Kimia Dasar: Dunia Atom dan Sejarah Perkembangannya

Oleh: Syarifah Humaira/1404103010047

Atom merupakan partikel paling kecil yang masih mempunyai sifat

unsur. Menurut para ahli fisika, jari-jari suatu atom sekitar 3 – 15 nm (1 nm = 10-

9 meter). Sampai sekarang belum ada alat yang dapat memperbesar atom sehingga

dapat diamati secara jelas. Walaupun atom tidak dapat dilihat dengan jelas, para

ahli dapat membuat perkiraan gambaran mengenai atom berdasarkan data

eksperimen dan kajian teoretis yang dilakukannya. Perkiraan tentang gambaran

atom tersebut dinamakan model atom. Itulah sebabnya mengapa model atom telah

beberapa kali mengalami perubahan sesuai dengan  perkembangan ilmu

pengetahuan.

Salah satu konsep ilmiah tertua adalah

bahwa semua materi dapat dipecah menjadi

zarah (partikel) terkecil, dimana partikel-

partikel itu tidak bisa dibagi lebih lanjut.

Atom berasal dari kata A : Tidak, Tomos :

memotong. Dinamakan atom karena

dianggap tidak dapat dipecah lagi. Istilah atom berasal dari Bahasa Yunani

(ἄτομος/átomos, α-τεμνω), 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 pada fisikawan kemudian

berhasil memodelkan atom.

Sturktur Atom

Atom terdiri dari proton, neutron dan elektron. Proton dan neutron berada

di dalam inti atom. Sedangkan elektron terus berputar mengelilingi inti atom

karena muatan listriknya. semua elektron bermuatan negatif (-) dan semua proton

bermuatan positif (+) . sementara itu neutron bermuatan netral. Elektron

bermuatan yang bermuatan negatif (-) ditarik oleh proton yang bermuatan positif

(+) pada inti atom.

Dalam hal ini, semua atom di alam semesta akan terjadi bermuatan positif (+)

karena ada kelebihan muatan listrik positif (+) di dalam proton.  Akibatnya, semua

atom akan saling bertolak satu sama lain.

Perkembangan teori atom

Teori atom pertama kali dikemukakan oleh John Dalton pada tahun 1803,

yaitu atom merupakan partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi. Kemudian

diketahui bahwa atom ternyata terdiri atas partikel- partikel yang lebih kecil lagi

yaitu proton, elektron, dan neutron. Partikel penyusun atom itu disebut partikel

subatom atau partikel dasar atom. Proton merupakan partikel subatom yang

bermuatan positif, ditemukan oleh Eugen Goldstein pada tahun 1886. Elektron

merupakan partikel subatom yang bermuatan negatif, ditemukan oleh  Joseph

John Thomson pada tahun 1897. Neutron merupakan partikel subatom yang tidak

bermuatan, ditemukan oleh James Chadwick padatahun 1932. Model atom terus

berkembang mulai dari model atom Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr, sampai

dengan model atom modern yang kita gunakan sekarang.

Teori atom Dalton

Model atom Dalton, adalah gagasan tentang partikel materi yang

menyatakan bahwa materi terdiri atas butiran-butiran yang sangat kecil, yaitu

atom. Model ini telah menghapus pendapat yang mengatakan bahwa pembagian

materi bersifat kontinu. Atom adalah partikel terkecil dari suatu unsur yang

mempunyai sifat yang sama dengan unsur itu.

Gambar 1.1 Model atom Dalton

Gambar 1.1 menunjukkan model atom Dalton sebagai bola pejal seperti pada

tolak peluru. Pada tahun 1808, John Dalton adalah seorang guru di Inggris yang

melakukan perenungan tentang atom. Model ini dianggap sebagai model atom

ilmiah yang pertama kali  dikemukakan, sebab dilandasi fakta temuan eksperimen,

yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap

(hukum prouts). Lavosier menyatakan 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:

a. Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi.

b. Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki

atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda.

c. Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan

bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom

oksigen.

d. Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan

kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.

Kelebihan model/ teori atom John Dalton:

a. Dapat menerangkan hukum kekekalan massa (Lavoisier)

b. Dapat menerangkan hukum perbandingan tetap (Proust).

c. Memulai minat terhadap penelitian mengenai model atom

Kelemahan model/ teori atom John Dalton :

a. Ada partikel yang lebih kecil dari atom yang disebut partikel sub atom.

b.Tidak menjelaskan bagaimana atom-atom berikaitan.

c. Tidak menerangkan hubungan lautan senyawa dan daya hantar arus listrik,

jika atom merupakan bagian terkecil dari suatu unsur dan tidak dapat dibagi lagi.

Teori Atom   Joseph   John   Thomson (“Roti Kismis”)

Teori atom Dalton cukup lama dianut oleh para ahli saat ini hingga

ditemukan nya elektron yang bermuatan negatif oleh J J THOMSON pada tahun

1897. Penemuan elektron ini mematahkan teori dalton bahwa atom merupakan

materi terkecil. oleh karena elektron bermuatan negatif, maka thomson berfikir

bahwa atom berbentuk bulat dimana muatan listrik positif yang tersebar merata

dalam atom dinetralkan oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif yang

berada di antara muatan positif. Model atom Thomson didasarkan pada asumsi

bahwa massa elektron lebih kecil dari massa atom, dan elektron merupakan

partikel penyusun atom. Karena atom bermuatan netral, maka elektron yang

bermuatan negatif akan menetralkan suatu muatan positif dalam atom. Hal ini

mendukung keberadaan proton dalam atom. 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

( yang negatif) tersebar merata

dipermukaan bola seperti kismis pada roti

kismis.

Gambar 1.2 model atom Thomson

Kelebihan model/ teori atom J. J. Thompson:

a. Dapat menerangkan adanya partikel yang lebih kecil dari pada atom yang

disebut partikel subatomik.

b. Dapat menerangkan sifat listrik atom

c. Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negative dalam atom

d. Selain itu juga memastikan bahwa atom tersusun dari partikel yang bermuatan

positif dan negative untuk membentuk atom netral. Juga membuktikan electron

terdapat dalam semua unsure.

Kelemahan model/ teori atom J.J. Thompson:

a. Tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom

b. Tidak dapat menerangkan efek penghamburan cahaya pada lempeng tipis emas.

Teori Atom   Rutherford

Ernest Rutherford (1911), seorang ahli Fisika Inggris. Penelitian

penembakan sinar alpha pada plat tipis emas membuat Rutherford dapat

mengusulkan teori dan model atom untuk memperbaiki teori dan model atom

Thomson.

Rutherford mengatakan bahwa “Atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan

bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif dan

Rutherford menduga bahwa di dalam inti atom terdapat partikel netral yang

berfungsi mengikat partikel-partikel positif agar tidak saling tolak

menolak.”.Sebagian besar atom adalah ruangan kosong dan hampir semua massa

atom ada pada inti.

Gambar 1.3 model atom rutherford

Kelebihan model/ teori atom Rutherford :

a. Dapat menerangkan fenomena penghamburan sinar alfa pada lempeng

tipis emas.

b. Mengemukakan keberadaan inti atom

Kelemahan model/ teori atom Rutherford :

a. Tidak menjelaskan kenapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom

Teori Atom Niels Bohr

Niels Bohr (1913), fisikawan dari Denmark ini yang selanjutnya

menyempurnakan model atom yang dikemukakan oleh Rutherford. Penjelasan

Bohr didasarkan pada penelitiannya tentang spektrum garis atom hidrogen.

Beberapa hal yang dijelaskan oleh Bohr:

a. Elektron mengorbit pada tingkat energi tertentu yang disebut kulit.

b. Tiap elektron mempunyai energi tertentu yang cocok dengan tingkat

energi kulit.

c. Dalam keadaan stationer, elektron tidak melepas dan menyerap energi.

Elektron dapat berpindah posisi dari tingkat energi rendah dan sebaliknya

dengan menyerap dan melepas energi. 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.

Gambar 1.4 Model atom borh

Kelebihan model/ teori atom Borh :

a. Dapat menjelaskan spektrum pancaran dari  atom hidrogen

b. Menjawab kesulitan teori atom Rutherford

Kelamahan  model/ teori atom Bohr :

a. Tidak dapat menjelaskan atom berelektron banyak.

b. Tidak dapat menerangkan efek Zeeman bila atom ditempatkan pada medan

magnet

c. Tidak dapat menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak

Model Atom Modern

Pada tahun 1927, Erwin Schrodingre, mengemukakan teori atom yang

disebut teori atom mekanika kuantum atau mekanika gelombang. Teori tersebut

dapat diterima para ahli sampai sekarang. Menurut teori atom mekanika kuantum,

kulit-kulit elektron bukan kedudukan yang pasti dari suatu elektron, tetapi

hanyalah suatu keboleh jadian saja.

Model atom ini dikembangkan berdasarkan teori mekanika kuantum yang

disebut mekanika gelombang; diprakarsai oleh 3 ahli :

Louis Victor de Broglie : menyatakan bahwa materi mempunyai dualisme sifat

yaitu sebagai materi dan sebagai gelombang.

Gambar 1.4. Mekanika Kuantum (sumber : kimia.upi.edu)

Werner Heisenberg : mengemukakan prinsip ketidakpastian untuk materi yang

bersifat sebagai partikel dan gelombang. Jarak atau letak elektron-elektron yang

mengelilingi inti hanya dapat ditentukan dengan kemungkinan – kemungkinan

saja.

Erwin Schrodinger (menyempurnakan model Atom Bohr): Berhasil menyusun

persamaan gelombang untuk elektron dengan menggunakan prinsip mekanika

gelombang. Elektron-elektron yang mengelilingi inti terdapat di dalam

suatu orbitalyaitu daerah 3 dimensi di sekitar inti dimana elektron dengan energi

tertentu dapat ditemukan dengan kemungkinan terbesar.

Model atom Modern :

a) Atom terdiri dari inti atom yang mengandung proton dan neutron sedangkan

elektron-elektron bergerak mengitari inti atom dan berada pada orbital-orbital

tertentu yang membentuk kulit atom.

b) Orbital yaitu daerah 3 dimensi di sekitar inti dimana elektron dengan energi

tertentu dapat ditemukan dengan kemungkinan terbesar.

c) Kedudukan elektron pada orbital-orbitalnya dinyatakan dengan bilangan

kuantum.

Pada teori atom mekanika kuantum, untuk menggambarkan posisi elektron

digunakan bilangan-bilangan kuantum. Daerah kemungkinan elektron berada

disebut orbital. Orbital memiliki bentuk yang berbeda-beda.

1. Bilangan Kuantum

Schrodinger menggunakan tiga bilangan kuantum yaitu bilangan kuantum

utama (n), bilangan kuantum azimut (l), dan bilangan kuantum magnetik (m).

Ketiga bilangan kuantum tersebut menjelaskan tingkat energi, bentuk, dan

orientasi

elektron di dalam orbital. Selain ketiga bilangan kuantum tersebut ada bilangan

kuantum spin (s) yang menunjukkan perputaran elektron pada sumbunya.

Bilangan Kuantum

Bilangan Kuantum Utama

Bilangan kuantum utama memiliki lambang n. Harga n melambangkan

tingkat energi elektron atau kulit elektron. Harga n untuk berbagai kulit elektron

yaitu sebagai berikut.

Elektron pada kulit ke-1, memiliki harga n = 1.

Elektron pada kulit ke-2, memiliki harga n = 2.

Elektron pada kulit ke-3, memiliki harga n = 3.

Elektron pada kulit ke-4, memiliki harga n = 4

Bilangan Kuantum Azimut

Bilangan kuantum azimut memiliki lambang l. Bilangan kuantum azimut

menyatakan tingkat energi elektron pada subkulit. Subkulit elektron mempunyai

lambang s, p, d, f. Huruf-huruf tersebut berasal dari kata sharp (s), principal (p),

diffuse (d), dan fundamental (f) yang diambil dari nama-nama seri spektrum

unsur. Harga l untuk berbagai subkulit yaitu sebagai berikut.

Elektron pada subkulit s memiliki harga l = 0

Elektron pada subkulit p memiliki harga l = 1

Elektron pada subkulit d memiliki harga l = 2

Elektron pada subkulit f memiliki harga l =

Hubungan harga n dengan l adalah harga l mulai dari 0 sampai dengan n-1.

Contoh:

Jika n = 1 maka l = 0.

Jika n = 2 maka l = 0, 1.

Jika n = 3 maka l = 0, 1, 2.

Jika n = 4, maka l = 0, 1, 2, 3

Bilangan kuantum magnetik

memiliki lambang m yang menunjukkan arah orbital elektron. Bilangan kuantum

magnetik menyatakan jumlah orbital pada subkulit elektron. Bilangan kuantum ini

bernilai negatif, nol, dan positif. Secara

matematika harga m dapat di lihat pada tabel 1.1

Lambang Unsur

1. Nomor Atom

Nomor atom menunjukkan jumlah muatan positif dalam inti atom (jumlah

proton). Menurut Henry Moseley (1887–1915) jumlah muatan positif setiap unsur

bersifat karakteristik, jadi unsur yang berbeda akan mempunyai nomor atom yang

berbeda. Untuk jumlah muatan positif (nomor atom) diberi lambang Z.

Jika atom bersifat netral, maka jumlah muatan positif (proton) dalam atom harus

sama dengan jumlah muatan negatif (elektron). Jadi, nomor atom = jumlah proton

= jumlah elektron.

Z = np = ne

n = jumlah

2. Nomor Massa

Berdasarkan percobaan tetes minyak Millikan ditemukan bahwa massa

elektron = 9,109 x 10–28 gram. Jika 1 satuan massa atom atau satu sma = massa 1

atom hidrogen = 1,6603 x 10–24 gram, maka:

massa 1 elektron          = (9,109 x 10–28 ) / (1,6603 x 10–24) sma

                                    = 5,49 x 10–4 sma

massa 1 elektron             =  sma

            Berikut adalah tabel mengenai muatan dan massa partikel proton, neutron,

dan elektron.

Partikel Lambang Massa (g)

Perbandingan

dengan

massa proton

Muatan

Satuan Coloumb

proton P 1,673x10–24 1 +11,6x10–

19

neutron N 1,675x10–24 1 0 0

elektron E 9,109x10–28 -11,6x10–

19

Atom terdiri atas proton, neutron, dan elektron. Jadi, Massa atom = (massa p+

massa n) + massa e. Massa elektron jauh lebih kecil dari pada massa proton dan

massa neutron, maka massa elektron dapat diabaikan. Dengan demikian:

Massa atom = massa p + massa n

Massa atom dinyatakan sebagai nomor massa dan diberi lambang A. Jadi:

Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron

Untuk mendapatkan jumlah n dalam inti atom dengan cara:

n = A – Z

Jika X adalah lambang unsur, Z (nomor atom), dan A (nomor massa), maka unsur

X dapat dinotasikan: 

Notasi Unsur Z A p e n

Hidrogen 1 1 1 1 1-1=0

Lithium 3 7 3 3 7-3=4

Isotop, Isobar, dan Isoton Suatu Unsur

Setelah penulisan lambang atom unsur dan penemuan partikel penyusun

atom, ternyata ditemukan adanya unsur-unsur yang memiliki jumlah proton yang

sama tetapi memiliki massa atom yang berbeda. Ada pula unsur-unsur yang

memiliki massa atom yang sama tetapi nomor atom berbeda. Oleh karena itu,

dikenal istilah isotop, isoton, dan isobar.

1. Isotop

Isotop adalah atom yang mempunyai nomor atom sama tetapi memiliki nomor

massa berbeda. Misalnya,  dan  . Setiap isotop satu unsur memiliki sifat kimia

yang sama karena jumlah elektron valensinya sama.

Isotop-isotop unsur ini dapat digunakan untuk menentukan massa atom relatif

(Ar) atom tersebut berdasarkan kelimpahan isotop dan massa atom semua isotop.

Berikut adalah contoh-contoh penggunaan isotop.

Radioisotop Kegunaan

O-18 Mengetahui mekanisme reaksi esterifikasi

Na-24Mempelajari peredaran darah manusia dan mendeteksi

kebocoran pipa dalam tanah

I-131 Mempelajari kelainan pada kelenjar tiroid

Fe-59 Mengukur laju pembentukan sel darah merah dalam tubuh

Co-60 Pengobatan kanker

P-32 Mempelajari pemakaian pupuk pada tanaman

C-14Menentukan umur fosil dan mengetahui kecepatan terjadinya

senyawa pada fotosintesis

2. Isobar

Isobar adalah unsur-unsur yang memiliki nomor atom berbeda tetapi nomor

massa sama. Sehingga antara  dan  adalah isobar.

3. Isoton

Atom-atom unsur berbeda (nomor atom berbeda) yang mempunyai jumlah

neutron sama disebut isoton. Contohnya  dan  yang sama-sama berneutron 7.

Penjelasan Atom dalam Al-Quran

Atom juga ternyata dibahas dalam Al-Quran surat Saba ayat 3   yang

artinya:Dan orang-orang yang kafir berkata, “Hari Kiamat itu tidak akan datang

kepada kami”.Katakanlah, “Pasti datang, demi Tuhanku yang mengetahui yang

ghaib, Kiamat itu pasti akan datang kepadamu.Tidak ada yang tersembunyi

bagiNya sekalipun seberat zarrah1 baik yang dilangit maupun yang di bumi, yang

lebih kecil dari itu atau yang lebih besar, semuanya tertulis dalam kitab yang

jelas (Lauh Mahfuz),”

Penjelasan:

Zarrah adalah jenis yang terkecil dari semut. Orang Arab mengungkapkan

sesuatu yang paling kecil dengan sebutan Zarrah.

DAFTAR PUSTAKA

Sulami, Emi.2006.Kimia.Jakarta : PT.Gelora Aksara Pratama.

Hakim, andi, nasution.1999.pengantar Ke Filsafat Dains.PT pustaka litera Antar nusa

Syukri. 1999. Kimia Dasar I. Bandung : ITB.

Harnanto, Ari dan Ruminten. 2009. Kimia untuk SMA/MA kelas X. Jakarta: Pusat

Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.

Lehmann, Walter J. 1972. Atomic and Molecular Structure. Canada: John Wiley

Sons, Inc.