Ilmuan Kimia Dan Jasanya Dalam Perkembangan Teori Atom

Dari zaman yunani kuno hingga sekarang, model dan teori atom terus berkembang. Melalui model dan teori atom kita dapat mengetahui struktur suatu atom. Perkembangan tersebut tidak dapat dilepaskan dari upaya para ilmuwan diantaranya :

• Democritus (460SM-370SM) : Menurut Democritus jika suatu materi dibelah terus menerus suatu ketika akan diperoleh suatu pertikel fundamental yang disebut sebagai atom (tidak terbagi). Pendapat ini ditolak oleh Aristoteles yang berpendapat bahwa materi bersifat kontinu. Sekitar tahun 1592-1655 Gasendi mengemukakan bahwa atom merupakan bagian terkecil suatu zat.

Jasanya : Mengembangkan teori tentang penyusun suatu materi.

• John Dalton (1803) :  Dalton terkenal karena teorinya yang membangkitkan kembali istilah “atom” dalam buku karangannya yang berjudul New System of Chemical Philosophy, ia berhasil merumuskan hal tentang atom sekitar tahun 1803. Ia dianggap sebagai bapak pencetus teori atom.

Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum Prouts). Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom yaitu, atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi yang digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil. Maka John Dalton merumuskan 5 teori atom sebagai berikut :

1.  Materi tersusun atas partikel-partikel kecil yang disebut atom. 
2. Atom-atom penyusun unsur bersifat identik.
3. Atom suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain.
4.  Senyawa tersusun atas 2 jenis atom atau lebih dengan perbandingan tetap dan tertentu. 
5.  Pada reaksi kimia terjadi penataulangan atom-atom yang bereaksi.

Walau begitu masih ada beberapa teorinya yang perlu ditinjau kembali. Hal ini dikarenakan teori Dalton tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik. Ada pula kelebihan teori atom Dalton, yaitu dapat menerangkan hukum kekekalan massa dan juga dapat menerangkan hukum perbandingan tetap. Salah satu hipotesis Dalton adalah reaksi kimia dapat terjadi karena penggabungan atom-atom atau pemisahan gabungan atom.

Jasanya : Seorang pencetus teori atom. Mengemukakan gagasan tentang atom sebagai partikel penyusun materi.

•  J.J. Thomson (1897) :  Kelemahan dari teori yang diajukan Dalton diperbaiki oleh J.J. Thomson dengan 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 pertikel penyusun atom yang bermuatan negatif (elektron).

Dari penemuannya tersebut, Thomson mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai teori atom Thomson yang mengatakan bahwa ‘atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamnya tersebar muatan negatif’. Model atom ini disebut sebagai plum pudding model atau lebih dikenal di Indonesia sebagai model roti kismis.

Kelebihan dari teori atom Thomson yaitu membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur. Kelemahan model atom Thomson, tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.

Setelah penemuan proton oleh Goldstein ditahun 1886 model atom Thomson didasarkan pada asumsi bahwa massa elektron lebih kecil dari massa atom dan elektron merupakan pertikel penyusun atom.

Jasanya : Menemukan elektron dari hasil meneliti lebih lanjut tentang sinar katode.

• Ernest Rutherford (1911) :  Atom yang bermuatan positif menjadi fokus Rutherford untuk dikaji. Eksperimen yang dilakukan Rutherford adalah menembakkan partikel alpha pada sebuah lempeng tipis dari emas, dengan partikel emas. Hasil pengamatannya adalah partikel alpha yang ditembakkan ada yang diteruskan, dan ada yang dibelokkan. Dari eksperimen ini diketahui bahwa :

a.       Sebagian besar ruang dalam atom adalah ruang hampa.

b.      Didalam atom terdapat suatu bagian yang sangat kecil dan padat yang disebut inti atom.

c.       Muatan inti atom dan partikel alpha sejenis yaitu positif. Hasil percobaan tersebut mengugurkan teori atom Thomson.

Selanjutnya, ia mengajukan model atom dan dinyatakan bahwa ‘atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif’. Elektron bergerak mengelilingi inti dengan lintasan yang berbentuk lingkaran atau elips.

Jasanya : Rutherford mengansumsikan bahwa atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron seperti tata surya.

•   James Chadwick (1932) :  Chadwick mengemukakan model atom berdasarkan pada model atom Rutherford. Berdasarkan hasil percobaan dengan menembakan partikel alpha terhadap berilium didapatkan suatu partikel yang tidak bermuatan yang disebut neutron. Massa neutron sedikit lebih besar dibandingkan massa proton. Chadwick menyimpulkan bahwa atom terdiri dari inti atom besar yang mengandung proton dan neutron dikelilingi oleh awan tipis elektron. Dengan ditemukannya neutron dapat memecahkan masalah mengapa massa atom lebih besar dari massa total proton dan elektronnya. Dengan pengertian dasar tentang fundamental atom seperti elektron, proton, dan neutron, maka dapat dimungkinkan adanya model yang lebih rumit dan lengkap lagi dari atom yang cukup dapat menjelaskan sifat dan karakteristik atom.

Chadwick memakai hamburan partikel sinar alpha untuk membuktikan bahwa nomor atom suatu unsur sama dengan muatan nuklir. Ia dan Rutherford mengajukan usul yang menyatakan bahwa dalam inti terdapat partikel tak bermuatan, namun mereka belum bisa mendeteksi partikel itu secara eksperimental sampai 1932. Pada tahun itu Chadwick berhasil memperlihatkan keberadaan neutron.

Jasanya : Menemukan partikel tak bermuatan (neutron) berdasarkan dari hasil percobaan dengan menembakkan partikel alpha terhadap berilium.

•    Robeet A. Milikan (1869-1953)  : Pengamatan tetes minyak Milikan. Percikan tetes minyak dihasilkan oleh penyemprot (A). Tetes ini masuk kedalam alat melalui lubang kecil pada lempeng atas sebuah kondensor listrik. Pergerakkan tetes diamati dengan teleskop yang dilengkapi alat micrometer eyepiece (D). Ion-ion dihasilkan oleh radiasi pengionan seperti sinar x dari sebuah sumber (E). Sebagian dari tetes minyak memperoleh muatan listrik dengan menyerap (mengadsorbsi) ion-ion. Tetes diantara B dan C hanya melayang-layang, tergantung dari tanda (+ atau -) dan besarnya muatan listrik pada tetes.

Dengan menganalisis data dari jumlah tetes, Milikan dapat menghitung besarnya muatan q. Milikan menemukan bahwa tetes selalu merupakan integral berganda dari muatan listrik e adalah -1,60219 x 10-19C. Dengan menggabungkan hasil Milikan dan Thomson didapat massa sebuah elektron = 9.110 x 10-28 gram.

Jasanya : Mendapatkan massa sebuah elektron = 9.110 x 10-28 gram dari gabungan hasil Milikan dan Thomson.

• Niels Bohr (1915) : Niels Bohr mengajukan teori atom pada tahun 1915. Karena model atom Bohr merupakan modifikasi (pengembangan) dari model atom Rutherford, beberapa ahli kimia menyebutnya dengan teori atom Rutherford-Bohr. Keunggulan teori atom Bohr dapat menjelaskan tetapan Rydberg untuk garis spektra emisi hidroden. Niels Bohr mengajukan prinsip bahwa atom hanya ada pada tingkat tertentu, perubahan lintasan berarti perubahan energi.

Model atom Bohr berbentuk seperti tata surya, dengan elektron yang berada dilintasan peredaran (orbital) mengelilingi inti bermuatan positif yang ukurannya sangat kecil. Gaya gravitasi pada tata surya secara matematis dapat diilustrasikan sebagai gaya Coulomb antara nukleus (inti) yang bermuatan positif dengan elektron bermuatan negatif. Teori atom Bohr kiranya dapat dijelaskan seperti berikut :

a.       Elektron mengitari inti atom dalam orbit-orbit tertentu yang berbentuk lingkaran.

b.      Electron dalam tiap orbit mempunyai energi tertentu yang makin tinggi dengan makin besarnya lingkaran orbit.

c.       Selama dalam orbitnya, elektron tidak memancarkan energi dan dikatakan dalam keadaan stasioner.

d.      Elektron dapat berpindah dari orbit satu ke orbit lain yang mempunyai energi lebih tinggi bila elektron tersebut menyerap energi yang besarnya sesuai dengan perbedaan energi antara kedua orbit yang bersangkutan, dan sebaliknya.

e.       Atom dalam molekul dikatakan dalam keadaan tingkat dasar (ground state) apabila elektron-elektronnya menempati orbit-orbit sedemikian sehingga memberikan energi total terendah.

Walaupun dinilai sudah revolusioner, tetapi masih ditemukan kelemahan teori atom Bohr yaitu :

a.       Melanggar asas ketidakpastian Heisenberg karena elektron mempunyai jari-jari yang telah diketahui.

b.      Model atom Bohr mempunyai nilai momentum sudut lintasan ground state yang salah.

c.       Lemahnya penjelasan tentang prediksi spektra atom yang lebih besar.

d.      Tidak dapat memprediksi intensitas relatif garis spektra.

e.       Model atom Bohr tidak dapat menjelaskan struktur garis spektra yang baik.

f.       Tidak dapat menjelaskan efek Zeeman.

Jasanya : menyatakan harga momentum sudut elektron yang terkuantisasi sebesar n (h/2π) dengan n = 1,2,3,4 … dst

•   Louis de Broglie (1892-1987) : Louis menjelaskan bahwa cahaya dapat berada dalam suasana tertentu yang terdiri dari partikel-partikel, kemungkinan berbentuk partikel pada suatu waktu, yang memperlihatkan sifat-sifat seperti gelombang. Argumen Louis menghasilkan hal sebagai berikut.

Einsten : E = mc²

Max Planck :

Sehingga untuk menghitung panjang gelombang satu partikel diperoleh :

ë = panjang gelombang (m)                             _ = kecepatan partikel (m/s)

m = massa partikel (kg)                                   h = tetapan Planck (6,626 x 10^-34 Joule)

Hipotesis Louis terbukti benar dengan ditemukannya sifat gelombang dari elektron. Elektron mempunyai sifat difraksi seperti halnya sinar-X. sebagai akibat dari dualisme sifat elektron sebagai materi dan sebagai gelombang, maka lintasan elektron yang dikemukakan Bohr tidak dapat dibenarkan. Gelombang tidak bergerak menurut suatu garis, melainkan menyebar pada suatu daerah tertentu. Louis de Broglie mengajukan teori bahwa materi dapat bersifat partikel dan gelombang pada saat yang sama. Jasanya : Mengatakan bahwa materi dapat bersifat partikel dan gelombang pada saat yang sama dengan ditemukannya sifat gelombang dari electron.

• Erwin Schrodinger : Ketidak mampuan teori atom Bohr menerangkan model atom selain atom hidrogen dan gejala atom dalam medan magnet disempurnakan  oleh Louis de Broglie. Menurutnya selain bersifat partikel, elektron dapat bersifat gelombang, sedangkan Bohr berpendapat bahwa elektron adalah partikel. Pandapat Louis yang dikembangkan oleh Erwin Schrodinger dan Werner Heisenberg melahirkan teori atom modern yang dikenal dengan teori mekanika kuantum. Prinsip dasar teori tersebut adalah gerakan elektron dalam mengelilingi inti bersifat seperti gelombang. Teori mekanika kuantum digunakan untuk menjelaskan sifat atom dan molekul.

Berdasarkan teori mekanika kuantum, keberadaan elektron dalam lintasan tidak dapat ditentukan dengan pasti, yang dapat diketahui hanya daerah kebolehjadian ditemukan elektron.  Persamaan gelombang Louis dan prinsip ketidakpastian Heisenberg dijadikan dasar oleh Erwin saat merumuskan persamaan Schrodinger.

Jasanya : Melahirkan teori atom modern dengan mengembangkan pendapat Louis de Broglie bersama Werner Heisenberg. Merumuskan persamaan Schrodinger.

• Werner Heisenberg : Werner 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 disekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital.

Jasanya : Mencetuskan prinsip ketidakpastian Heisenberg.

●Mencari perbandingan model atom Bohr dengan model atom Mekanika Kuantum!

No	Model atom Bohr	Model atom Mekanika Kuantum
1	Elektron bergerak dalam lintasannya yang berbentuk lingkaran.	Elektron bergerak dalam orbital dengan melakukan gerak gelombang.
2	Elektron mengitari inti atom pada lintasan (kulit) dengan tingkat energi tertentu.	Elektron mengitari inti atom pada orbital yang membentuk kulit.
3	Posisi sebuah elektron yang bergerak mengelilingi inti atom dapat ditentukan.	Posisi sebuah elektron yang bergerak mengelilingi inti atom tidak dapat ditemukan.
4	Tidak dapat menjelaskan pengaruh medan magnet dalam atom hidrogen.	Mampu menjelaskan mengenai sifat atom dan molekul yang berelektron lebih dari satu.
5	Elektron-elektron pada atom mengelilingi inti pada lintasan tertentu yang disebut lintasan stasioner.	Gerak elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya (orbitalnya) tidak stasioner, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital.