Model Atom Disampaikan pada: Perkuliahan Fisika Modern 2 Oleh Dr. Nyoto Suseno, M.Si. Arif Rahman Aththibby, M.Pd.Si

Model Atom Beberapa tahun sebelum Masehi para ahli filsafat Yunani telah mengutarakan gagasan  tentang  partikel materi, yaitu bahwa materi terdiri dari partikel-partikel yang tak terbagi-bagi lagi yang dinamakan atom (atomos = tak terbagi). Namun demikian teori tentang atom tersebut hanya merupakan spekulasi filsafat saja dan pengertiannya masih sangat kabur.  Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi (iptek), pemahaman para ahli tentang atom juga mengalami perkembangan.

Model Atom John Dalton Model atom Dalton adalah gagasan tentang partikel materi. Dalton merupakan orang pertama yang secara ilmiah menyatakan bahwa materi terdiri atas partikel, yang disebutnya sebagai atom.  Pokok-pokok teori Dalton adalah sebagai berikut : Bagian terkecil suatu unsur adalah atom. Atom adalah suatu partikel yang pejal, keras, tak dapat ditembus  tak dapat terbagi lagi, tak dapat diubah  menjadi zat lain, tak dapat diciptakan dan tak dapat dimusnahkan. Atom-atom sejenis mempunyai sifat-sifat kimia dan sifat-sifat fisika yang sama. Atom-atom berbeda jenis mempunyai sifat-sifat kimia dan sifat-sifat fisika yang berbeda. Suatu reaksi kimia adalah perubahan susunan atom dari zat-zat dalam reaksi itu.

Kelebihan dan Kekurangan Model Atom Dalton Kelebihan teori atom Dalton Teori atom Dalton dapat menjelaskan dua hukum dasar ilmu kimia (Hukum Kekekalan Massa dan Hukum Perbandingan Tetap). Kelemahan teori atom Dalton Teori atom Dalton tak dapat menjelaskan kenapa pada reaksi pembentukan air, dua  atom Hidrogen harus bergabung dengan satu atom Oksigen, sedangkan pada pembentukan Hidrogen Klorida diperlukan masing-masing satu atom Hidrogen dan satu atom Klorida. Teori atom Dalton juga tak dapat menjelaskan mengapa senyawa-senyawa ionik terdiri dari ion-ion. Gambar1. Model atom Dalton

Model Atom Joseph John Thomson Menurut J.J. Thomson , atom terdiri dari materi bermuatan positif dan didalamnya  tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis. J.J. Thomson menemukan  elektron melalui percobaan dengan tabung sinar katode.   Gambar 2. Model atom Thomson Setelah ternyata bahwa elektron-elektron  adalah partikel dengan muatan listrik negatif dan dengan massa yang jauh lebih kecil dari pada seperseribu massa 1 atom Hidrogen  dan bahwa logam-logam dengan pengaruh sinar UV (panas) dapat juga membebaskan elektron-elektron , maka dapat disimpulkan bahwa elektron-elektron adalah partikel-partikel yang berasal dari atom atau partikel-partikel pembentuk atom.

Kelebihan dan Kekurangan Model Atom Thomson Pokok-pokok teori Thomson adalah sebagai berikut : Atom merupakan bola yang bermuatan positif dan pada tempat tertentu elektron bermuatan negatif tersebar bagaikan kismis pada roti kismis. Secara keseluruhan atom bersifat netral, yaitu jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif.  Kelebihan teori atom Thomson Mengemukakan model atom yang menyerupai  roti kismis. Kelemahan teori atom Thomson Model atom dari Thomson tidak dapat dipertahankan sebab bertentangan dengan hasil  percobaan dari Geiger dan Marsden. Pada percobaan itu sinar alfa (inti Helium) dijatuhkan pada lembaran tipis suatu logam (metafoil) dan hasilnya sebagian besar sinar itu diteruskan dengan lurus, sebagian kecil dibelokkan dengan kuat dan sebagian kecil lainnya dipantulkan kembali. Jika model atom Thomson benar, maka semua sinar alfa harus dibelokkan dengan sudut penyimpangan yang berbeda-beda.

Model Atom Ernest Rutherford Berdasarkan hasil ekspresimennya Rutherford  menyatakan bahwa atom terdiri dari ruang hampa yang didalamnya terdapat inti atom yang bermuatan positif dan netron yang tak bermuatan. Elektron tersebar dalam atom dan bergerak mengelilingi inti seperti halnya planet mengelilingi matahari. Massa atom terpusat pada inti atom. Gambar 3. Model atom Rutherford Elektron beredar mengitari inti pada jarak yang relatif sangat jauh. Lintasan elektron itu disebut kulit atom. Jarak dari inti hingga kulit atom disebut jari-jari atom. Pokok-pokok teori atom Rutherford adalah sebagi berikut : Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan elektron yang bemuatan negatif yang mengelilingi inti atom. Atom bersifat netral. Ukuran jari-jari atom 10 -8 cm dan inti atom 10 -13 cm.

Kelebihan dan Kekurangan Model Atom Rutherford Kelebihan teori atom  Rutherford Rutherford dapat menjelaskan penghamburan sinar alfa sesuai dengan hasil percobaan Geiger dan Marsden. Jika seberkas sinar alfa dipancarkan pada sehelai logam yang tipis, maka akan terjadi : Sebagian besar dapat menembus dengan lurus karena praktis tak terpengaruh oleh elektron-elektron. Sebagian kecil dipantulkan kembali karena tepat bertumbukan dengan inti atom. Sebagian kecil masih dapat menembus tetapi dibelokkan karena lintasannya terlalu dekat dengan inti atom sehingga terpengaruh oleh gaya tolak. Kelemahan teori atom Rutherford Belum dapat menjelaskan bagaimana elektron-elektron tersusun di sekeliling inti atom tidak pernah jatuh ke inti. Belum dapat  menjelaskan tentang kestabilan suatu atom dan adanya garis-garis spektrum yang tajam (spektrum diskontinu) yang dipancarkan oleh atom-atom yang diaktifkan (excited).

Model Atom Niels Bohr Postulat Bohr: Atom Hidrogen terdiri dari sebuah elektron yang beregrak dalam suatu lintas edar berbentuk lingkaran mengelilingi inti atom, gerak elektron tersebut dipengaruhi oleh gaya tarik coloumb sesuai kaidah mekanika klasik Lintas edar elektron dalam atom hidrogen yang mantap, hanyalah yang mempunyai harga momentum angular L yang merupakan kelipatan dari tetapan planck dibagi 2π Dalam lintas edar yang mantap, elektron yang mengelilingi inti atom tidak memancarkan energi elektromagnet Energi dipancarkan oleh sistem atom, apabila suatu elektron yang melintasi orbit mantap dengan energi Ei, secara tak sinambung pindah kesuatu orbit mantap lainnya berenergi Ef; pancaran energi memiliki frekuensi v yang besarnya sama dengan

Kelebihan dan Kekurangan Model Atom Bohr Kelebihan teori atom Bohr: Hitungan teoritis dari Bohr tentang bilangan  gelombang garis-garis spektrum atom Hidrogen yang diaktifkan (excited) sesuai dengan hasil eksperimen dari Balmer, Lyman, Paschen, dan Brackett. Gambar 5. model atom bohr Kelemahan teori tom Bohr Percobaan garis-garis spektrum mengalami kegagalan pada atom yang berisi lebih dari satu elektron. Teori Bohr bertentangan dengan azas ketidakpastian Heisenberg yang menyatakan bahwa posisi suatu orbit dan kecepatan elektron di dalamnya tidak mungkin ditetapkan dengan pasti.

Gambar 6. Garis spektral berasal dari transisi antara tingkat energi. Deret Spektral Pada akhir abad ke-19 ditemukan bahwa panjang gelombang yang terdapat pada spektrum atomik jatuh pada kumpulan tertentu yang disebut deret spektral Deret balmer hanya berisi panjang gelombang bagian tampak dari spektrum hidrogen. Kuantitas R dikenal sebagai tetapan Rydberg R = 1,097 x 107 m-1 = 0,01097 nm Gambar 6. Garis spektral berasal dari transisi antara tingkat energi.

Gambar 5. model atom bohr dan spektral energi yang mengisinya. Deret Spektral Garis spektral hidrogen dalam daerah ultra ungu terdapat deret lyman Pada daerah infra merah terdapat deret paschen Deret brackett Deret pfund Gambar 5. model atom bohr dan spektral energi yang mengisinya.

Model Atom Sommerfeld Sommerfeld menetapkan bahwa orbit-orbit elektron tidak hanya berbentuk lingkaran tetapi mungkin juga berbentuk elips dan bentuk lingkaran itu hanyalah suatu bentuk khusus dari pada elips. Dalam gerakan suatu elektron mengelilingi inti atom, maka gerakan itu akan terganggu oleh pengaruh muatan positif inti atom , sehingga berbentuk elips. Kecepatan elektron adalah terbesar pada posisi terdekat   dari inti atom dan terkecil bila terjauh dari inti atom.  Kecepatan yang terus-menerus  berubah itu menyebabkan massa efektif dari elektron juga berubah-ubah dan ini semua mengakibatkan  orbit elektron bergeser. Pergeseran orbit menyebabkan energi  dari elektron agak berubah sehingga  terjadi stuktur lembut pada spektrumnya.

Gambar 7. bentuk orbit atom. Model Atom Sommerfeld Akibat-akibat modifikasi teori Bohr oleh Sommerfeld: Orbit-orbit stasioner dari Bohr (tingkatan energi) masih terbagi lagi atas beberapa sub level yang masing-masing energinya berselisih sedikit karena perbedaan bentuk orbit. Adanya orbit-orbit elektron yang saling berpenetrasi Gambar 7. bentuk orbit atom.

Gambar distribusi kerapatan peluang elektron untuk beberapa keadaan energi

Interaksi Inti di Alam Foton Bosons Vektor Madya Gluon dan Meson Interaksi Elektromagnet: Berperan dalam interaksi antar partikel bermuatan, misalnya elektron dan proton dalam atom. Interaksi Lemah: Berperan dalam proses peluruhan radioaktif. Interaksi Kuat: berperan dalam mengikat Neutron dan Proton dalam inti atom. Interaksi gravitasi: Berperan dalam membentuk galaksi, tata surya dan bumi. Foton Bosons Vektor Madya Gluon dan Meson Graviton