perkembangan model atom
TRANSCRIPT
PERKEMBANGAN TEORI ATOM
Oleh : Bun YaminJurusan Teknik Kimia STTI Bontang
Konsep dasar tentang atom sudah dikenal sejak zaman Yunani
kuno yang dipelopori oleh Democritus yang hidup pada akhir abad ke-4
dan awal abad ke-5 Sebelum Masehi. Menurutnya, suatu benda dapat
dibagi menjadi bagian-bagian yang sangat kecil yang akhirnya tidak
dapat dibagi lagi yang disebut atom. Kata atom berasal dari bahasa
Yunani yaitu ”atomos” yang berarti ”tidak dapat dibagi”.
Disebutkan bahwa alasan ini berasal dari observasi di mana
butiran pasir dapat bersama-sama membentuk sebuah pantai. Dalam
analoginya, pasir adalah atom, dan pantai adalah senyawa. Analogi ini
kemudian dapat dihubungkan dengan pengertian Democritus terhadap
atom yang tidak bisa dibagi lagi: walaupun sebuah pantai dapat dibagi
ke dalam butiran-butiran pasirnya, butiran pasir ini tidak dapat dibagi.
Democritus juga beralasan bahwa atom sepenuhnya padat, dan tidak
memiliki struktur internal. Dia juga berpikir harus ada ruang kosong
antar atom untuk memberikan ruang untuk pergerakannya (seperti
pergerakan dalam air dan udara, atau fleksibilitas benda padat).
Sebagai tambahan, Democritus juga menyebutkan bahwa untuk
menjelaskan perbedaan sifat dari material yang berbeda, atom
dibedakan ke dalam bentuk, massa dan ukurannya. Konsep atom yang
dikemukakan oleh Democritus ini tidak didukung oleh eksperimen yang
meyakinkan sehingga tidak dapat diterima oleh ahli ilmu pengetahuan
dan filsafat. Baru sekitar tahun 1800an bukti eksperimental muncul.
Penelitian-penelitian terbaru
menyebabkan teori dan model atom semakin
berkembang dan kebenarannya semakin
nyata. Teori dan model atom dimulai dengan
penelitian yang dilakukan oleh John Dalton
yang selanjutnya dikembangkan oleh Joseph
John Thompson, Ernest Rutherford, Niels Bohr dan teori atom
menggunakan mekanika gelombang.
A. Model Atom Dalton
Pada tahun 1803, John Dalton
mengemukakan pendapatnaya tentang atom.
Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum,
yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier)
dan hukum susunan tetap (hukum Prouts).
Lavosier menyatakan 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.
Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal
seperti pada tolak peluru. Seperti gambar berikut ini:
Percobaan Lavosier
Mula-mula tinggi cairan merkuri dalam wadah yang berisi udara adalah
A, tetapi setelah beberapa hari merkuri naik ke B dan ketinggian ini
tetap. Beda tinggi A dan B menyatakan volume udara yang digunakan
oleh merkuri dalam pembentukan bubuk merah (merkuri oksida).
Untuk menguji fakta ini, Lavoisier mengumpulkan merkuri oksida,
kemudian dipanaskan lagi. Bubuk merah ini akan terurai menjadi
cairan merkuri dan sejumlah volume gas (oksigen) yang jumlahnya
sama dengan udara yang dibutuhkan dalam percobaan pertama
Percobaan Joseph Pruost
Pada tahun 1799 Proust menemukan bahwa senyawa tembaga
karbonat baik yang dihasilkan melalui sintesis di laboratorium maupun
yang diperoleh di alam memiliki susunan yang tetap.
Percobaa
n
ke-
Sebelum
pemanasan
(g Mg)
Setelah
pemanasan
(g MgO)
Perbandingan
Mg/MgO
1 0,62 1,02 0,62/1,02 = 0,61
2 0,48 0,79 0,48/0,79 = 0,60
3 0,36 0,60 0,36/0,60 = 0,60
Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Dalton
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.
B. Model Atom Thomson
Berdasarkan penemuan tabung katode
yang lebih baik oleh William Crookers,
maka J.J. Thomson meneliti lebih lanjut
tentang sinar katode dan dapat dipastikan
bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab
dapat memutar baling-baling yang diletakkan
diantara katode dan anode. Dari hasil percobaan ini, Thomson
menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom
(partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut
elektron.
Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena
elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang
bermuatan positif untuk menetralkan muatan negatif elektron
tersebut. Dari penemuannya tersebut, Thomson memperbaiki
kelemahan dari teori atom dalton dan mengemukakan teori atomnya
yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson yang menyatakan bahwa:
“Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan di dalamnya
tersebar muatan negatif elektron.”
Model atom ini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah
dikelupas kulitnya. Biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar
marata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada model atom
Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal. Model atom
Thomson dapat digambarkan sebagai berikut:
Percobaan Sinar Katode
Berdasarkan eksperimennya Thomson mengukur bahwa kecepatan
sinar katoda jauh lebih kecil dibandingkan kecepatan cahaya, jadi sinar
katoda ini bukan merupakan REM. Selain itu Ia juga menetapkan
perbandingan muatan listrik (e) dengan massa (m). Hasil rata-rata e/m
sinar katoda kira-kira :
e/m = 1,76 x 108 C g-1
Nilai ini sekitar 2000 kali lebih besar dari e/m yang dihitung dari
hidrogen yang dilepas dari elektrolisis air (Thomson menganggap sinar
katoda mempunyai muatan listrik yang sama seperti atom hidrogen
dalam elektrolisis air).
Kesimpulan : Partikel sinar katoda bermuatan negatif dan merupakan
partikel dasar suatu benda yang harus ada pada setiap atom. Pada
tahun 1874 Stoney mengusulkan istilah elektron.
Percobaan Tetes Minyak Milikan
Besarnya muatan dalam elektron ditemukan oleh Robert Andrew
Milikan (1908) melalui percobaan tetes minyak Milikan seperti gambar
di bawah ini :
Minyak disemprotkan ke dalam tabung yang bermuatan listrik. Akibat
gaya tarik gravitasi akan mengendapkan tetesan minyak yang turun.
Bila tetesan minyak diberi muatan negatif maka akan tertarik kekutub
positif medan listrik. milikan menemukan menemukan bahwa muatan
tetes-tetes minyak selalu bulat dari suatu muatan tertentu, yaitu 1.602
x 10-19 coulomb
Hasil percobaan Milikan dan Thomson diperoleh muatan elektron –1
dan massa elektron 0, sehingga elektron dapat dilambangkan e−10
Data Fisis Elektron :
e/m = 1.76 x 108 C g-1
e = 1.602 x 10-19 C
maka massa elektron = 9.11 x 10-28 gram
Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Thomson
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.
C. Model Atom Rutherford
Rutherford bersama dua orang muridnya
(Hans Geiger dan Erners Masreden) melakukan
percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar
alfa (λ) terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya
telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu partikel
yang bermuatan positif dan bergerak lurus,
berdaya tembus besar sehingga dapat menembus
lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut
sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah
atom itu betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang bila
dikenai partikel alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. Dari
pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa apabila partikel alfa
ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis, maka sebagian
besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang dari
1°), tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu
diantara 20.000 partikel alfa akan membelok sudut 90o bahkan lebih.
Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa
kesimpulan beberapa berikut:
1. Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua
partikel alfa diteruskan
2. Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-
atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang
sangat kecil yang bermuatan positif.
3. Partikel tersebut merupakan partikel yang 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 fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan
tersebut, Rutherford mengusulkan model atom yang dikenal
dengan Model Atom Rutherford yang menyatakan bahwa Atom
terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi
oleh elektron yang bermuatan negatif. Rutherford menduga bahwa
didalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi mengikat
partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak.
Model atom Rutherford dapat digambarkan sebagai beriukut:
Percobaan Rutherford
Eksperimen ini melibatkan penambakan partikel alfa (inti atom
helium atau ion helium dengan muatan positif) yang diemisikan oleh
unsur Radium pada lempengan logam emas tipis dan kemudian
mendeteksi partikel alfa yang telah melewati lempengan logam emas
tersebut dengan menggunakan layar yang dilapisi seng sulfida (ZnS)
sebagai dtetektor.
Kelemahan Model Atom Rutherford
Kelebihan
Membuat hipotesa bahwa atom tersusun dari inti atom dan elektron
yang mengelilingi inti
Kelemahan
Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti
atom. Berdasarkan teori fisika, gerakan elektron mengitari inti ini
disertai pemancaran energi sehingga lama - kelamaan energi elektron
akan berkurang dan lintasannya makin lama akan mendekati inti dan
jatuh ke dalam inti. Ambilah seutas tali dan salah satu ujungnya Anda
ikatkan sepotong kayu sedangkan ujung yang lain Anda pegang.
Putarkan tali tersebut di atas kepala Anda. Apa yang terjadi? Benar.
Lama kelamaan putarannya akan pelan dan akan mengenai kepala
Anda karena putarannya lemah dan Anda pegal memegang tali
tersebut. Karena Rutherford adalah telah dikenalkan
lintasan/kedudukan elektron yang nanti disebut dengan kulit.
D. Model Atom Bohr
Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark
bernama Niels Bohr memperbaiki kegagalan atom
Rutherford melalui percobaannya tentang
spektrum atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil
memberikan gambaran keadaan elektron dalam
menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan
Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan
antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck,
diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:
1. Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi
satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai
keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan
lintasan melingkar disekeliling inti.
2. Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi
elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi
yang dipancarkan maupun diserap.
3. Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke
lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi
tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, ΔE
= hv.
4. Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan
sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum
sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan
dari h/2π atau nh/2π, dengan n adalah bilangan bulat dan h
tetapan planck.
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.
Percobaan Bohr
Kelebihan dan Kelemahan
Kelebihan
Keberhasilan teori Bohr terletak pada kemampuannya untuk
meeramalkan garis-garis dalam spektrum atom hidrogen
Salah satu penemuan adalah sekumpulan garis halus, terutama
jika atom-atom yang dieksitasikan diletakkan pada medan magnet
Werner Heisenberg
Erwin Schrodinger
Kelemahan
Struktur garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori Bohr
tetapi teori ini tidak pernah berhasil memerikan spektrum selain
atom hydrogen
Belum mampu menjelaskan adanya stuktur halus (fine structure)
pada spectrum, yaitu 2 atau lebih garis yang sangat berdekatan
Belum dapat menerangkan spektrum atom kompleks
Itensitas relatif dari tiap garis spektrum emisi.
Efek Zeeman, yaitu terpecahnya garis spektrum bila atom berada
dalam medan magnet.
E. Model Atom Modern
Model atom mekanika kuantum
dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926).
Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari
Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori
mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip
ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat
ditentukan kedudukan dan momentum suatu
benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan
adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti
atom”.
Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan
elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan
oleh Erwin Schrodinger. Erwin Schrodinger memecahkan suatu
persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk
menggambarkan batas kemungkinan
ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.
Persamaan Schrodinger
Werner Heisenberg
x,y dan z
Y
m
ђ
E
V
= Posisi dalam tiga dimensi
= Fungsi gelombang
= massa
= h/2p dimana h = konstanta plank dan p =
3,14
= Energi total
= Energi potensial
Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom
modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat
ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini.
Model atom mutakhir atau
model atom mekanika
gelombang
Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian
elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-
orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan
membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit.
Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit
terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi
posisi orbitalnya belum tentu sama.
Ciri Khas Model Atom Mekanika Gelombang
1. Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga
lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi
mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut
orbital (bentuk tiga dimensi darikebolehjadian paling besar
ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu
atom)
2. Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga
bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital
dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)
3. Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr
bukannya sesuatu yang pasti, tetapi boleh jadi merupakan
peluang terbesar ditemukannya elektron.
Percobaan Chadwick
Kelemahan Model Atom Modern
Persamaan gelombang Schrodinger hanya dapat diterapkan secara
eksak untuk partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal.
F. Kesimpulan
1.Sebelum permulaan abad 19, konsep atom dianggap sebagai
‘mitos’ , karena gagasan yang diajukan oleh para filosof Yunani
hanya dilandasi pemikiran tentang fenomena alam.
Perkembangannya menjadi ‘sains’ normal’ setelah Dalton
mengkonseptualisasikan kembali berdasarkan kajian-kajian
empirik. Periode ‘sains normal’ di bawah paradigma Dalton
berlangsung hampir satu abad lamanya (ahir abad 19).
2.Akumulasi anomali yang menggugurkan paradigma Dalton
antara lain gejala kelistrikan dan radoaktifitas.
3.Perubahan model atom Thompson, Rutherford, Bohr hingga
model atom mekanika kuantum masih berada dalam satu
paradigma yang meyakini bahwa atom memiliki sub partikel ;
inti atom dan elektron. Perubahan model difokuskan pada
penentuan susunan elektron dalam atom
4.Namun ditinjau dari landasan filosofisnya, perubahan Model
Atom Bohr ke Model atom mekanika Kuantum dianggap
sebagai perubahan paradigma deterministik
menjadiUncertainity Principle
5.Penemuan partikel elementer quark , belum dapat dianggap
suatu anomali , karena model quark tidak mengubah
paradigma namun melengkapinya,
6.Adanya perkembangan pemikiran konsep atom menunjukkan
bahwa tidak ada kebenaran yang mutlak dalam IPA, bahkan
melalui konsep atom faham determinisme dapat dibantah
dengan argumentasi mekanika kuantum. Kemunculan model
quark tidak lagi dianggap sesuatu guncangan bagi kebenaran
ilmiah, namun dianggap dapat melengkapi khazanah ilmu
pengetahuan. Hal ini karena para ilmuwan kini mempunyai
pandangan bahwa kebenaran sains bersifat tentatif dan relatif.
Bibliografi
Farida, Ida. 2009, “Analisis Sejarah Perkembangan Model Atom berdasarkan
Paradigma Kuhn.” http://faridach.wordpress.com/2009/12/11/analisis-sejarah-model-atom-berdasarkan-paradigma-kuhn/ (diakses tanggal 22 September 2011)
Setyawati, Arifatun Anifah. “Kimia : Mengkaji Fenomena Alam
Untuk Kelas
X SMA/MA”, Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional,
2009.
Susanti, Vika. ____, “Perkembangan Model Atom.” http://kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kuliah_web/2007/Vika%20Susanti/model.html (diakses tanggal 22 September 2011)
Makalah : Mikrobiologi
MIKOPROTEINPangan Pengganti Daging Berbasis Miselium
Jamur
Oleh :
Bun Yamin
Arya Nining Sailla
JURUSAN TEKNIK KIMIA
SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI INDUSTRI BONTANG
2012