Perkembangan Teori Atom

Pembahasan tentang atom sebenarnya sudah muncul sejak masa Yunani kuno. Pencetusnya adalah salah seorang filsuf bernama Democritus. Democritus telah mengungkapkan pendapatnya tentang penyusun suatu materi. Ia berpendapat bahwa jika suatu materi terus-menerus dibelah, maka pada suatu saat akan diperoleh bagian yang tidak dapat dibagi lagi. Bagian tersebut dinamai dengan atom, berasal dari kata atomos yang artinya tidak terbagi lagi. Democritus juga beranggapan bahwa sifat atom sepenuhnya adalah padat. Namun, pendapat tentang atom yang dicetuskan oleh Democritus masih belum detail dan tidak didasarkan pada hasil percobaan sehingga pada saat itu pendapatnya tidak terlalu dipedulikan.

Teori Atom Dalton

Bentuk atom menurut  Dalton

Teori atom Dalton muncul setelah sekian lama pembahasan tentang atom tak tersentuh. Dalton menganggap bahwa atom merupakan bagian terkecil dari suatu materi yang tidak dapat dibagi lagi. Pernyataan Dalton ini senada dengan Democritus. Akan tetapi, pernyataan yang dikemukakan oleh Dalton didasarkan pada analisis hasil percobaan yang dilakukan oleh beberapa ilmuwan pada saat itu. Penelitian yang menjadi dasar teori atom Dalton adalah tentang hukum perbandingan tetap dan perbandingan berganda. Di dalam teorinya, ia menyatakan bahwa:

• semua materi terdiri dari partikel yang tidak bisa dibagi lagi;
• bentuk atom adalah seperti bola pejal (lihat gambar di samping);
• atom dari unsur yang sama memiliki kesamaan/mirip dalam hal bentuk dan massa, tetapi berbeda dengan atom unsur lainnya;
• atom tidak dapat diciptakan atau dihancurkan
• atom satu dengan atom lainnya dapat digabungkan dengan perbandingan tertentu membentuk suatu senyawa;
• atom dari unsur yang sama dapat membentuk senyawa dengan rasio lebih dari satu;
• atom suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom lainnya.

Pada saat itu, munculnya teori ini dapat memudahkan para ilmuwan untuk menjelaskan tentang proses terbentuknya senyawa. Walaupun ternyata masih banyak kelemahan yang terdapat pada teori ini. Dalton menganggap bahwa atom merupakan bagian yang tidak dapat dibagi lagi, akan tetapi seiring dengan berjalannya waktu ternyata telah ditemukan bagian-bagian yang terdapat pada atom, yaitu proton dan neutron (pada inti atom) dan elektron. Bahkan saat ini ilmuwan mengaku telah menemukan bagian lain dari atom yang disebut dengan 'partikel hantu'. Selain itu, pada kenyataannya teknologi manusia saat ini ternyata dapat mengubah atom unsur tertentu menjadi unsur lain melalui reaksi nuklir. Dan adanya fenomena isotop memberikan gambaran bahwa atom unsur yang sama belum tentu memiliki bentuk, massa, dan ukuran yang sama.

Teori Atom Thomson

Thomson merupakan ahli fisika yang telah menemukan elektron melalui percobaan tabung sinar katoda. Bahkan ia juga merupakan perintis dalam ilmu fisika nuklir sehingga ia memperoleh nobel atas hasil karya-karyanya.

Rancangan Percobaan Sinar Katoda

Teori atom Thomson didasarkan pada hasil percobaan sinar katoda, dimana ia menemukan suatu partikel yang bermuatan negatif dapat bergerak di dalam ruang tanpa udara. Rancangan percobaan dapa dilihat pada gambar di samping. Thomson melakukan percobaan dengan mengalirkan listrik pada tabung hampa udara. Ternyata tampak ada kilatan yang bergerak dari katoda ke anoda. Ia beranggapan itu adalah partikel yang lebih kecil daripada atom. Selanjutnya ia mencoba untuk menambahkan plat yang dialiri istrik yang ditempelkan di bagian luar tabung sehingga kedua plat tersebut memiliki muatan positif (+) dan negatif (-). Ketika listrik dialirkan, ternyata arah kilatan menjadi tidak lurus dan cenderung membelok mendekat ke arah plat yang bermuatan positif (lihat gambar). Hasil percobaan ini menunjukkan bahwa kilatan itu adalah sesuatu yang bermuatan negatif (-) karena tertarik pada bagian yang bermuatan positif. Maka kilatan partikel tersebut dinamakan dengan elektron.

Bentuk Atom Menurut Teori Thomson

Thomson beranggapan bahwa di dalam atom yang berbentuk bola pejal pasti terdapat elektron. Sehingga ia menggambarkan atom dengan bentuk seperti 'roti kismis'. Atom haruslah netral sehingga ketika ada elektron yang bermuatan negatif, maka bola pejal harus bermuatan positif untuk mengimbanginya. Dari pertimbangan tersebut, maka pengertian atom menurut Thomson adalah suatu bola pejal yang bermuatan positif dimana di dalamnya tersebar elektron yang bermuatan negatif (lihat gambar di samping).

Teori atom Thomson ini memiliki kelebihan, yaitu:

• Dapat menjelaskan tentang partikel yang lebih kecil daripada atom atau bagian dari atom (subatomik)
• Dapat menerangkan adanya sifat kelistrikan dari atom

Teori atom dari Thomson telah digunakan sebagai acuan bagi ilmuwan lain untuk mempelajari tentang atom dan bertahan dalam kurun waktu yang lama. Hingga muncul suatu data hasil percobaan dari Rutherford tentang Percobaan Hamburan Sinar Alfa (∝). Ia tidak dapar menjelaskan fenomena yang ditunjukkan oleh data hasil percobaan tersebut.

Teori Atom Rutherford

Teori atom Rutherfor muncul berdasarkan data hasil percobaan tentang hamburan sinar alfa. Percobaan yang ia lakukan menggunakan zat radioaktif yang dapat memancarkan sinar alfa yang bermuatan positif. Sinar alfa ini ditembakan ke suatu plat tipis yang terbuat dari emas (lihat gambar (a) di samping). Hipotesis awal Rutherford saat menembakan sinar alfa adalah semua sinar alfa akan dipantulkan karena pada atom diselimuti muatan positif yang berbentuk bola pejal. Akan tetapi, hasil pengamatan menunjukkan hasil yang berbeda. Sebagian besar sinar alfa justru dapat menembus plat emas tersebut. Dan ada sebagia kecil berkas yang dibelokkan dan dipantulkan (lihat gambar b). Ia beranggapan bahwa berkas sinar yang menembus plat pastilah hanya melewati ruang kosong. Sementara berkas sinar yang berbelok dan dipantulkan pasti mengenai sesuatu yang bermuatan positif juga. Bagian yang dapat bermuatan positif ini dinamai dengan inti atom. Berdasarkan hasil analisis tersebut maka muncullah teori atom Rutherford.

Bentuk Atom Menurut Rutherford

Ia berpendapat bahwa atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron dengan kecepatan yang sama. Adapun kesimpulan dari Rutherford adalah:

• sebagian besar bagian atom adalah ruang hampa
• massa atom berpusat pada inti atom
• muatan atom terkonsentrasi pada bagian inti dan sebanding dengan massa atom

Teori atom yang diajukan oleh Rutherford ini juga memiliki beberapa kelebihan, yaitu:

• memudahkan dalam memberikan penjelasan struktur yang rumit
• dapat menggambarkan lintasan atau pergerakan dari elektron

Meskipun memiliki kelebihan, ternyata teori ini masih memiliki kelemahan yang belum bisa dijelaskan, yaitu:

• tidak dapat menjelaskan tentang hukum fisika klasik, dimana jika elektron bergerak melingkar maka energinya akan berkurang dan berubah menjadi radiasi/gelombang elektromagnetik sehingga lama kelamaan elektron akan jatuh ke inti.
• belum mampu menjelaskan cara elektron berotasi terhadap inti
• belum mampu menjelaskan secara pasti letak elektron
• tidak bisa menjelaskan fenonema spektrum gas hidrogen

Teori Atom Bohr

Bentuk Atom Menurut Bohr

Bohr merupakan murid dari Rutherford dan munculnya teori atom Bohr ini juga muncul untuk melengkapi kekurangan-kekurangan yang ada pada teori atom dari Rutherford. Bohr memberikan gagasannya bahwa atom berbentuk seperti tata surya dimana inti atom diibaratkan sebagai matahari dan elektron mengorbitnya pada lintasan tertentu. Postulat-postulat dari teori atom Bohr adalah sebagai berikut:

• elektron mengelilingi inti atom pada orbit-orbit tertentu yang disebut dengan kulit (n). Kulit ke-1 (n=1) dinamakan kulit K, kulit ke-2 (n=2) dinamakan kulit L, dan seterusnya.
• elektron pada tiap kulit mempunyai energi tertentu, semakin besar lintasan semakin besar energinya. Energi ini dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan: E = n(h/2𝛱).
• elektron dapat berpindah orbit/kulit ke yang energinya lebih tinggi dengan menyerap energi dan berpindah ke kulit yang energinya lebih rendah dengan melepas energi. Secara sederhana, elektron pindah dari K → L → M → N (menyerap energi); elektron pindah dari N → M → L → K (melepas energi).
• elektron yang bergerak pada kulit awalnya (stasioner) tidak menyerap energi atau pun melepaskan energi.

Teori atom ini terlihat lebih berkembang daripada Rutherford, dimana Bohr sudah mampu menentukan energi dari elektron pada kulit tertentu. Namun, meskipun demikian, teori ini nyatanya masih memiliki kelemahan, yaitu:

• masih kurang tepat jika digunakan untuk menganalisis spektra atom dengan nomor atom yang besar
• tidak bisa menjelaskan efek zeeman
• jika dikaitkan dengan teori yang sekarang digunakan, teori Bohr ini tidak sesuai dengan Teori Ketidakpastian dari Heisenberg, dimana pergerakan elektron tidak dapat diketahui secara pasti.

Teori Atom Modern/Mekanika Kuantum

Teori yang muncul setelah era teori Bohr adalah teori atom modern atau lebih dikenal mekanika kuantum. Teori ini dikemukakan oleh Schrodinger dengan cara mengkombinasikan teori ketidakpastian dari Heisenberg dan teori dualisme sifat cahaya dari De Broglie. Menurut De Broglie, elektron memiliki sifat seperti partikel materi dan juga seperti gelombang. Dan menurut Heisenberg, elektron dapat bersifat sebagai gelombangn sehingga pergerakannya tidak dapat diketahui dengan pasti baik lintasan maupun kecepatannya. Berdasarkan dua teori itulah, maka muncul Teori Mekanika Kuantum dari Schrodinger yang mengatakan bahwa kedudukan elektron di dalam atom tidak dapat diketahui dengan pasti, adapun yang dapat diketahui adalah kebolehjadian terbesar untuk dapat menemukan elektron. Daerah yang memiliki kebolehjadian menemukan elektron paling besar disebut dengan orbital. Model atom ini dapat dilihat pada gambar di samping. Orbital biasanya digambarkan dengan suatu awan elektron yang ketebalannya berbeda (menyatakan kemungkinan terbesar dan terkecil menemukan elektron).