Group2 Kimia Komputasi: Atom

ATOM

1. Pengertian Atom dan sejarahnya

Pada 1808, menyatakan bahwa atom adalah partikel kecil yang tidak dapat dibagi lagi. Teori atom Dalton bertahan hingga ditemukannnya partikel dasar penyusun atom pada 1896. Penelitian tentang partikel dasar penyusun atom dilakukan oleh J.J Thomson, Ernest Rutherford, Robert Milikan, dan James Chadwick. Suatu atom tersusun atas tiga partikel yaitu, proton, neutron, dan elektron. Proton dan neutron terletak di inti atom, sedangkan elektron bergerak mengelilingi inti atom. Atom adalah suatu satuan dasar materi, yang terdiri atas inti atom serta awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom terdiri atas proton yang bermuatan positif, dan neutron yang bermuatan netral ( kecuali pada inti atom Hidrogen-1, yang tidak memiliki neutron ). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom oleh gaya elektromagnetik. Sekumpulan atom demikian pula dapat berikatan satu sama lainnya, dan membentuk sebuah molekul. Atom yang mengandung jumlah proton dan elektron yang sama bersifat netral, sedangkan yang mengandung jumlah proton dan elektron yang berbeda bersifat positif atau negatif dan disebut sebagai ion. Atom dikelompokkan berdasarkan jumlah proton dan neutron yang terdapat pada inti atom tersebut. Jumlah proton pada atom menentukan unsur kimia atom tersebut, dan jumlah neutron menentukan isotop unsur tersebut. Pada tahun1803, John Dalton menggunakan konsep atom untuk menjelaskan mengapa unsur-unsur selalu bereaksi dalam perbandingan yang bulat dan tetap, serta mengapa gas-gas tertentu lebih larut dalam air dibandingkan dengan gas-gas lainnya. Ia mengajukan pendapat bahwa setiap unsur mengandung atom-atom tunggal unik, dan atom-atom tersebut selanjutnya dapat bergabung untuk membentuk senyawa-senyawa kimia. Teori partikel ini kemudian dikonfirmasikan lebih jauh lagi pada tahun 1827, yaitu ketika botaniwan Robert Brown menggunakan mikroskop untuk mengamati debu-debu yang mengambang di atas air dan menemukan bahwa debu-debu tersebut bergerak secara acak. Fenomena ini kemudian dikenal sebagai "GerakBrown". Pada tahun 1877, J.Desaul mengajukan pendapat bahwa fenomena ini disebabkan oleh gerak termal molekul air, dan pada tahun 1905 Albert Einstein membuat analisis matematika terhadap gerak ini. Fisikawan Perancis Jean Perrin kemudian menggunakan hasil kerja Einstein untuk menentukan massa dan dimensi atom secara eksperimen, yang kemudian dengan pasti menjadi verifikasi atas teori atom Dalton. Berdasarkan hasil penelitiannya terhadap sinar katoda, pada tahun 1897 J.J.Thomson menemukan elektron dan sifat-sifat subatomik nya. Hal ini meruntuhkan konsep atom sebagai satuan yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Thomson percaya bahwa elektron-elektron terdistribusi secara merata di seluruh atom, dan muatan-muatannya diseimbangkan oleh keberadaan lautan muatan positif (model puding prem). Namun pada tahun 1909, para peneliti di bawah arahan Ernest Rutherford menembakkan ion helium ke lembaran tipis emas, dan menemukan bahwa sebagian kecil ion tersebut dipantulkan dengan sudut pantulan yang lebih tajam dari yang apa yang diprediksikan oleh teori Thomson. Rutherford kemudian mengajukan pendapat bahwa muatan positif suatu atom dan kebanyakan massa nya terkonsentrasi pada inti atom, dengan elektron yang mengitari inti atom seperti planet mengitari matahari. Muatan positif ion helium yang melewati inti padat ini haruslah dipantulkan dengan sudut pantulan yang lebih tajam. Pada tahun 1913, ketika bereksperimen dengan hasil proses peluruhan radio aktif, Frederick Soddy. Istilah isotop kemudian diciptakan oleh Margaret Todd sebagai nama yang tepat untuk atom-atom yang berbeda namun merupakan satu unsur yang sama. J.J.Thomson selanjutnya menemukan teknik untuk memisahkan jenis-jenis atom tersebut melalui hasil kerjanya pada gas yang terionisasi menemukan bahwa terdapat lebih dari satu jenis atom pada setiap posisi tabel periodik.

Atom merupakan bagian terkecil dari suatu unsur. Atom merupakan bola pejal yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Atom suatu unsur sama dalam segala hal tetapi berbeda dengan atom unsur lain. Atom tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Dalam reaksi kimia terjadi penggabungan atau pemisahan atom-atom.

2. Teori dan Model Atom Thomson (1897)

Pada tahun 1897 Joseph John Thomson seorang ahli fisika Inggris melakukan eksperimen terhadap sinar katoda, sinar terusan dan tetesan minyak. Ia menemukan partikel subatom bermuatan negatif yang disebut elektron. Penemuan ini menggugurkan model atom Dalton tentang partikel terkecil, karena di dalam atom ternyata masih ada partikel-partikel. Sehingga dari eksperimen nya diperoleh kesimpulan bahwa :

Atom adalah bola yang bermuatan positif, pada tempat-tempat tertentu tersebar elektron. Atom bersifat netral yaitu muatan positif sama dengan muatan negatif ( model Atom Thomson diibaratkan seperti sebuah butiran kismis dalam sebuah roti. Dimana butiran kismis sebagai analogi elektron dan roti sebagai analogi atom ( bermuatan positif ).

3. Teori dan Model Atom Rutherford ( 1913 )

Ernest Rutherford merupakan salah seorang murid Thomson. Ia menemukan inti atom yang memiliki jari-jari jauh lebih kecil dibandingkan jari-jari atomnya.

Penemuan inti ini menggugurkan modelatom Thomson. Dari hasil penghamburan sinar alfa pada lempeng logam tipis emas, Rutherford mengemukakan teori atomnya sebagai berikut :

· Massa atom dan muatan positif nya terpusat pada inti atom ( berada jauh di dalam atom ) dan elektron beredar mengelilingi inti pada kulitnya.

· Sebagian besar dari atom merupakan ruang kosong.

· Jumlah muatan positif dalam inti atom sama dengan jumlah muatan negatif ( karena atom sifat netral ).

Permasalahan lintasan elektron yang digambarkan oleh Rutherford adalah bagaimana pengaruh gaya tarik elektrostatis elektron yang bermuatan negatif dan inti atom yang bermuatan positif.

Nucleus : inti atom

Electrons : partikel bermuatan negatif

Menurut Maxwell, jika elektron bergerak mengelilingi inti atom, elektron akan kehilangan energi akibat pancaran gelombang elektromagnetik dari suatu muatan yang berputar. Hal tersebut menyebabkan elektron bergerak dengan lintasan yang semakin dekat ke inti, menyerupai bentuk spiral, dan akhirnya jatuh ke inti.

4. Teori dan Model Atom Bohr (1913)

Penyempurnaan model atom Rutherford yang berkaitan dengan lintasan elektron dilakukan oleh murid Rutherford sendiri. Ia bernama Niels Bohr. Berdasarkan eksperimen spektrum atom hidrogen, Bohr mengemukakan teori atomnya sebagai berikut :

· Dalam atom terdapat lintasan (orbit) elektron dengan tingkat energi tertentu.

· Dalam lintasan ( tempat elektron beredar mengelilingi inti ), elektron tidak menyerap maupun melepas energi(stabil).Lintasan itu disebut juga kulit atom. Kulit atom adalah orbit berbentuk lingkaran dengan jari-jari tertentu. Tiap lintasan ditandai dengan satu bilangan bulat yang disebut bilangan kuantum.

· Bilangan kuantum utama ( n ) atau lintasan kesatu harganya n = 1 disebut kulit K.

· Bilangan kuantum kedua atau lintasan kedua harga nya n = 2 disebut kulit L, dan seterusnya.

· Perpindahan elektron dapat terjadi dengan cara :

o Menyerap energi sehingga elektron tersebut berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi atau lintasan yang lebih luar.

o Membebaskan energi sehingga elektron tersebut berpindah ketingkat energi yang lebih rendah satu lintasan yang lebih dalam.

Energi yang dibebaskan saat elektron berpindah ketigkat energi yang lebih rendah dapat diamati sebagai pancaran cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Ternyata model atom Bohr masih kurang sempurna. Akantetapi, kontstribusi teorinya cukup besar dan sangat berguna dalam menentukan konfigurasi elektron dalam tingkat energi suatu atom. Spektrum cahaya atau gelombang elektromagnetik pada atom hidrogen dijadikan bukti oleh Bohr untuk mendukung model atomnya.

5.Teori dan Model Atom Kuantum

Model atom mekanika kuantum atau model atom mutakhir (1927) yang dikembangkan oleh Erwin Schrodinger menggambarkan pergerakan dan kedudukan elektron dalam suatu atom. Model atom mekanika kuantum inilah yang kini diterima oleh para ahli. Model atom ini didasarkan pada :

· Azas ketidakpastian dari Warner Heisenberg : “ Kedudukan elektron dalam suatu atom tidak dapat ditentukan secara pasti, yang dapat ditentukan hanyalah kebolehjadian ditemukannya elektron pada suatu posisi tertentu, dan lintasan elektron bukan merupakan sebuah garis yang pasti, melainkan sebuah ruang. ”

· Sifat dualisme ( Azas Louis de Broglie ) :“ Bahwa elektron bukan hanya sebagai partikel, melainkan dapat juga dipandang sebagai gelombang dan lintasannya berupa gelombang pula.”

Selanjutnya, Erwin Schrodinger berhasil merumuskan persamaan gelombang gerkan elektron dalam suatu atom . Persamaan gelombang tersebut merupakan persamaan matematika yang bukan lagi berupa fungsi garis (seperti lingkaran), melainkan fungsi suatu ruang tiga dimensi ( misalnya, bola) .

Elektron boleh jadi berpeluang berada atau ditemukan didalam ruang tersebut . Ruang ini dinamakan orbital , bentuknya bervariasi sesuai persamaan matematikanya.

Sehingga berdasarkan eksperimen diatas, maka model atom modern dapat diuraikan sebagai berikut :

· Atom terdiri dari inti atom yang mengandung proton, neutron, dan elektron-elektron yang bergerak mengelilingi inti atom pada orbital- orbital tertentu yang membentuk kulit atom.

· Orbital adalah suatu ruang tempat peluang elektron dapat ditemukan.

· Kedudukan elektron pada orbital-orbitalnya dinyatakan dengan bilangan kuantum.