teori atom dalton dan jj thomson

PERKEMBANGAN MODEL ATOM

1. Teori dan model atom Dalton

2. Teori dan model atom JJ Thomson

3. Teori dan model atom Rutherford

4. Teori dan model atom Niels Bohr

5. Teori Atom Modern

PERKEMBANGAN MODEL ATOM

Partikel terkecil dari suatu unsur yang masih mempunyai sifat dari unsur tersebut dinamakan atom. Dari zaman Yunani kuno hingga sekarang, model dan teori atom terus berkembang. Melalui model dan teori atom, kita dapat mengetahui struktur suatu atom. Perkembangan tersebut tidak dapat dilepaskan dari upaya para ilmuan diantaranya Democritus, John Dalton, J.J Thomson, Rutherford, Niels Bohr, Schodinger, de Broglie, dan Heisenberg.

Istilah atom pertama kali dikemukakan oleh Democritus, filsuf Yunani kuno. Atom berasal dari kata atomos (A=Tidak, TOMOS= dibagi), jadi atom merupakan partikel yang sudah tidak dapat dibagi lagi. Berdasarkan teori Democritus, atom yang menyusun setiap zat berbeda satu sama lain.

1.      Model dan Teori Atom Dalton

Meskipun Democritus mengemukakan istilah atom, namun konsep atom sebagai partikel terkecil, baru dikenal oleh John Dalton pada tahun 1803. 

           

Gambar 1.1 Atom penyusun suatu molekul

Gambar 1.2 Atom penyusun suatu senyawa

Dalton merumuskan teori atom sebagai berikut :

a.       Atom adalah bagian terkecil dari suatu zat.

b.      Atom bebentuk bola sederhana yang sangat kecil, tidak dapat dibelah, diciptakan, maupun dimusnahkan.

c.       Unsur yang sama mengandung atom-atom yang sama.

d.      Atom-atom dari unsur yang berbeda dapat bergabung menyusun senyawa dengan perbandingan tetap.

e.       Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan angka dan perbandingan yang bulat dan sederhana.

                                     
         
         

Gambar 1.3 Model atom Dalton berbentuk bola bulat dan padat (bola pejal)

Teori atom Dalton ternyata tidak dapat menjelaskan sifat kelistrikan materi, meskipun demikian kelebihan dari munculnya teori atom Dalton telah meletakkan tangga pertama bagi perkembangan teori atom selanjutnya sehingga mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom.

2.      Model dan Teori Atom Thomson

Pandangan Dalton mengenai atom sebagai bagian yang paling kecil tumbang setelah penemuan elektron oleh Thomson. Penemuan tersebut diilhami oleh Michael Faraday yang mengemukakan bahwa benda memiliki sifat listrik. Pada tahun 1897, J.J Thomson melakukan eksperimen menggunakan tabung sinar katode.

Gambar 2.1 Tabung sinar katode yang digunakan Thomson

a berwarna hijau. Cahaya hijau ini merupakan radiasi yang berasal dari katode. Di dalam tabung tersebut, sinar katode akan diteruskan menuju layar pendeteksi sinar.

Pada percobaannya, Thomson memasang medan magnet pada jalannya beras sinar. Ternyata hal ini mengakibatkan terjadinya pergeseran sinar pada dinding tabung. Posisi pergeseran sinar pada sinar tersebut dicatat. Selanjutnya, medan listrik searah dipasang pada pelat untuk melawan medan magnet yang telah ditetapkan. Besar medan magnet diatur agar sinar yang telah bergeser akibat medan magnet kembali pada posisi semula.

Gambar 2.2 Rancangan percobaan sinar katode Thomson. Menyelidiki pengaruh (a)medan listrik, (b)medan magnet, dan (c)medan magnet dan medan listrik.

Thomson menemukan bahwa dalam medan magnet, sinar katode dibelokkan. Adapun dalam medan listrik, sinar katode tertarik oleh lempeng logam positif, tetapi ditolak oleh lempeng medan negatif.

Gambar 2.3 Percobaan sinar katode Thomson

Tabel 3.1 Hasil pengamatan Sinar katode oleh Thomson

Pengamatan	Kesimpulan
Dalam medan magnet, sinar katode dibelokkan.	Sinar katode bermuatan
Dalam medan listrik, sinar katode tertarik oleh lempeng logam positif, tetapi ditolak oleh lempeng logam negatif.	Sinar katode bermuatan negatif
Sinar katode yang dihasilkan setiap gas identik.	Partikel terdapat dalam semua materi

                                                                                                                              

Sinar katode yang ditemukan Thomson disebut elektron. Dengan penemuan tersebut, Thomson mengemukakan model atom roti kismis. Thomson berpendapat, bahwa suatu atom berbentuk bola yang bermuatan positif dan elektron yang bermuatan negatif tersebar dalam bola tersebut. Ia menganalogikan model atomnya dengan roti yang memiliki kismis di sekelilingnya.

Gambar 2.3 Model atom Thomson yang dianalogikan dengan roti kismis

Berapakah massa yang dimiliki elektron? Percobaan Thomson tidak dapat menjawab pertanyaan tersebut. Model atom Thomson juga tidak dapat memberikan penjelasan tentang susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut, meskipun sudah dapat menjelaskan sifat kelistrikan atom.

3.      Model dan Teori Atom Rutherford

Percobaan yang dilakukan Rutherford pada tahun 1909 berhasil membuktikan keberadaan partikel positif. Rutherford memodifikasi tabung sinar katode dengan cara mengganti gas helium (sinar α) dengan gas hidrogen. Penggantian gas hidrogen dengan gas lain menghasilkan sinar yang serupa dengan sinar terusan yang dihasilkan dari berbagai gas. Sinar yang dihasilkan selalu bermuatan positif yang besarnya merupakan kelipatan dari +1,6 x 10^-19 C. Gas hidrogen merupakan unsur terkecil dari gas-gas lainnya sehingga Rutherford menyimpulkan bahwa muatan partikel positif sama dengan muatan ion positif dari hidrogen, yaitu sebesar +1,6 x 10^-19 C.

Pada tahun 1906, Ernest Rutherford bersama mahasiswanya Geiger dan Marsden meneliti radiasi dari iranium, radium, dan radioaktif lainnya yang memancarkan sinar α, β, dan γ. Radioaktif tersebut disimpan dalam kotak timbel dengan lubang yang sangat kecil sehingga sinar α dalam kotak akan terpancar. Pancaran sinar α digunakan untuk menembak foil emas tipis sehingga eksperimen tersebut dikenal dengan eksperimen lempeng tipis emas. Sebagian besar sinar α diteruskan, hanya sedikit yang dipantulkan.

Gambar 3.1 Eksperimen Rutherford : partikel α dihamburkan pada foil logam emas, sinar α banyak diteruskan oleh foil tersebut.

 

  Sinar α lebih banyak diteruskan dibandingkan dipantulan oleh lempeng emas karena sinar α yang bermuatan positif menumbuk partikel pejal (logam emas) yang juga bermuatan positif. Partikel yang muatannya sama akan tolak-menolak. Partikel pejal tersebut dinamakan Rutherford inti atom. Elektron terletak di luar inti pada jarak yang relatif jauh dengan gerakan yang cepat, dikarenakan ada tolakan dari inti yang bermuatan positif.

Rutherford menggambarkan tumbukan partikel emas dengan model atom-atom bulat seperti gambar dibawah ini:

Gambar 3.2 Titik-titik di tengah merupakan gambaran inti atom. Partikel α ditolak oleh inti atom.

 

Setiap atom mempunyai suatu pusat kecil atau inti. Peluang partikel α mendekati inti sangat kecil karena ukurannya yang sangat kecil. Artinya inti akan menolak partikel α karena inti bermuatan positif seperti partikel α. Dari penemuan tersebut, Rutherford membuat kesimpulan sebagai berikut :

1.      Atom terdiri atas inti atom yang bermuatan positif dan elektron-elektron bermuatan negatif yang beredar mengelilingi inti.

2.      Atom bersifat netral sehingga jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi.

Gambar 3.3 Model atom menurut Rutherford

 

Teori atom Rutherford hanya mampu menjelaskan bahwa elektron-elektron yang beredar mengelilingi inti atom berada diruang hampa. Rutherford tidak dapat menjelaskan mengapa elektron yang mengelilingi inti atom tidak jatuh ke inti, Rutherford juga tidak dapat menjelaskan bahwa spektrum atom hidrogen berupa spektrum garis.

4.      Model dan Teori Atom Bohr

Pada tahun 1923, Neils Bohr menyempurnakan teori atom Rutherford dengan menerapkan teori Kuantum Planck dan Einstein mengenai gerakan kuantum. Menurut Bohr, gerakan elektron mengelilingi inti harus dengan momentum sudut terntentu. Neils Bohr mengamati spektrum atom hidrogen, adanya spektrum garis menunjukkan bahwa elektron hanya beredar pada lintasan-lintasan dengan energi tertentu.

Gambar 4.1 Spektum atom hidrogen yang menghasilkan spektrum garis

Teori yang dikemukakan oleh Neils Bohr adalah sebagai berikut :

1.      Elektron mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu yang stasioner yang disebut orbit/kulit. Walaupun elektron bergerak cepat tetapi elektron tidak memancarkan atau menyerap energi sehingga energi energi elektron konstan. Hal ini berarti elektron berputar mengelilingi inti atom empunyai lintasan tetap sehingga elektron tidak jatuh ke inti.

2.      Elektron dapat berpindah dari kulit satu ke kulit yang lain dengan memancarkan atau menyerap energi. Energi yang dipancarkan atau diserap ketika elektron berpindah kulit disebut foton. Besarnya foton dirumuskan :

Perpindahan elektron dari tingkat energi rendah ke tinggi disebut eksitasi. Hal itu dicapai dengan cara menyerap energi. Sedangkan perpindahan elektron dari tingkat energi tinggi ke rendah disebut deksitasi. Hal itu dicapai dengan cara pemancaran energi.

Gambar 4.2 Model atom Bohr

Teori atom Bohr memiliki kelemahan yaitu tidak dapat menerangkan spektrum atom yang lebih rumit (nomor atom lebih dari 1) dan tidak dapat menjelaskan adanya modifikasi pengaruh medan magnet dalam atom H.

5.      Model dan Teori Atom Modern

Ketidakmampuan teori atom Bohr menerangkan model atom selain atom hidrogen dan gejala atom dalam medan magnet disempurnakan pada tahun 1924 oleh ahli fisika Prancis, Louis de Broglie. Menurut de Broglie, selain bersifat partikel, elektron dapat bersifat gelombang, sedangkan Niels Bohr berpendapat bahwa elektron adalah partikel. Pendapat de Broglie yang dikembangkan oleh Erwin Schodinger dan Werner Heisenberg melahirkan teori atom modern yang dikenal dengan Teori Mekanika Kuantum. Prinsip dasar tersebut adalah gerakan elektron dalam mengelilingi inti bersifat seperti gelombang. Teori mekanika kuantum digunakan untuk menjelaskan sifat atom dan molekul.

Berdasarkan teori mekanika kuantum, keberadaan elektron dalam lintasan tidak dapat ditentukan dengan pasti, yang dapat diketahui hanya daerah kebolehjadian ditemukannya elektron. Teori tersebut dikemukakan oleh ahli fisika Jerman, Werner Heisenberg yang dinamakan prinsip ketidakpastian Heisenberg.