struktur atom

1. A.         PENDAHULUAN

D

alam modul ini Anda akan mempelajari beberapa teori atom dan perkembangan sistem periodik unsur. Seperti kita ketahui bahwa semua benda di alam ini tentunya dibentuk dari partikel-partikel yang amat kecil yang disebut atom. Pada perkembangannya ternyata atom bukanlah partikel yang paling kecil sebagai pembentuk suatu benda atau senyawa, akan tetapi atom terbentuk dari partikel-partikel dasar yang lebih kecil lagi. Dalam modul ini pula Anda akan dapat membandingkan beberapa pendapat para ahli tentang struktur atom.

Dari sekian banyak unsur yang ada, tentu orang akan mengalami kesulitan bila mempelajari sifat-sifat unsur tersebut. Untuk memudahkan, maka beberapa ahli mengelompokkan unsur-unsur tersebut. Pertama-tama dilakukan pengelompokan secara sederhana yaitu berdasarkan sifat kelogaman, selanjutnya pengelompokan berdasarkan kenaikan massa atomnya. Pengelompokan tersebut ternyata terdapat banyak kelemahan, akhirnya pengelompokan unsur-unsur dilakukan berdasarkan kenaikan nomor atom. Pengelompokan ini merupakan suatu kemajuan yang pesat, karena dapat mengkaitkan dengan sifat kimia, sifat fisika, dan massa unsur sekalipun masih terdapat sedikit kelemahan.

PERKEMBANGAN MODEL ATOM

1. 1.       Model Atom Dalton

Masa modern kimia diawali sejak proposal John Dalton tentang teori atom dalam bukunya “New system of chemical philosophy” 1808. Jauh sebelum Dalton sebenarnya beberapa teori telah diajukan oleh ilmuwan Yunani Leucippos yang dilanjutkan oleh Democritos pada abad ketiga sebelum Masehi. Akan tetapi teori Dalton ini sangat melengkapi dan lebih cocok, sehingga teori ini mampu menumbuhkan ilmu kimia.

Pada tahun 1808, John Dalton seorang ahli kimia bangsa Inggris mengemukakan gagasannya tentang atom sebagai partikel penyusun materi. Menurut teori atom Dalton:

1. Atom merupakan partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi.
2. Atom suatu unsur yang sama mempunyai bobot yang sama, sedang unsur yang berbeda atomnya akan berbeda pula, yang berarti mempunyai bobot berbeda.
3. Senyawa dikatakan sebagai hasil dari penggabungan atom-atom yang tidak sama dengan perbandingan bobot yang proporsional dengan bobot atom yang bergabung itu.
4. Reaksi kimia hanya melibatkan penataulangan atom-atom sehingga tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia.

 Kata atom sebenarnya berasal dari bahasa Latin atomos, yang berarti tidak terbelahkan.

1. 2.       Model Atom Thomson

Penemuan elektron atas jasa J. J Thomson dan R. Millikan pada tahun-tahun pertama abad ke-20 memberikan bukti ketidaksempurnaan model atom Dalton. J.J Thomson merinci model atom Dalton yang mengemukakan, bahwa di dalam atom terdapat elektron-elektron yang tersebar secara merata dalam “bola” bermuatan positip. Keadaannya mirip roti kismis. Kismis (diumpamakan sebagai elektron) tersebar dalam seluruh bagian dari roti (diumpamakan sebagai bola bermuatan positip).

1. 3.        Model Atom Rutherford dan Kelemahannya

Rutherford mengajukan teori atomnya, yaitu :

1. Sebagian besar atom berupa ruang kosong, sehingga semua massa atom terpusat pada inti atom yang sangat kecil.
2. Atom disusun dari :

• Inti atom yang bermuatan positip.
• Elektron-elektron yang bermuatan negatif yang mengelilingi inti atom.

1. Seluruh proton terpusat di dalam inti atom.
2. Banyaknya proton di dalam inti sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi inti atom, sehingga atom bersifat netral.

Dari teorinya, Rutherford memodelkan atom sebagaimana pada sistem tata surya, yaitu elektron-elektron bergerak mengelilingi inti atom seperti planet-planet mengitari matahari. Sebagai contoh, atom hidrogen mempunyai inti yang bermuatan +1, maka muatan ini diimbangi oleh 1 elektron yang mengitari inti.

Satu keberatan dari postulat Rutherford adalah selama elektron bergerak dalam suatu orbit, maka ada percepatan menuju ke pusat, elektron ini secara kontinyu mengemisikan radiasi dan secara berangsur-angsur akan melepaskan energi yang akhirnya akan jatuh ke dalam inti.

Hal ini adalah tidak mungkin terjadi karena atom itu stabil lagi pula model ini tidak dapat memperoleh data dari penelitian spektrum atom unsur-unsur.

1. 4.       Model Atom Bohr

Tahun 1913, Niels Bohr mengusulkan suatu model atom yang dapat dijelaskan melalui spektra hidrogen. Ia menerima konsep ini seperti yang diusulkan oleh Rutherford,akan tetapi dengan menerapkan teori kuantum radiasi seperti yang dikembangkan oleh Planck dan Einstein dalam menerangkan sifat-sifat sistem planet elektron.

Postulat Bohr berbunyi:

1. Elektron dalam suatu atom bergerak mengitari sekeliling inti pada orbit tertentu. Setiap orbit mempunyai tingkat energi tertentu dan energi suatu elektron adalah tetap selama berada pada orbitnya. Elektron yang berada pada tingkat ini disebut tingkat stasioner dan setiap tingkat energi dinamakan tingkat energi atau kulit. Elektron pada tingkat energi ini tidak meradiasikan energi.
2. Emisi dan absorpsi energi dalam bentuk radiasi hanya dapat dihasilkan jika suatu elektron pindah dari tingkat stasioner ke tingkat lainnya.
3. Energi tidak diemisikan atau diabsorpsi secara pelan-pelan, tetapi dalam satuan/paket h.u (disebut kuantum), dengan h adalah tetapan Planck dan u adalah frekuensi energi yang diradiasikan.
4. Lebih jauh tingkat energi dari inti, maka lebih besar pula energinya. Energi diabsorpsi bila elektron melompat dari orbit bagian dalam ke orbit yang lebih luar. Energi akan diemisikan bila elektron bergerak dari orbit yang luar ke orbit yang lebih dalam. Besarnya kuantum yang diemisikan atau diabsorpsikan dapat ditentukan dari tingkat energi elektron mula-mula dan tingkat akhir setelah mencapai keadaan stasioner. Bila E2 dan E1 masing-masing adalah tingkat energi awal dan akhir, sedang ? adalah frekuensi maka :
5. å E = E1 –  E2  = h.u
6. Energi yang ada pada setiap orbit dipengaruhi oleh kondisi di mana momentum anguler (m.u.r) elektron yang bergerak dalam orbitnya mempunyai nilai tertentu yang secara sederhana merupakan kelipatan dari h/2u. Dengan m = massa elektron, u = kecepatan, r = jari-jari orbit, h = tetapan Planck, dan n = orbit yang ditempati elektron (1, 2, 3, …… atau sesuai huruf K, L, M, … …. ).
7. 5.       Model Atom Mekanika Gelombang

Pada tahun 1924, Louis de Broglie ahli fisika Prancis pemenang hadiah Nobel tahun 1929, menyimpulkan bahwa elektron dalam atom dapat dipandang sebagai partikel dan gelombang. Sebagai akibat dualistis sifat elektron, Heisenberg pemenang hadiah nobel untuk bidang fisika tahun 1926 mengemukakan azas ketidakpastian, yakni tidak mungkin mengetahui secara bersamaan kedudukan dan kecepatan gerak elektron.

Dengan alasan ini lintasan elektron yang digambarkan Bohr tidak mungkin ada. Yang dapat dikatakan adalah elektron dalam atom mempunyai kebolehjadian ditemukan dalam ruang-ruang tertentu dalam atom yang disebut orbital. Gagasan bahwa elektron berada dalam orbital-orbital di seputar inti atom merupakan model atom yang mutakhir.

Pada tahun 1926, Erwin Schrodinger seorang ahli fisika Austria pemenang hadiah nobel untuk bidang fisika tahun 1933, berhasil merumuskan persamaan gelombang untuk menggambarkan gerakan elektron dalam atom. Energi dan bangun ruang orbital-orbital sebagaimana yang telah kita pelajari, diturunkan berdasarkan perhitungan dengan menggunakan persamaan gelombang Schrodinger.

RANGKUMAN

v    Menurut teori atom Dalton :

1. Atom merupakan partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi.
2. Atom suatu unsur yang sama mempunyai bobot yang sama, sedang unsur yang berbeda atomnya akan berbeda pula, yang berarti mempunyai bobot berbeda.
3. Senyawa dikatakan sebagai hasil dari penggabungan atom-atom yang tidak sama dengan perbandingan bobot yang proporsional dengan bobot atom yang bergabung itu.
4. Reaksi kimia hanya melibatkan penataulangan atom-atom sehingga tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia.

v   Menurut J. J. Thomson: Bahwa di dalam atom terdapat elektron-elektron yang tersebar secara merata dalam “bola” bermuatan positip. Keadaannya mirip roti kismis.

v   Teori atom Rutherford:

1. Atom disusun dari :

• Inti atom yang bermuatan positip.
• Elektron-elektron yang bermuatan negatif yang mengelilingi inti atom.

1. Dalam atom yang netral, banyaknya inti atom yang bermuatan positip sama dengan banyaknya elektron.

v   Postulat Bohr tentang atom :

1. Elektron dalam suatu atom bergerak mengitari sekeliling inti pada orbit/tingkat energi tertentu.
2. Lebih jauh tingkat energi dari inti, maka lebih besar pula energinya.
3. Energi akan diemisikan bila elektron bergerak dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah.
4. Energi akan diabsorpsi bila elektron bergerak dari tingkat energi rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi.
5. Energi tidak diemisikan atau diabsorpsi secara pelan-pelan, tetapi dalam satuan/paket h?(disebut kuantum).

v   Model Atom Mekanika Gelombang

1. Bahwa elektron dalam atom sebagai partikel dan gelombang.
2. Heisenberg mengemukakan azas ketidakpastian, yakni tidak mungkin mengetahui secara bersamaan kedudukan dan kecepatan gerak elektron.
3. c.       Jadi elektron dalam atom mempunyai kebolehjadian ditemukan dalam ruang-ruang tertentu dalam atom yang disebut orbital. 

 EVALUASI 1

1. Jelaskan kelemahan teori atom Thomson dan Rutherford
2. Sebutkan kelebihan dan kekurangan teori atom Bohr!

KUNCI JAWABAN EVALUASI 1

Kelemahan model atom Thomson

Belum dapat menggambarkan letak dan lintasan elektron

Kelemahan model atom Rutherford

Tidak dapat menrangkan mengapa elektron tidak jatuh ke inti, sedangkan menurut teori fisika klasik jika elektron mengelilingi inti yang muatannya berlawanan, elektron akan kelilangan energi sehingga jatuh ke inti.

1. 1.         Kelebihan : Adanya tingkat energi/lintasan bagi elektron, dapat menjelaskan emisi dan absorpsi energi dan dapat mengetahui jari-jari atom hidrogen dan ion sejenisnya,

Kelemahan : Tingkat energi masih bisa dibagi lagi menjadi beberapa sub tingkat energi, hanya cocok untuk atom/ion berelektron satu