Perkembangan Model Atom

Perkembangan Teori Atom  – Partikel-partikel kecil yang menyusun materi kali pertama ditemukan oleh dua orang ahli filsafat Yunani yaitu Leucippus dan Democritus sekitar 450 tahun sebelum masehi. Dua orang filsuf Yunani yaitu Leucippus dan Democritus mengatakan bahwa setiap semua materi disusun oleh partikel-partikel yang sangat kecil dan tidak dapat dibagi-bagi. Partikel-partikel kecil.itu diberi nama atom. Jadi, atom berasal dari bahasa Yunani yaitu atomos (berarti tidak dan tomos berarti terbagi).

Perkembangan Teori Atom

Perkembangan teori atom dilakukan untuk menyempurnakan teori sebelumnya. Pada tahun 1800 mulai ditemukan beberapa penemuan yang terkait dengan teori atom yang baru. Terdapat beberapa perkembangan yang berhubungan dengan teori ini, salah satunya adalah teori ini dikembangkan oleh beberapa tokoh yang berbeda.

Tokoh-tokoh pada perkembangan teori atom memiliki pemikiran yang berbeda-beda. Berikut tokoh-tokoh yang ada dalam perkembangan teori atom.

1. Teori Atom Dalton (John Dalton)

Tokoh pertama yang mengawali perkembangan teori  atom ialah John dalton. Ia menyatakan pendapatnya tentang atom pada tahun 1803. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum Lavoisier atau hukum kekekalan massa dan hukum Proust atau hukum susunan tetap.

Kemunculan teori atom Dalton membangkitkan rasa keingintahuan terkait dengan penelitian beragam jenis atom. Isi teori atom John Dalton adalah seperti berikut ini:

• Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur-unsur dan tidak dapat dibagi lagi.
• Atom-atom sejenis mempunyai sifat yang sama, sedangkan atom-atom dengan unsur tidak sejenis memiliki sifat yang berbeda.
• Dalam reaksi kimia, terjadi penggabungan atau pemisahan atom.
• Atom dapat bergabung dengan atom lainnya untuk membentuk molekul dengan perbandingan bulat dan sederhana.

Dalam praktiknya, teori atom Dalton memiliki beberapa kekurangan di antaranya:

• Tidak bisa menggambarkan bagaimana cara atom saling bergabung.
• Atom unsur yang satu dengan atom unsur lainnya tidak bisa dideskripsikan.
• Hubungan senyawa antara larutan senyawa dengan daya hantar arus listrik tidak bisa dideskripsikan.
• Sifat listrik materi tidak bisa dideskripsikan.

Teori atom Dalton hanya mampu bertahan selama 90 tahun. Hal itu dikarenakan pada tahun 1886, Eugene Goldstein telah menemukan partikel listrik yang memiliki muatan positif dan yang sekarang dikenal dengan nama proton. Setelah itu, pada tahun 1897 Thomson mendapatkan penemuan berupa partikel bermuatan negatif yang diberi nama elektron.

Meskipun teori atom milik John Dalton masih mempunyai kekurangan, tetapi Dalton merupakan bapak pencetus teori atom modern. Dan yang lebih penting lagi, teori atom Dalton mampu menjelaskan hukum kekekalan massa Lavoisier (massa zat sebelum dan sesudah reaksi sama) dan hukum perbandingan tetap Proust (perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa adalah tetap dan tertentu).

2. Teori Atom Thomson (Sir Joseph John Thomson)

Setelah teori atom Dalton, tokoh perkembangan teori atom selanjutnya adalah teori atom Thomson. Dalam perkembangannya, Thomson memperbaiki kekurangan-kekurangan yang ada pada teori atom Dalton sebleumnya. Pada tahun 1897, Thomson menemukan partikel yang bermuatan negatif dan disebut dengan elektron.

Elektron merupakan penemuan yang bertujuan untuk memperbaiki kekurangan teori atom sebelumnya. Teori atom Thomson berawal dari penemuan tabung katode oleh William Crookes. Dari penelitian yang sudah dilakukan Crookes, Thomson mengembangkan penelitiannya tentang sinar katode di Laboratorium Cavendish.

Setelah selesai dan mendapatkan hasil dari penelitian yang dilakukan, Thomson menemukan bahwa sinar katode adalah sebuah partikel. Hal ini disebabkan karena sinar katode mampu memutar baling-baling yang diletakkan antara katode dan anode. Setelah mengetahui hal itu, Thomson menyatakan bahwa sinar katode termasuk ke dalam partikel penyusun atom (partikel subatom) yang memiliki muatan negatif dan sekarang disebut dengan elektron.

Partikel yang bermuatan negatif atau elektron inilah yang akan memuat isi dari teori atom Thomson. Isi dari teori atom yang dimiliki oleh Thomson adalah sebuah bola pejal atau bola biliar yang bermuatan positif yang memuat beberapa partikel bermuatan negatif atau elektron. Elektron-elektron ini akan tersebar pada bola seperti kismis pada roti.

Teori atom Thomson bisa disebut dengan sebutan teori roti kismis. Dinamakan teori roti kismis karena muatan negatifnya atau elektron (kismis) mengelilingi atom yang bermuatan positif (roti). Secara garis besar teori atom J.J Thomson dapat disimpulkan menjadi beberapa garis besar. Berikut inti dari teori atom Thomson.

• Atom bukanlah bagian terkecil dari suatu zat.
• Massa elektron atom lebih kecil dari massa atom.
• Secara keseluruhan atom bersifat netral. Hal ini dikarenakan muatan atom positif dan negatif yang ada pada atom sama dan suatu atom tidak memiliki muatan positif dan negatif yang berlebihan.
• Atom dengan muatan positif akan tersebar secara merata ke seluruh bagian atom, kemudian atom itu dinetralkan oleh elektron-elektron yang tersebar diantara muatan positif.

Sama seperti teori atom Dalton, teori atom Thomson juga memiliki kekurangan. Berikut beberapa kekurangan teori atom Thomson.

• Teori atom Thomson tidak bisa menjelaskan bagaimana susunan muatan positif dan jumlah elektron yang ada di dalam bola.
• Inti atom tidak dapat dijelaskan.

Teori yang dikembangkan oleh Thomson sayangnya tidak dikembangkan lagi. Penyebab tidak dikembangkan teori ini adalah di kemudian hari teori atom ini ditemukan ketidakcocokkan dengan hasil percobaan Ernest Rutehrfood. Penelitian yang dilakukan Rutherford dapat membuktikan bahwa pada seluruh bagian atom, muatan positif atom tidak tersebar secara merata. Penelitian Rutherford mengungkapkan bahwa atom muatan positif yang tidak tersebar merata berpusat di bagian tengah atom yang sekarang disebut dengan inti atom.

3. Teori Atom Rutherford (Ernest Rutherford)

Teori atom selanjutnya adalah teori dari Ernest Rutherford. Rutherford lahir di Selandia Baru dan berkebangsaan Inggris. Ia adalah murid sekaligus partner dari Thomson. Meskipun Rutherford seorang murid dari Thomson, tetapi ia mengembangkan teori atom dan memperbaiki teori milik gurunya yaitu Thomson.

Rutherford dan kedua asistennya menemukan inti atom pada tahun 1910. Inti atom memiliki jari-jari yang lebih kecil dari jari-jari atomnya. Teori yang ditemukan oleh Rutherford berasal dari eksperimen penembakan inti atom lempengan emas dengan partikel alfa (sebuah partikel dengan massa empat kali massa atom hidrogen dan muatan positif sebesar dua kali muatan elektron). Eksperimen ini dinamakan Geiger-Marsden. Penamaan eksperimen ini diambil dari dua murid Rutherford yaitu Hans Geiger dan Ernest Marsden).

Ketika melakukan eksperimen, Rutherford membuat rancangan percobaan penembakan atom emas dengan partikel alfa yang dipancarkan unsur radioaktif. Setelah dipancarkan maka hasilnya adalah radioaktif itu ada yang dipantulkan, diteruskan, dan dibelokkan.

Dari hasil percobaan yang dilakukan, Rutherford berharap semua partikel alfa menembus lurus lempengan emas. Namun, harapan itu tidak sesuai dengan kenyataan sehingga fakta yang diperoleh bahwa ada partikel alfa yang dibelokkan antara 900 sampai 1800.

Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan, Rutherford memiliki kesimpulan bahwa inti atom yang terkena partikel alfa maka akan terjadi tumbukan yang menyebabkan pembelokan atau pemantulan partikel alfa. Penyebab terjadinya hal itu adalah massa dan muatan atom terpusat pada inti (nukleus). Dengan demikian, Rutherford berpendapat bahwa muatan inti atom sama dengan massa atom dalam sma (satuan massa atom).

Dari hasil percobaan ini, maka dapat dipastikan teori atom Rutherford menggugurkan teori atom Thomson. Hal yang menyebabkan gugurnya teori atom Thomson gugur adalah Rutherford menemukan inti atom yang ada di dalam atom, inti atom ini memiliki muatan positif yang menjadi pusat, massa, dan dikelilingi oleh awan elektron bermuatan negatif atau bisa dikatakan seperti bentuk tata surya.

Berikut beberapa inti atau garis besar dari teori atom Rutherford.

• Atom terdiri atas inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi elektron-elektron yang bermuatan nehatif seperti model tata surya.
• Atom bersifat netral karena muatan positif sebanding dengan muatan negatif.
• Selama mengitari inti, gaya sentripetal pada elektron terbentuk oleh gaya tarik menarik antara elektron dengan gaya inti atom (gaya Coulomb).
• Sebagian besar volume atom adalah ruang kosong (bukan pejal). Hal itu disebabkan oleh Jari-jari inti atom jauh lebih kecil dari jari-jari atom.

Meskipun teori atom Rutherford sudah menggugurkan gagasan teori atom Thomson, tetapi teori Rutherford masih memiliki kekurangan, yaitu.

• Teori atom ini tidak bisa mendeskripsikan cara rotasi dari inti atom dan letak dari elektron.
• Teori atom ini tidak bisa mendeskripsikan spektrum garis yang ada pada atom hidrogen.
• Energi atom menjadi tidak stabil karena elektron yang bergerak akan memancarkan energi

4. Teori Atom Bohr (Niels Bohr)

Niels Bohr merupakan fisikawan asal Denmark dan peraih Nobel Fisika pada tahun 1922. Bohr memulai penelitian tentang atom pada tahun 1913 dan nama dari hasil penelitian itu adalah spektrum atom hidrogen.

Setelah teori Rutherford sudah mulai tersebar dan digunakan, para ilmuwan sepakat bahwa sebuah atom terdiri dari elektron dan inti atom. Teori atom Bohr berawal dari kelemahan teori atom Rutherford. Kelemahan itu adalah lintasan elektron yang disampaikan Rutherford belum sempurna untuk menjelaskan struktur suatu atom karena dianggap bertentangan dengan teori elektrodinamika klasik Maxwell.

Dari kelemahan itulah maka Bohr berusaha mengembangkan dan menyempurnakan teori atom Rutherford dengan menggunakan model atom nuklir Rutherford dan teori kuantum Planck dan mengajukan teori atom yang saat ini dikenal dengan sebutan Teori Atom Bohr.

Bentuk dari teori atom Bohr bisa dikatakan seperti peredaran planet saat mengitari tata surya. Eksperimen yang dilakukan Bohr menghasilkan elektron-elektron yang mengelilingi inti atom yang terdiri dari Proton dan Neutron dan di  lintasan-lintasan tertentu disebut dengan kulit elektron atau tingkat energi. Setelah mengelilingi inti atom, elektron itu bisa berpindah dari satu kulit ke kulit lainnya dengan penyerapan atau pemancaran dari beberapa energi tertentu.

Beberapa ahli mengatakan teori ini dengan sebutan Teori Atom Rutherford-Bohr. Penamaan ini terjadi karena model atom Bohr merupakan modifikasi dari model atom Rutherford.
Inti dari teori atom Bohr dapat disimpulkan menjadi empat inti, yaitu

• Elektron mengelilingi atom pada orbit tertentu.
• Selama berada dalam lintasan, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi yang diserap atau dipancarkan.
• Elektron hanya bisa berpindah dari satu kulit ke kulit lainnya dengan menyerap atau memancarkan energi.
• Lintasan-lintasan yang diperbolehkan elektron adalah lintasan-lintasan yang mempunyai momentum sudut kelipatan bulat dari h2π (π=3,14)

Dalam parktiknya, teori atom Bohr memiliki beberapa kelemahan yaitu

• Teori atom ini tidak dapat menerangkan spektrum atom yang lebih besar daripada hidrogen.
• Teori atom ini tidak bisa menjelaskan efek Zeeman.

5. Teori Atom Mekanika Kuantum (Werner Heisenberg dan Erwin Schrödinger)

Alasan teori mekanika kuantum dikembangkan adalah untuk menyempurnakan teori atom Bohr. Teori mekanika kuantum disempurnakan oleh Erwin Schrödinger yang merupakan fisikawan dari Austria dan peraih Nobel Fisika pada tahun 1933.

Pengembangan teori atom modern berdasarkan hipotesis de Broglie. Menurut Louis de Broglie, berlaku sifat dualisme pada elektron, yaitu elektron bukan hanya sekadar sebagai partikel, tetapi juga sebagai gelombang. Dengan kata lain, elektron akan bergerak seperti gelombang dan memiliki lintasan yang juga merupakan gelombang.

Bukan hanya Schrödinger yang mengembangkan teori atom modern, tetapi ada peneliti yang bernama Werner Heisenberg. Heisenberg dan Schrödinger bekerja sama untuk mengembangkan teori atom modern. Teori yang sudah dikembangkan oleh dua peneliti ini saat ini disebut dengan teori atom mekanika kuantum.

Jika penelitian yang dilakukan Schrödinger berdasarkan hipotesis de Broglie maka penelitian Heisenberg berdasarkan pada asas ketidakpastian Werner Heisenberg. Dari asas ini Heisenberg menyimpulkan bahwa terdapat suatu keterbatasan dalam menentukan posisi dan momentum elektron. Teori atom mekanika kuantum bisa dikatakan sebagai teori paling mutakhir dari beberapa teori atom yang sudah dikembangkan.