PERKEMBANGAN TEORI ATOM

Oleh : Bun YaminJurusan Teknik Kimia STTI Bontang

Konsep dasar tentang atom sudah dikenal sejak zaman Yunani

kuno yang dipelopori oleh Democritus yang hidup pada akhir abad ke-4

dan awal abad ke-5 Sebelum Masehi. Menurutnya, suatu benda dapat

dibagi menjadi bagian-bagian yang sangat kecil yang akhirnya tidak

dapat dibagi lagi yang disebut atom. Kata atom berasal dari bahasa

Yunani yaitu ”atomos” yang berarti ”tidak dapat dibagi”.

Disebutkan bahwa alasan ini berasal dari observasi di mana

butiran pasir dapat bersama-sama membentuk sebuah pantai. Dalam

analoginya, pasir adalah atom, dan pantai adalah senyawa. Analogi ini

kemudian dapat dihubungkan dengan pengertian Democritus terhadap

atom yang tidak bisa dibagi lagi: walaupun sebuah pantai dapat dibagi

ke dalam butiran-butiran pasirnya, butiran pasir ini tidak dapat dibagi.

Democritus juga beralasan bahwa atom sepenuhnya padat, dan tidak

memiliki struktur internal. Dia juga berpikir harus ada ruang kosong

antar atom untuk memberikan ruang untuk pergerakannya (seperti

pergerakan dalam air dan udara, atau fleksibilitas benda padat).

Sebagai tambahan, Democritus juga menyebutkan bahwa untuk

menjelaskan perbedaan sifat dari material yang berbeda, atom

dibedakan ke dalam bentuk, massa dan ukurannya. Konsep atom yang

dikemukakan oleh Democritus ini tidak didukung oleh eksperimen yang

meyakinkan sehingga tidak dapat diterima oleh ahli ilmu pengetahuan

dan filsafat. Baru sekitar tahun 1800an bukti eksperimental muncul.

Penelitian-penelitian terbaru

menyebabkan teori dan model atom semakin

berkembang dan kebenarannya semakin

nyata. Teori dan model atom dimulai dengan

penelitian yang dilakukan oleh John Dalton

yang selanjutnya dikembangkan oleh Joseph

John Thompson, Ernest Rutherford, Niels Bohr dan teori atom

menggunakan mekanika gelombang.

A. Model Atom Dalton

Pada tahun 1803, John Dalton

mengemukakan pendapatnaya tentang atom.

Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum,

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:

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.

Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal

seperti pada tolak peluru. Seperti gambar berikut ini:

Percobaan Lavosier

Mula-mula tinggi cairan merkuri dalam wadah yang berisi udara adalah

A, tetapi setelah beberapa hari merkuri naik ke B dan ketinggian ini

tetap. Beda tinggi A dan B menyatakan volume udara yang digunakan

oleh merkuri dalam pembentukan bubuk merah (merkuri oksida).

Untuk menguji fakta ini, Lavoisier mengumpulkan merkuri oksida,

kemudian dipanaskan lagi. Bubuk merah ini akan terurai menjadi

cairan merkuri dan sejumlah volume gas (oksigen) yang jumlahnya

sama dengan udara yang dibutuhkan dalam percobaan pertama

Percobaan Joseph Pruost

Pada tahun 1799 Proust menemukan bahwa senyawa tembaga

karbonat baik yang dihasilkan melalui sintesis di laboratorium maupun

yang diperoleh di alam memiliki susunan yang tetap.

Percobaa

n

ke-

Sebelum

pemanasan

(g Mg)

Setelah

pemanasan

(g MgO)

Perbandingan

Mg/MgO

1 0,62 1,02 0,62/1,02 = 0,61

2 0,48 0,79 0,48/0,79 = 0,60

3 0,36 0,60 0,36/0,60 = 0,60

 Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Dalton

Kelebihan 

Mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model

atom

Kelemahan

Teori atom Dalton tidak dapat menerangkan suatu larutan dapat

menghantarkan arus listrik. Bagaimana mungkin bola pejal dapat

menghantarkan arus listrik? padahal listrik adalah elektron yang

bergerak. Berarti ada partikel lain yang dapat menghantarkan arus

listrik.

B. Model Atom 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 positif untuk menetralkan 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 di dalamnya

tersebar muatan negatif elektron.”

Model atom ini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah

dikelupas kulitnya. Biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar

marata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada model atom

Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal. Model atom

Thomson dapat digambarkan sebagai berikut:

 Percobaan Sinar Katode

Berdasarkan eksperimennya Thomson mengukur bahwa kecepatan

sinar katoda jauh lebih kecil dibandingkan kecepatan cahaya, jadi sinar

katoda ini bukan merupakan REM. Selain itu Ia juga menetapkan

perbandingan muatan listrik (e) dengan massa (m). Hasil rata-rata e/m

sinar katoda kira-kira :

e/m = 1,76 x 108 C g-1

Nilai ini sekitar 2000 kali lebih besar dari e/m yang dihitung dari

hidrogen yang dilepas dari elektrolisis air (Thomson menganggap sinar

katoda mempunyai muatan listrik yang sama  seperti atom hidrogen

dalam elektrolisis air).

Kesimpulan : Partikel sinar katoda bermuatan negatif dan merupakan

partikel dasar suatu benda yang harus ada pada setiap atom. Pada

tahun 1874 Stoney mengusulkan istilah elektron.

Percobaan Tetes Minyak Milikan

Besarnya muatan dalam elektron ditemukan oleh Robert Andrew

Milikan (1908) melalui percobaan tetes minyak Milikan seperti gambar

di bawah ini :

Minyak disemprotkan ke dalam tabung yang bermuatan listrik. Akibat

gaya tarik gravitasi akan mengendapkan tetesan minyak yang turun.

Bila tetesan minyak diberi muatan negatif maka akan tertarik kekutub

positif medan listrik. milikan menemukan menemukan bahwa muatan

tetes-tetes minyak selalu bulat dari suatu muatan tertentu, yaitu 1.602

x 10-19 coulomb

Hasil percobaan Milikan dan Thomson diperoleh muatan elektron –1

dan massa elektron 0, sehingga elektron dapat dilambangkan  e−10

Data Fisis Elektron :

e/m = 1.76 x 108 C g-1

e = 1.602 x 10-19 C

maka massa elektron = 9.11 x 10-28 gram

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. Model Atom Rutherford

Rutherford bersama dua orang muridnya

(Hans Geiger dan 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 90o bahkan lebih.

Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa

kesimpulan 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 partikel yang 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:

Percobaan Rutherford

Eksperimen ini melibatkan penambakan partikel alfa (inti atom

helium atau ion helium dengan muatan positif) yang diemisikan oleh

unsur Radium pada lempengan logam emas tipis dan kemudian

mendeteksi partikel alfa yang telah melewati lempengan logam emas

tersebut dengan menggunakan layar yang dilapisi seng sulfida (ZnS)

sebagai dtetektor.

Kelemahan Model Atom Rutherford

Kelebihan

Membuat hipotesa bahwa atom tersusun dari inti atom dan elektron

yang mengelilingi inti

Kelemahan 

Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti

atom. Berdasarkan teori fisika, gerakan elektron mengitari inti ini

disertai pemancaran energi sehingga lama - kelamaan energi elektron

akan berkurang dan lintasannya makin lama akan mendekati inti dan

jatuh ke dalam inti. Ambilah seutas tali dan salah satu ujungnya Anda

ikatkan sepotong kayu sedangkan ujung yang lain Anda pegang.

Putarkan tali tersebut di atas kepala Anda. Apa yang terjadi? Benar.

Lama kelamaan putarannya akan pelan dan akan mengenai kepala

Anda karena putarannya lemah dan Anda pegal memegang tali

tersebut. Karena Rutherford adalah telah dikenalkan

lintasan/kedudukan elektron yang nanti disebut dengan kulit.

D. Model Atom Bohr

Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark

bernama Niels 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/2π atau nh/2π, 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.

 Percobaan Bohr

Kelebihan dan Kelemahan

Kelebihan 

Keberhasilan teori Bohr terletak pada kemampuannya untuk

meeramalkan garis-garis dalam spektrum atom hidrogen

Salah satu penemuan adalah sekumpulan garis halus, terutama

jika atom-atom yang dieksitasikan diletakkan pada medan magnet

Werner Heisenberg

Erwin Schrodinger

Kelemahan 

Struktur garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori Bohr

tetapi teori ini tidak pernah berhasil memerikan spektrum selain

atom hydrogen

Belum mampu menjelaskan adanya stuktur halus (fine structure)

pada spectrum, yaitu 2 atau lebih garis yang sangat berdekatan

Belum dapat menerangkan spektrum atom kompleks

Itensitas relatif dari tiap garis spektrum emisi.

Efek Zeeman, yaitu terpecahnya garis spektrum bila atom berada

dalam medan magnet.

E. Model 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.

Persamaan Schrodinger

Werner Heisenberg

 x,y dan z

Y 

m

ђ

E

V

= Posisi dalam tiga dimensi

= Fungsi gelombang

= massa

= h/2p dimana h = konstanta plank dan p =

3,14 

= Energi total

= Energi potensial

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.

Model atom mutakhir atau

model atom mekanika

gelombang

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 tiga dimensi darikebolehjadian paling besar

ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu

atom)

2. Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga

bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital

dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)

3. Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr

bukannya sesuatu yang pasti, tetapi boleh jadi merupakan

peluang terbesar ditemukannya elektron.

Percobaan Chadwick

Kelemahan Model Atom Modern

Persamaan gelombang Schrodinger hanya dapat diterapkan secara

eksak untuk partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal.

F. Kesimpulan

1.Sebelum permulaan abad 19, konsep atom dianggap sebagai

‘mitos’ , karena gagasan yang diajukan oleh  para filosof Yunani

hanya dilandasi pemikiran tentang fenomena alam.

Perkembangannya menjadi ‘sains’ normal’ setelah Dalton

mengkonseptualisasikan kembali berdasarkan kajian-kajian

empirik.  Periode ‘sains normal’ di bawah paradigma Dalton

berlangsung hampir satu abad lamanya (ahir abad 19).

2.Akumulasi anomali yang menggugurkan paradigma Dalton

antara lain gejala kelistrikan dan radoaktifitas.

3.Perubahan model atom Thompson, Rutherford, Bohr hingga

model atom mekanika kuantum masih berada dalam satu

paradigma yang meyakini bahwa atom memiliki sub partikel ;

inti atom dan elektron.  Perubahan model difokuskan pada

penentuan susunan elektron dalam atom

4.Namun ditinjau dari landasan filosofisnya, perubahan Model

Atom Bohr ke Model atom mekanika Kuantum dianggap

sebagai perubahan paradigma deterministik

menjadiUncertainity Principle

5.Penemuan partikel elementer quark , belum dapat dianggap

suatu anomali , karena model quark tidak mengubah

paradigma namun melengkapinya,

6.Adanya perkembangan pemikiran konsep atom menunjukkan

bahwa tidak ada kebenaran yang mutlak dalam IPA, bahkan

melalui konsep atom faham determinisme dapat dibantah

dengan argumentasi mekanika kuantum.  Kemunculan model

quark tidak lagi dianggap sesuatu guncangan bagi kebenaran

ilmiah, namun dianggap dapat melengkapi khazanah ilmu

pengetahuan. Hal ini karena para ilmuwan kini mempunyai

pandangan bahwa kebenaran sains bersifat tentatif dan relatif.

Bibliografi

Farida, Ida. 2009, “Analisis Sejarah Perkembangan Model Atom berdasarkan

Paradigma Kuhn.” http://faridach.wordpress.com/2009/12/11/analisis-sejarah-model-atom-berdasarkan-paradigma-kuhn/ (diakses tanggal 22 September 2011)

Setyawati, Arifatun Anifah. “Kimia : Mengkaji Fenomena Alam

Untuk Kelas

X SMA/MA”, Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional,

2009.

Susanti, Vika. ____, “Perkembangan Model Atom.” http://kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kuliah_web/2007/Vika%20Susanti/model.html (diakses tanggal 22 September 2011)

Makalah : Mikrobiologi

MIKOPROTEINPangan Pengganti Daging Berbasis Miselium

Jamur

Oleh :

Bun Yamin

Arya Nining Sailla

JURUSAN TEKNIK KIMIA

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI INDUSTRI BONTANG

2012