesis Vygotsky menyatakan sebagai potensi apa yang dimiliki

onteks yang (1) sosial, (2) reflektif, (3) otentik,(4) scaffolded, (5) progresif, dan (6)

elajaran karena dalam faktanya keduanya bersinergi membentuk pola

engetahuan seseorang. Dalam dimensi sosial ini, seorang yang belajar akan

u

pelajar pada suatu tahap tertentu. Teorinya terfokus pada adanya perbedaan antara

apa yang pelajar kuasai sekarang dan apa yang di luar jangkauannya. Perbedaan

(gap) ini dikenal sebagai zone of proximal development (ZPD). Melewati perbedaan

ini, atau mengambil langkah selanjutnya adalah bagian utama dari proses belajarnya,

di mana mereka dapat memonitor dan mengatur lingkungan belajarnya sendiri. Dalam

konteks e-Learning, pelajar dapat diberi tugas-tugas pemecahan masalah atau strategi

pemecahan masalah yang biasanya keduanya muncul dalam format game. Kedudukan

asisten diperankan oleh software prompt, atau tutor yang lebih tahu dan tutor sebaya.

Dalam sosio-konstruksivisme, pelajar membangun sendiri konstruksi pengetahuan,

keahlian, dan pemahamannya dari observasi dan kemampuan nalarnya sendiri.

Esensinya, sosio-konstruksivisme memerlukan interaksi tiga dimensi antara pelajar,

dan lingkungannya, dalam hal ini adalah orang lain, bisa jadi pelajar lain atau tutor.

Elemen utama dari sosio-konstruksivisme dapat dirangkum sebagai belajar dalam

k

experiential.

Dimensi sosial memunculkan konsep seperti organisasi pembelajaran, "learning

schools", dan komunitas pembelajaran, di mana pembelajaran tidak hanya diartikan

secara kontekstual sebagai sekolah dan universitas, tetapi juga dalam komunitas

sosial yang lebih luas. Setiap konteks pembelajaran selalu bersanding dengan non-

konteks pemb

p

berkontribusi terhadap orang lain dengan membagi pengetahuannya dengan orang

lain melalui kolaborasi dan ko-operasi.

31

Berbagi dalam pembelajaran ini sering disebut sebagai distribusi kognitif (distributed

cognition), di mana dapat diartikan suatu tim yang memiliki kemajuan kolektif

sebagai hasil dari pembelajaran masing-masing individu anggotanya. Belajar untuk

belajar (learning to learn) dalam sentuhan yang lebih luas pada dasarnya meliputi

elajar untuk belajar dari orang lain, belajar untuk belajar dengan orang lain, belajar

dap sosio-konstruksivisme dan

emampuan e-Learning di mana seorang yang belajar dengan alat tertentu

lain.

etika anda ketikkan sebaris pertanyaan mengenai suatu topik tertentu dalam yahoo

konstruksi pengetahuannya sendiri sebagai hasil dari pengalaman dan interaksinya

b

untuk menjadi mediator bagi orang lain, bukan hanya untuk kepentingannya sendiri,

tetapi juga untuk saling berbagi. Belajar untuk pembelajaran secara kolektif, di mana

seseorang berkontribusi kepada pembelajaran kolektif pada dasarnya adalah

keuntungan bagi dirinya sendiri juga (Perkins, 1998).

Tetapi adalah perlu dikembangkan definisi sosio-kontruksivisme dalam arti yang

lebih luas, yang mencakup sinergi antara perkembangan teknologi informasi terkini

dengan ide-ide pendidikan di atas. Dalam konteks ini, komunal-konstruksivisme

digunakan untuk memberi ruang yang lebih luas terha

k

menciptakan suatu pembelajaran buat dirinya sendiri dan berkontribusi dengan

menyimpan proyek, artefak, essay, dan lain sebagainya dalam suatu knowledge-base

komunal untuk kemaslahatan komunitas mereka dan generasi yang akan datang.

Dari sini terlihat bahwa e-Learning, sekali lagi dengan segala kekurangannya,

merupakan suatu bentuk pembelajaran yang mampu memberi peluang seseorang

untuk berkembang secara maksimal sesuai dengan potensinya masing-masing. e-

Learning juga membuka peluang untuk seseorang berkontribusi terhadap orang

K

answer® misalnya, beberapa menit kemudian jawaban-jawaban terhadap pertanyaan

tersebut telah ada.

Dari sini, e-Learning menemukan definisi terbaiknya dalam konteks komunal

konstruksivisme, yaitu suatu pendekatan pembelajaran di mana siswa membangun

32

dengan orang lain, dan membuka peluang untuk berkontribusi dengan pengetahuan

itu terhadap data-base pengetahuan komunal bagi keuntungan pelajar sekarang dan

ang akan datang (Holmes, 2001).

gembangan multimedia (multimedia authoring)

emang dirancang untuk dapat digunakan oleh orang awam yang buta terhadap

gan multimedia yang populer

isalnya Abode Flash, Adobe Authorware, Adobe Captivate, dan lain-lain.

y

II.6 Perangkat Lunak Pengembang Multimedia

Mengembangkan suatu perangkat multimedia saat ini relatif mudah, karena tidak

begitu memerlukan keahlian khusus dalam pemrograman perangkat lunak.

Kebanyakan perangkat lunak pen

m

bahasa pemrograman. Contoh perangkat pengemban

m

Sedangkan dalam pengembangan perangkat multimedia pembelajaran praktikum

virtual ini akan digunakan Multimedia Builder dari www.mediachance.com.

Perangkat lunak ini relatif kalah populer dibandingkan dengan flash, tetapi dengan

mempertimbangkan legalitas, kemudahan pakai, dan tersedianya file-file contoh yang

dapat diunduh dari situs pembuatnya, diputuskan untuk menggunakannya.