Struktur Atom

Atom terdiri dari inti atom (proton dan neutron) dan juga lintasan yang mengelilingi atom (elektron).
1. Elektron

Elektron pertama kali ditemukan oleh J.J. Thomson. Penemuan ini diawali dengan dtiemukannya tabung sinar katode oleh Karl Ferdinand Braun. Bila tabung tersebut dialiri arus listrik yang cukup kuat, akan terjadi aliran radiasi yang tidak tampak dari kutub negatif ke kutub positif disebut sinar katode.

Sifat-sifat sinar katode dapat diketahui setelah Sir William Crooles menyempurnakan tabung sinar katode. Sifat-sifatnya adalah :

• Merambat dalam garis lurus dari kutub negatif (katode) ke kutub positif (anode)
• Dibelokan oleh medan magnet dan medan listrik menuju ke kutub positif
• Tidak dipengaruhi oleh jenis kawat elektrode yang dipakai, jenis gas dalam tabung, dan bahan yang digunakan untuk menghasilkan listrik

Setelah itu, J.J. Thomson mendapati bahwa sinar katode sebenarnya adalah materi yang ukurannya sangat kecil karena dapat memutar baling-baling yang dipasang antara anode dan katode. J.J. Thomson dapat menentukan muatan elektron yaitu sebesar 1,76 x 10^8 coulomb/gram. Penyelidikan lebih lanjut dilakukan oleh Robert A. Milikan yang dikenal dengan percobaan tetes minyak milikan. Dari itu, dapat disimpulkan bahwa muatan 1 elektron adalah 1,6022 x 10^-19 Coulomb. Sehingga dapat dihitung massa satu elektron adalah 9,10 x 10^-28 gram. Nama Elektron diusulkan oleh Stoney.

2. Proton

Proton ditemukan pertama kali oleh Goldstein. Diawali dengan dimodifikasinya tabung sinar katode oleh Goldstein, ditemukan sinar yang berlawanan dengan sinar katode disebut Sinar Kanal. Wilhelm Wien menunjukan bahwa sinar kanal merupakan partikel bermuatan positif yang disebut Proton.

Untuk mengetahui kedudukan partikel-partikel tersebut, Ernest Rutherford dan Asistennya, Hans Geiger dan Ernest marsden melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa yang dilakukan terhadap lempengan emas. Dari percobaan tersebut dapat disimpulkan bahwa :

• Hampir semua partikel alfa diteruskan, berarti bukan bola pejal yang bermuatan positif, tetapi sebagian besar merupakan ruang hampa
• Jika lempengan emas dianggap sebagai satu lapisan emas, maka di dalam atom terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif
• Partikel tersebut merupakan partikel yang menyusun suatu inti atom, maka akan didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan

3. Neutron

Neutron pertama kali ditemukan oleh James Chadwick. Penemuannya diawali dengan adanya kejanggalan yang terdapat pada penelitian Rutherford. James Chadwick melakukan percobaan hamburan sinar alfa terhadap boron dan parafin. Apabila partikel alfa ditembakan pada lapisan logam boron ternyata logam tersebut memancarkan sinar yang serupa dengan gelombang elektromagnetik tinggi, tidak dibelokan oleh medan listrik dan medan magnet dan didapat bahwa sinar tersebut merupakan partikel netral. Lalu oleh James Chadwick diberi nama Neutron.

Teori Perkembangan Atom

Atom adalah suatu unit terkecil dari sebuah unsur yang memiliki sifat-sifat tertentu. Atom terdiri dari sebuah inti yang terdiri dari proton dan neutron serta dikelilingi oleh elektron. Nama "atom" berasal dari kata "atomos" diperkenalkan oleh Democritus yang artinya tidak dapat dibagi lagi.

1. Teori John Dalton (1803)

Menurut John Dalton Atom merupakan bola pejal

- John Dalton mengungkapkan bahwa : 

a. Atom adalah bagian terkecil dari suatu zat. 

b. Atom berbentuk bola sederhana yang sangat kecil, tidak dapat dibelah, diciptakan ataupun dimusnahkan. 

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

d. Atom sejenis memiliki sifat yang sama dalam segala hal, sedangkan atom yang berbeda memiliki sifat yang berbeda. 

e. Reaksi kimia terjadi karena adanya penggabungan dan pemisahan atom-atom. 

f. Bila atom-atom bergabung akan membentuk molekul. Bila atom-atom yang bergabung sama akan terbentuk molekul unsur,     sedangkan bila atom-atom yang bergabung berbeda akan terbentuk molekul senyawa.

- Kelemahan teori atom Dalton

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)

2. Teori Thomsom (1897)

       J.J Thomson melakukan percobaan dengan menggunakan tabung katoda. Dia menemukan bahwa apabila tabung katoda di beri tegangan tinggi maka suatu “sinar” yang dia sebut sebagai “sinar katoda” akan dihasilkan.

Disebabkan sinar ini muncul pada elektroda negative dan sinar ini enolak kutub negative dari medan listrik yang diaplikasikan ke tabung katoda maka Thomson menyatakan bahwa sinar katoda tersebut tak lain adalah aliran partikel bermuatan negative yang dikemudian hari disebut sebagai elektron. Dengan mengganti katoda menggunakan berbagai macam logam maka Thomson tetap menghasilkan jenis sinar yang sama.

Berdasarkan hal ini maka Thomson menyatakan bahwa setiap atom pasti memiliki elektron, disebabkan atom bersifat netral maka dalam atom juga harus mengandung sejumlah muatan positif. Sehingga dia menyatakan bahwa:

“Atom terdiri dari awan bermuatan positif yang terdistribusi sedemikian rupa dengan muatan negative tersebar secara random di dalamnya” 

Model atom ini kemudian disebut sebagai “plum pudding model” yang di Indonesia lebih dikenal sebagai model roti kismis.

- Kelebihan

Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif pada atom

- Kelemahan 

Tidak dapat menyebutkan susunan muatan positif dan negatif di dalam suatu atom

3. Teori Rutherford (1910)

      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 kesmipulan beberapa berikut:

a. Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan
b. Jika lempeng emas itu dianggap sebagai satu lapisan-lapisan atom emas, maka di dalam emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif
c. 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.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.
- 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.

4. Teori Niels Bohr (1913)

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:

    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
- Kelebihan
atom Bohr adalah bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat berpindahnya elektron.

·     - Kelemahan
model atom ini adalah tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek Strack

5. Teori Mekanika Kuantum (1926)

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 keboleh jadian 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.

- Kelebihan 
a. Mengetahui dimana posisi elektron yang sedang mengorbit 
b. Bisa ngukur perpindahan energi eksitasi dan emisinya
c. Bisa teridentifikasi kalau di inti terdapat proton dan netron kemudian dikelilingi oleh elektron yang berputar diporosnya/ di orbitalnya 
- KelemahanPersamaan gelombang Schrodinger hanya dapat diterapkan secara eksak untuk partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal.