STRUKTUR ATOM
A. Pengertian Struktur Atom
Struktur atom merupakan satuan dasar materi yang terdiri dari inti
atom beserta awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti
atom mengandung campuran proton yang bermuatan positif dan neutron yang
bermuatan netral (terkecuali pada Hidrogen-1 yang tidak memiliki
neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom oleh
gaya elektromagnetik. Demikian pula sekumpulan atom dapat berikatan
satu sama lainnya membentuk sebuah molekul. Atom yang mengandung jumlah
proton dan elektron yang sama bersifat netral, sedangkan yang mengandung
jumlah proton dan elektron yang berbeda bersifat positif atau negatif
dan merupakan ion. Atom dikelompokkan berdasarkan jumlah proton dan
neutron pada inti atom tersebut. Jumlah proton pada atom menentukan
unsur kimia atom tersebut, dan jumlah neutron menentukan isotop unsur
tersebut.
Istilah atom berasal dari Bahasa Yunani, yang berarti tidak dapat
dipotong ataupun sesuatu yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Konsep atom
sebagai komponen yang tak dapat dibagi-bagi lagi pertama kali diajukan
oleh para filsuf India dan Yunani. Pada abad ke-17 dan ke-18, para
kimiawan meletakkan dasar-dasar pemikiran ini dengan menunjukkan bahwa
zat-zat tertentu tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi menggunakan
metode-metode kimia. Selama akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, para
fisikawan berhasil menemukan struktur dan komponen-komponen subatom di
dalam atom, membuktikan bahwa ‘atom’ tidaklah tak dapat dibagi-bagi
lagi. Prinsip-prinsip mekanika kuantum yang digunakan para fisikawan
kemudian berhasil memodelkan atom.
Relatif terhadap pengamatan sehari-hari, atom merupakan objek yang
sangat kecil dengan massa yang sama kecilnya pula. Atom hanya dapat
dipantau menggunakan peralatan khusus seperti mikroskop penerowongan
payaran. Lebih dari 99,9% massa atom berpusat pada inti atom, dengan
proton dan neutron yang bermassa hampir sama. Setiap unsur paling tidak
memiliki satu isotop dengan inti yang tidak stabil yang dapat mengalami
peluruhan radioaktif. Hal ini dapat mengakibatkan transmutasi yang
mengubah jumlah proton dan neutron pada inti. Elektron yang terikat pada
atom mengandung sejumlah aras energi, ataupun orbital, yang stabil dan
dapat mengalami transisi di antara aras tersebut dengan menyerap ataupun
memancarkan foton yang sesuai dengan perbedaan energi antara aras.
Elektron pada atom menentukan sifat-sifat kimiawi sebuah unsur dan
memengaruhi sifat-sifat magnetis atom tersebut.
Perkembangan Teori Atom
A. Teori Atom Dalton (1803)
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:
- Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi
- Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur
memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda
- Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan
bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan
atom-atom oksigen
- 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.
Kelemahan dan Kelebihan Teori Atom Dalton
Kelemahan teori atom Dalton
Pada perkembangan selanjutnya ditemukan berbagai fakta yang tidak dapat dijelaskan oleh teori tersebut, antara lain :
a. Tidak dapat menjelaskan sifat listrik materi.
b. Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan.
c. Model atom Dalton tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan unsur yang lain.
Kelebihan teori atom Dalton
a. Dapat menerangkan Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier)
b. Dapat menerangkan Hukum Perbandingan Tetap (Hukum Proust)
Kelemahan–kelemahan tersebut dapat dijelaskan setelah ditemukan
beberapa partikel penyusun atom, seperti elektron ditemukan oleh Joseph
John Thomson tahun 1900, penemuan partikel proton oleh Goldstein tahun
1886.
B. Teori Atom J.J Thomson
Teori atom dalton cukup lama dianut para ahli hingga ditemukannya
elektron bermuatan negatif oleh J.J Thomson pada tahun 1897. Penemuan
elektron ini mematahkan teori dalton bahwa atom merupakan materi
terkecil. Oleh karena atom bermuatan negatif, maka Thomson berpikir
bahwa ada muatan positif sebagai penyeimbang.
Dengan demikian atom bersifat netral. Model atom Thomson
menggambarkan bahwa atom merupakan suatu bola yang bermuatan positif.
Sementara itu, elektron ( bagian atom yang bermuatan negatif ) tersebar
merata dipermukaan bola tersebut. Muatan – muatan negatif tersebut
tersebar seperti kismis pada roti kismis. Jumlah muatan positif sama
dengan jumlah muatan negatif sehingga atom bersifat netral.
Model atom Thomson dapat digambarkan sebagai berikut:
Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Thomson
Kelebihan
Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom.
Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur.
Kelemahan
Model Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.
C. 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:
- Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan
- Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom
emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang
bermuatan positif.
- 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.
Model atom Rutherford dapat digambarkan sebagai beriukut:
Kelemahan:
Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.
4. Teori Atom Bohr
Pada 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:
- 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.
- Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron
tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan
maupun diserap.
- 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.
- 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
Model atom Bohr sebagai berikut :
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 menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak.
E. 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.
Model Mekanika Kuantum Sebagai Berikut :
Ciri khas model atom mekanika gelombang
- Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya
(orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti
penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga
dimensi darikebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan
keadaan tertentu dalam suatu atom)
- Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan
kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan
kuantum tersebut)
- Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr
bukannya sesuatu yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar
ditemukannya elektron.