PERKEMBANGAN TEORI ATOM

Konsep bahwa materi terdiri dari satuan satuan diskret yang tidak dapat dibagi bagi telah ada selama satu millennium. Namun pemikiran ini masih bersifat abstrak dan filosofis daripada berdasarkan pengamatan empirisdan eksperimen. secara filosofis, sifat atom bervariasi tergantung pada budaya danaliran filosofi tersebut. Walaupun demikian pemikiiran dasar mengenai atom diterima oleh para ilmuwan ribuan tahun kemudian karena ia secara elegan menjelaskan penemuan penemuan yang baru pada bidang kimia.

Berikut ini merupakan perkembangan sejarah teori atom yang telah terjadi sejak ribuan tahun lalu sampai era modern.

1. Aliran sekolah Nyaya dan Vashehika.

Pada abad ke-6 sebelum masehi lairan sekolah nyaya dan vashehika mengembangkan teori yang menjelaskanbagaimana atom atom bergabung menjadi benda benda yang lebih kompleks.

2. Teori atom menurut Leokippos dan Demokratos
Atom adalah suatu partikel yang paling kecil yang tidak dapat dibagi-bagi lagi.

3. Teori atom menurut Aristoteles
Atom adalah suatu materi yang dapat dibagi-bagi secara terus-menerus atau sekecil-kecilnya tanpa batas.

4. Teori Atom John 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 mennyatakan 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.

Kelemahan: Teori dalton tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik.

5. Teori Atom J. J. 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 positifuntuk menetrallkan 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 didalamya tersebar muatan negatif elektron”

Thomson mengusulkan model atom seperti roti kismis atau kue onde-onde. Suatu bola pejal yang permukaannya dikelilingi elektron dan partikel lain yang bermuatan positif sehingga atom bersifat netral.

Kelemahan: Kelemahan model atom Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.

6. Teori Atom Rutherford

Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan 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 90° bahkan lebih.
Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa kesipulan 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 partikelyang 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.

Kelemahan: Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.

7. Teori Atom Bohr

ada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils 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/2∏ atau nh/2∏, 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.

Kelemahan: Model atom ini tidak bisa menjelaskanspektrum warna dari atom berelektron banyak.

8. Teori 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.

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.

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 dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)

2. Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.

Teori teori pendukung teori atom modern.

1. siafat gelombang sebagai partikel (dari hokum snelius).

2. dualisme elektron.

3. asas ketidakpastian Heisenberg

Prinsip ketidakpastian Heisenberg menunjukkan bahwa kita tidak dapat mengetahui secara pasti di mana elektron itu berada dan ke arah mana elektron itu bergerak. Hal ini membuat kita tidak mungkin menggambarkan secara tepat jalur atau orbit dari elektron yang mengelilingi nukleus. Tetapi ada suatu cara lain yang bisa diterima untuk menggambarkan pergerakan elektron-elektron di sekitar nukleus.

1. teori radiasi benda hitam.

Dalam laboratorium, benda yang paling mendekati radiasi benda hitam adalah radiasi dari sebuah lubang kecil pada sebuah rongga. Cahaya apa pun yang memasuki lubang ini akan dipantulkan dan energinya diserap oleh dinding-dinding rongga berulang kali, tanpa mempedulikan bahan dinding dan panjang gelombang radiasi yang masuk (selama panjang gelombang tersebut lebih kecil dibandingkan dengan diameter lubang). Lubang ini (bukan rongganya) adalah pendekatan dari sebuah benda hitam. Jika rongga dipanaskan, spektrum yang dipancarkan lubang akan merupakan spektrum kontinu dan tidak bergantung pada bahan pembuat rongga. Pancaran radiasinya mengikuti suatu kurva umum (lihat gambar). Berdasarkan hukum radiasi termal dari Kirchhoff kurva ini hanya bergantung pada suhu dinding rongga, dan setiap benda hitam akan mengikuti kurva ini.

Spektrum yang teramati tidak dapat dijelaskan dengan teori elektromagnetik klasik dan mekanika statistik. Teori ini meramalkan intensitasi yang tinggi pada panjang gelombang rendah (yaitu, frekuensi tinggi); suatu ramalan yang dikenal sebagai bencana ultraungu.

Masalah teoretis ini dipecahkan oleh Max Planck, yang menganggap bahwa radiasi elektromagnetik dapat merambat hanya dalam paket-paket, atau kuanta (lihat bencana ultraungu untuk rinciannya). Gagasan ini belakangan digunakan oleh Einstein untuk menjelaskan efek fotolistrik. Perkembangan teoretis ini akhirnya menyebabkan digantikannya teori elektromagnetik klasik dengan mekanika kuantum. Saat ini, paket-paket tersebut disebut foton.

Konsep Orbital Atom

Orbital dan orbit

Ketika planet bergerak mengitari matahari, kita dapat menggambarkan jalur yang ditempuh oleh planet itu yang disebut dengan orbit. Gambaran sederhana dari atom juga sama dengan fenomena tersebut dan kita dapat menggambar elektron-elektron yang mengorbit mengelilingi nukleus ( inti atom ). Walaupun sesungguhnya elektron-elektron tidak mengorbit pada jalur yang tetap melainkan mengorbit pada sebuah ruang yang disebut dengan orbital.

Orbit dan orbital terkesan sama, tetapi sebenarnya memiliki makna yang cukup berbeda. Kita perlu memahami perbedaan di antara keduanya.

Ketidakmungkinan penggambaran orbital elektron-elektron

Untuk menggambar suatu jalur kita perlu mengetahui secara pasti di mana objek tersebut berada dan ke arah mana objek itu bergerak. Sayangnya, kita tidak bisa melakukan hal tersebut untuk elektron-elektron.

Prinsip ketidakpastian Heisenberg menunjukkan bahwa kita tidak dapat mengetahui secara pasti di mana elektron itu berada dan ke arah mana elektron itu bergerak. Hal ini membuat kita tidak mungkin menggambarkan secara tepat jalur atau orbit dari elektron yang mengelilingi nukleus. Tetapi ada suatu cara lain yang bisa diterima untuk menggambarkan pergerakan elektron-elektron di sekitar nukleus.

Elektron hidrogen – orbital 1s
Bayangkan kita memiliki satu atom hidrogen dan menentukan posisi elektronnya pada suatu waktu tertentu. Segera sesudahnya, kita kembali menentukan posisi elektron ini, dan kita mendapati elektron itu sudah ada di posisi yang berbeda. Kita tidak mengerti bagaimana elektron ini berpindah dari posisi yang pertama ke posisi yang kedua.

Kita coba untuk terus mencari titik-titik posisi dari elektron tersebut, dan kita akan perlahan-lahan menemukan suatu gambaran 3 dimensi peta posisi dari elektron tersebut

Dalam kasus elektron hidrogen, elektron dapat ditemukan di manapun di sekeliling nukleus. Diagram menunjukkan kemungkinan dari posisi elektron yang membentuk ruang wilayah yang mengelilingi nukleus.

Pada 95% dari hasil pengamatan, elektron dapat ditemukan dalam suatu ruang wilayah yang relatif dekat dengan nukleus. Wilayah dari ruang tersebut kita sebut dengan orbital.
Kita dapat beranggapan bahwa orbital merupakan suatu ruang wilayah di mana elektron itu bergerak di dalamnya.

Tiap orbital memilki nama :

Orbital yang dihuni oleh elektron hidrogen disebut dengan orbital 1s. Angka “1” menunjukkan bahwa orbital tersebut memiliki tingkat energi yang terdekat dengan nukleus. Huruf “s” menunjukkan bentuk dari orbital tersebut. Orbital s berbentuk bulat simetris yang mengelilingi nukleus.

Orbital di sebelah kiri merupakan orbital 2s. Bentuknya sama dengan orbital 1s kecuali ruang wilayahnya yang lebih jauh dari nukleus – di mana letaknya pada tingkat energi kedua.

Jika kita perhatikan secara seksama, kita dapat menemukan bahwa terdapat wilayah di mana rapat elektronnya lebih tinggi ( di mana titik-titiknya lebih pekat ) dekat dengan nukleus. “Kerapatan elektron” merupakan suatu istilah yang dipakai untuk memberitahukan kemungkinan kita dapat menemukan elektron pada posisi tertentu.

Elektron-elektron 2s ( dan juga 3s, 4s ) berada dalam posisi dekat dengan nukleus daripada yang mungkin kita bayangkan. Efek dari ini adalah pengurangan energi dari elektron dalam orbital s. Semakin dekat elektron dengan nukleus, semakin rendah energinya

orbital p

Tidak semua elektron memiliki sifat seperti orbital s. Pada tingkat energi pertama, orbital hanya terdiri dari orbital 1s, tetapi ketika kita memasuki tingkat energi kedua, selain daripada orbital 2s, kita akan menemukan orbital 2p.

Orbital p berbentuk seperti 2 buah balon yang identik yang diikat di tengahnya. Gambar di sebelah kiri menunjukkan adanya titik yang membagi ruang wilayah. Perlu diingat, orbital menunjukkan 95% kemungkinan elektron itu berada.

Tidak seperti orbital s, orbital p memiliki arah tertentu – pertama yang mengarah ke atas dan yang mengarah ke bawah.

Pada tiap tingkat energi ada kemungkinan terdapat 3 orbital p yang arahnya saling tegak lurus satu sama lain. Arah dari tiap orbital p ini diberi simbol p_x, p_y dan p_z. x, y dan z merupakan koordinat dari orbital-orbital tersebut.

Orbital p pada tingkat energi kedua disebut dengan 2p_x, 2p_y dan 2p_z. Begitu juga pada orbital lainnya 3p_x, 3p_y dan 3p_z, maupun 4p_x, 4p_y dan 4p_z dan seterusnya.
Seluruh tingkat energi selain dari tingkat energi pertama memiliki orbital p. Pada energi level yang lebih tinggi bentuk dari balon akan semakin lonjong, yang berarti kemungkinan elektron berada akan semakin jauh dari nukleus.

orbital d dan f
Selain daripada orbital s dan p, terdapat dua bentuk orbital lainnya di mana elektron berada pada tingkat energi yang lebih tinggi. Pada tingkat energi ketiga, kita akan menemukan 5 bentuk dari orbital d ( dengan bentuk dan penamaan yang lebih rumit ), dan tentunya juga orbital 3s dan orbital 3p (3p_x, 3p_y dan 3p_z). Pada tingkat energi ketiga kita akan menemukan total 9 orbital.

Pada tingkat energi keempat, selain daripada orbital 4s , 4p dan 4d , kita juga akan menemukan tambahan 7 buah orbital f – dengan total 16 orbital. Orbital s, p, d dan f memiliki tingkat energi yang lebih tinggi.

Menempatkan elektron di orbital

Kita dapat membayangkan sebuah atom seperti sebuah istana – di mana nukleus berada pada lantai bawah tanah, kemudian tiap lantai terdiri dari kamar-kamar (orbital) yang akan ditempati oleh elektron-elektron. Lantai pertama hanya terdiri dari satu kamar ( yaitu orbital 1s ); lantai kedua terdiri dari 4 kamar ( orbital 2s, 2p_x, 2p_y dan 2p_z ); lantai ketiga terdiri dari 9 kamar ( satu orbital 3s, tiga orbital 3p dan 5 orbital 3d ) dan seterusnya. Tetapi kamar-kamar tersebut tidaklah besar. Tiap orbital hanya dapat ditempati oleh 2 elektron.

Cara yang lazim digunakan untuk menggambarkan orbital yang dihuni oleh elektron adalah dengan cara ” kotak-kotak elektron “.

“Kotak-kotak elektron”

Orbital dapat diwakili oleh kotak dan atom digambarkan sebagai anak panah. Anak panah ke atas dan anak panah ke bawah digunakan untuk menggambarkan elektron yang berbeda arah.

Orbital 1s ditempati oleh 2 elektron seperti gambar di sebelah kanan dan kita bisa menuliskannya lebih singkat dengan 1s² . Kata ini dibaca ” satu s dua ” bukan ” satu s kuadrat “.

Ingat, angka 1 mewakili tingkat energi, huruf s mewakili tipe dari orbital dan angka 2 mewakili jumlah elektron yang berada pada orbital tersebut.

Urutan mengisikan orbital

Elektron mengisi dari orbital pada tingkat energi rendah ( dekat dengan nukleus ) sebelum mengisi pada orbital pada tingkat yang lebih tinggi. Ketika dihadapkan pada orbital yang berada pada energi yang sama, elektron akan mengisi orbital yang kosong dahulu.

Diagram di bawah ini menggambarkan tingkat energi orbital sampai tingkat energi keempat.

Perhatikan bahwa orbital s selalu memiliki energi yang rendah daripada orbital p pada seluruh tingkat energi, jadi orbital s akan ditempati terlebih dahulu oleh elektron sebelum menempati orbital p.

Kita akan menemui kejanggalan pada posisi orbital 3d. Orbital ini berada pada tingkat energi yang lebih tinggi daripada 4s – jadi elektron akan menempati orbital 4s lebih dahulu sebelum menempati orbital 3d dan baru kemudian 4p. Kejanggalan berikutnya akan kita temui pada tingkat energi yang lebih tinggi lagi, sebagai contoh, di mana terjadi penindihan tingkat energi yang mengakibatkan orbital 4f akan terisi setelah orbital 6s.

Sumber:

wikipedia.

http://organisasi.org/ilmu_pengetahuan/kimia. akses 09 september 2009.

http://kimiamifkho.wordpress.com/2009/07/22/perkembangan-teori-atom. akses 09 september 2009

zaizai_rain@yahoo.co.uk