16

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Atom adalah satuan unit terkecil dari sebuah unsur yang memiliki sifat-sifat dasar tertentu.

Setiap atom terdiri dari sebuah inti kecil yang terdiri dari proton dan neutron dan sejumlah

elektron pada jarak yang jauh.

Pada tahun 1913 Neils Bohr pertama kali mengajukan teori kuantum untuk atom hydrogen.

Model ini merupakan transisi antara model mekanika klasik dan mekanika gelombang. Karena

pada prinsip fisika klasik tidak sesuai dengan kemantapan hidrogen atom yang teramati.

Model atom Bohr memperbaiki kelemahan model atom Rutherford. Untuk menutupi

kelemahan model atom Rutherford, Bohr mengeluarkan empat postulat. Gagasan Bohr

menyatakan bahwa elektron harus mengorbit di sekeliling inti.

Namun demikian, teori atom yang dikemukakan oleh Neils Bohr juga memiliki banyak

kelemahan. Model Bohr hanyalah bermanfaat untuk atom-atom yang mengandung satu elektron

tetapi tidak untuk atom yang berelektron banyak.

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.

B. Rumusan Masalah

1. Bagaimana pendapat dalton tentang atom?

2. Berapa nilai massa (nilai e/m) dari partikel sinar katode?

3. Apa Postulat Dasar Model Atom Bohr?

4. Apakah kelebihan dan kekurangan setiap teori atom?

Teori Atom

16

BAB II

PEMBAHASAN

A. Teori Atom Dalton

Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan 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:

Model Atom Dalton seperti bola pejal

Teori Atom

16

Model Atom Dalton seperti bola pejal

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.

Percobaan 

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

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. Teori Atom Joseph John Thompson

Percobaan tabung sinar katoda pertama kali dilakukan William Crookes (1875). Hasil

eksperimennya adalah ditemukannya seberkas sinar yang muncul dari arah katoda menuju ke

anoda yang disebut sinar katoda.

George Johnstone Stoney (1891) yang memberikan nama sinar katoda disebut “elektron”.

Kelemahan dari Stoney tidak dapat menjelaskan pengertian atom dalam suatu unsur memiliki

Teori Atom

16

sifat yang sama sedangkan unsur yang berbeda akan memiliki sifat berbeda, padahal keduanya

sama-sama memiliki elektron.

Antoine Henri Becquerel (1896) menentukan sinar yang dipancarkan dari unsur-unsur

Radioaktif yang sifatnya mirip dengan elektron.

Joseph John Thomson (1897) melanjutkan eksperimen William Crookes yaitu pengaruh

medan listrik dan medan magnet dalam tabung sinar katoda.

Gambar Eksperimen J.J Thomson

Hasil percobaannya membuktikan bahwa ada partikel bermuatan negatif dalam suatu

atom karena sinar tersebut dapat dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik.

Berdasarkan besarnya simpangan sinar katode dalam medan listrik, Thomson dapat menentukan

nisbah muatan terhadap massa (nilai e/m) dari partikel sinar katode sebesar 1.76 x 108

Coulomb/gram. Besarnya muatan dalam elektron ditemukan oleh Robert Andrew Milikan

(1908) melalui percobaan tetes minyak Milikan seperti gambar di bawah ini:

Gambar Eksperimen Milikan

Minyak disemprotkan ke dalam tabung

yang bermuatan listrik. Akibat gaya tarik

gravitasi akan mengendapkan tetesan minyak

yang turun. Bila tetesan minyak diberi muatan

Teori Atom

16

negatif maka akan tertarik kekutub positif medan listrik. Milikan 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 

Data Fisis Elektron:

e/m = 1.76 x 108 Coulomb/gram

e = 1.602 x 10-19 coulomb

maka massa electron = 9.11 x 10-28 gram

 

Setelah penemuan elektron, maka teori Dalton yang mengatakan bahwa atom adalah partikel

yang tak terbagi, tidak dapat diterima lagi. Pada

tahun 1900, J.J Thomson mengajukan

model atom yang menyerupai roti

kismis. Menurut Thomson, atom terdiri dari materi

bermuatan positif dan didalamnya tersebar elektron

bagaikan kismis dalam roti kismis.

C. Teori Atom Ernest Rutherford

Model Rutherford atau model planet adalah model atom yang dibuat oleh Ernest

Rutherford. Rutherford diarahkan terkenal percobaan Geiger-Marsden pada tahun 1909, yang

disarankan pada 1911 Rutherford analisis bahwa yang disebut " puding plum Model "dari JJ

Thomson atom yang tidak benar. Model baru Rutherford  untuk atom, berdasarkan hasil

eksperimen, memiliki fitur baru dari biaya pusat yang relatif tinggi terkonsentrasi ke dalam

volume yang sangat kecil dibandingkan dengan sisa atom dan mengandung sebagian besar massa

atom (yang inti atom).

Model Rutherford tidak membuat kemajuan baru dalam

menjelaskan elektron-struktur atom, dalam hal ini Rutherford

hanya disebutkan model sebelumnya atom di mana sejumlah

Teori Atom

16

kecil elektron mengelilingi inti seperti planet di sekitar matahari, atau sebuah cincin di sekeliling

sebuah planet seperti Saturnus. Namun, dengan implikasi, konsentrasi Rutherford sebagian besar

massa atom ke inti yang sangat kecil membuat model planet metafora bahkan lebih mungkin

dibandingkan sebelumnya, seperti inti akan mengandung sebagian besar massa atom, dalam cara

yang analog dengan Matahari yang mengandung sebagian besar tata surya massa 's. Model

Rutherford kemudian dikoreksi oleh Niels Bohr.

D. Teori Atom Niels Bohr

Niels Bohr selanjutnya menyempurnakan model atom yang dikemukakan oeh Rutherford.

Penjelasan Bohr didasarkan pada penelitiannya tentang spektrum garis atom hidrogen. Beberapa

hal yang dijelaskan oleh Bohr adalah

Elektron mengorbit pada tingkat energi tertentu yang disebut kulit

Tiap elektron mempunyai energi tertentu yang cocok dengan tingkat energi kulit

Dalam keadaan stasioner, elektron tidak melepas dan menyerap energi

Elektron dapat berpindah posisi dari tingkat energi tinggi menuju tingkat energi rendah

dan sebaliknya dengan menyerap dan melepas energi

Model Atom Niels Bohr

E. Teori Atom Hidrogen

Model Bohr hanya akurat untuk sistem satu elektron seperti atom hidrogen atau helium yang

terionisasi satu kali. Bagian ini hendak menurunkan rumusan tingkat-tingkat energi atom

hidrogen menggunakan model Bohr.

Penurunan rumus didasarkan pada tiga asumsi sederhana:

1. Energi sebuah elektron dalam orbit adalah penjumlahan energi kinetik dan energi

potensialnya:

Teori Atom

16

dengan  , dan qe adalah muatan elektron.

2. Momentum sudut elektron hanya boleh memiliki harga diskret tertentu:

dengan n = 1,2,3,… dan disebut bilangan kuantum utama, h adalah konstanta Planck, dan 

.

3. Elektron berada dalam orbit diatur oleh gaya coulomb. Ini berarti gaya coulomb sama

dengan gaya sentripetal:

Dengan mengalikan ke-2 sisi persamaan (3) dengan r didapatkan:

Suku di sisi kiri menyatakan energi potensial, sehingga persamaan untuk energi menjadi:

Dengan menyelesaikan persamaan (2) untuk r, didapatkan harga jari-jari yang

diperkenankan:

Dengan memasukkan persamaan (6) ke persamaan (4), maka diperoleh:

Dengan membagi kedua sisi persamaan (7) dengan mev didapatkan

Teori Atom

16

Dengan memasukkan harga v pada persamaan energi (persamaan (5)), dan kemudian

mensubstitusikan harga untuk k dan  , maka energi pada tingkatan orbit yang berbeda dari

atom hidrogen dapat ditentukan sebagai berikut:

Dengan memasukkan harga semua konstanta, didapatkan,

Dengan demikian, tingkat energi terendah untuk atom hidrogen (n = 1) adalah -13.6 eV.

Tingkat energi berikutnya (n = 2) adalah -3.4 eV. Tingkat energi ketiga (n = 3) adalah -1.51 eV,

dan seterusnya. Harga-harga energi ini adalah negatif, yang menyatakan bahwa elektron berada

dalam keadaan terikat dengan proton. Harga energi yang positif berhubungan dengan atom yang

berada dalam keadaan terionisasiyaitu ketika elektron tidak lagi terikat, tetapi dalam keadaan

tersebar.

Postulat Dasar Model Atom Bohr

Ada empat postulat yang digunakan untuk menutupi kelemahan model atom

Rutherford, antara lain :

1. Atom Hidrogen terdiri dari sebuah elektron yang bergerak dalam suatu lintas

edar berbentuk lingkaran mengelilingi inti atom ; gerak elektron tersebut dipengaruhi

oleh gaya coulomb sesuai dengan kaidah mekanika klasik.

Teori Atom

16

2. Lintas edar elektron dalam hydrogen yang mantap hanyalah memiliki harga

momentum angular L yang merupakan kelipatan dari tetapan Planck dibagi dengan

2π.

dimana n = 1,2,3,… dan disebut sebagai bilangan kuantum utama, dan h adalah

konstanta Planck.

3. Dalam lintas edar yang mantap elektron yang mengelilingi inti atom tidak

memancarkan energi elektromagnetik, dalam hal ini energi totalnya E tidak berubah.

4. Jika suatu atom melakukan transisi dari keadaan energi tinggi EU ke keadaan

energi lebih rendah EI, sebuah foton dengan energi hυ=EU-EI diemisikan. Jika sebuah

foton diserap, atom tersebut akan bertransisi ke keadaan energi rendah ke keadaan

energi tinggi.

F. Efek Zeeman dan Momentum Sudut Orbital

a. Efek Zeeman

Dalam medan magnetik, energi keadaan atomik tertentu bergantung pada harga m l seperti

juga pada n. Keadaan dengan bilangan kuantum total n terpecah menjadi beberapa sub-

keadaan jika atom itu berada dalam medan magnetik, dan energinya bisa sedikit lebih besar

atau lebih kecil dari keadaan tanpa medan magnetik. Gejala itu menyebabkan “terpecahnya”

garis spektrum individual menjadi garis-garis terpisah jika atom dipancarkan ke dalam

medan magnetik, dengan jarak antara garis bergantung dari besar medan itu.

Efek Zeeman adalah gejala tambahan garis-garis spektrum jika

atom-atom tereksitasi diletakan dalam medan magnet (terpecahnya

garis spektral oleh medan magnetik). Efek Zeeman, nama ini

diambil dari nama seorang fisikawan Belanda Zeeman yang

mengamati efek itu pada tahun 1896. Suatu elektron bermassa m

bergerak dalam suatu orbit berjari-jari r dengan frekuensi f dan

momendtum sudut elektron L. Gerakan elektron ini menghassilkan

Teori Atom

16

arus. Gerakan elektron ini juga menimbulkan medan magnetik maka pada kejadian ini

muncul momen magnetik.

b. Momentum Sudut

Momentum sudut adalah sebuah besaran fisika yang penting, khususnya untuk masalah-

masalah pada tingkat energi dan spektra atom dan molekul. Dalam bagian ini, momentum

sudut akan didefinisikan dan sifat-sifatnya akan dijelaskan.

Momentum sudut dari sebuah partikel didefinisikan sebagai sebuah produk luar (produk

vektor) r x p dari posisi vektor r yang menyatakan posisi (x, y, z) dan momentum  = (

x,  y,  z)

(1.96)

Persamaan ini dapat ditulis ulang dengan komponen-komponen berikut:

Teori Atom

16

(1.97)

Momentum sudut yang diperkenalkan di sini disebut sebagai momentum sudut orbital

karena ini berkaitan dengan gerak orbital klasik dari partikel.

Contoh 1.12 Dapatkan momentum sudut orbital l dari sebuah partikel dengan masa m

yang melingkar pada bidang x-y dengan kecepatan yang konstan v dan pada radius r.

Kemudian tulis lagi kondisi Bohr untuk kuantisasi pada persamaan (1.21) untuk batasan dari

besaran momentum sudut |l|.

(Jawaban) Karena z = 0, pz = 0 untuk gerak melingkar di sekitar titik pusat O dalam

bidang x-y sebagaimana ditunjukkan dalam gambar, maka komponen x dan y dari

momentum sudut l, keduanya akan menghilang.

Dengan mengambil sudut θ dan arah dari kecepatan v sebagaimana dalam gambar, kita

akan mendapatkan persamaan-persamaan berikut:

Komponen z dari momentum sudut l menjadi

Dengan demikian, tiga komponen dari momentum sudut orbital I diekspresikan dengan

Berdasarkan persamaan (1.21) kondisi Bohr untuk

kuantisasi adalah

Teori Atom

16

Dengan catatan bahwa |l| = mvr dalam persamaan di atas maka kita mendapatkan

Dengan demikian, kondisi Bohr untuk kuantisasi menunjukkan bahwa besaran

momentum sudut orbital dari gerak melingkar dikuantisasi menjadi perkalian bilangan bulat

dengan h.

Operator Î= (Îx, Îy, Îz) berhubungan dengan l yang dapat diperoleh dengan menggunakan

persamaan (1.53) yang digunakan juga untuk menurunkan operator Hamiltonian dengan

menggunakan koordinat polar (r, θ, φ) kita akan mendapatkan persamaan berikut:

(1.98)

Persamaan-persamaan ini akan menuju pada sebuah ekspresi yang sangat berguna untuk

momentum sudut kuadrat l2 = lx2 + ly

2 + lz2 . Sehingga Î2 akan sebanding dengan operator

Legendre Λ.

(1.99)

Sifat karakteristik dari operator Λ telah dipelajari dengan baik dalam kaitannya dengan

harmonik sudut Yl,m. Beberapa contoh untuk Yl,m ditunjukkan dalam tabel 1.3. Hubungan

berikut ini adalah sangat penting.

(1.100)

atau

(1.101)

Teori Atom

16

Ini adalah persamaan eigen untuk Î2 ; Yl,m adalah fungsi eigen dan l(l + 1)h2 adalah nilai

eigen. ladalah bilangan kuantum yang menentukan besarnya momentum sudut orbital. Ini

adalah bilangan kuantum untuk kuadrat dari l dan dibatasi pada nilai l = 0,1,2,3,… .

Hubungan berikut untuk kompnen z dari momentum sudut Îz dan dapat dikonfirmasi pada

tabel 1.3.

(1.102)

Ini adalah persamaan eigen untuk Îz ; Yl,m adalah fungsi eigen dan mh adalah nilai eigen.

m adalah bilangan kuantum untuk komponen z dari momentum sudut orbital dan memiliki

2l + 1 nilai yang mungkin yang berkaitan dengan bilangan kuantum l dalam daerah dari

−l hingga +l. Sebagai contoh untuk l = 1, maka nilai yang mungkin adalah m = -1, 0, 1.

Karakteristik yang seperti itu untuk l dan m adalah berkaitan dengan perilaku elektron dalam

atom. Sebuah hubungan yang sama dan juga penting dalam menjelaskan keadaan rotasional

dari molekul. Sebagaimana telah dipelajari dalam kasus rotor yang kaku dari sebuah

molekul diatomik, operator Hamiltonian adalah sebanding dengan operator Legendre Λ

dalam persamaan (1.100), fungsi gelombang untuk rotasi molekul akan menjadi fungsi

harmonik sperikal Yl,m.

Tabel 1.3. Harmonik sperikal Yl,m (θ, φ)

Teori Atom

16

BAB III

Teori Atom

16

PENUTUP

A. Kesimpulan

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.

Pada tahun 1900, J.J Thomson mengajukan model atom yang menyerupai roti kismis.

Menurut Thomson, atom terdiri dari materi bermuatan positif dan didalamnya tersebar

elektron bagaikan kismis dalam roti kismis.

Rutherford melakukan penelitian tentang hamburan sinar α pada lempeng emas. Hasil

pengamatan tersebut dikembangkan dalam hipotesis model atom Rutherford.

a Atom memiliki inti atom bermuatan positif yang merupakan pusat massa atom.

b Elektron bergerak mengelilingi inti dengan kecepatan yang sangat tinggi.

c Sebagian besar partikel α lewat tanpa mengalami pembelokkan/hambatan. Sebagian

kecil dibelokkan, dan sedikit sekali yang dipantulkan.

Beberapa hal yang dijelaskan oleh Bohr adalah

a Elektron mengorbit pada tingkat energi tertentu yang disebut kulit

b Tiap elektron mempunyai energi tertentu yang cocok dengan tingkat energi kulit

c Dalam keadaan stasioner, elektron tidak melepas dan menyerap energi

d Elektron dapat berpindah posisi dari tingkat energi tinggi menuju tingkat energi rendah

dan sebaliknya dengan menyerap dan melepas energi

DAFTAR PUSTAKA

Teori Atom

16

www.wikipedia.com

www.google.com

Teori Atom