TEORI ATOM

DEFINISI ATOM Salah satu konsep ilmiah tertua adalah bahwa semua materi dapat dipecah menjadi zarah (partikel) terkecil, dimana partikel-partikel itu tidak bisa dibagi lebih lanjut. A : Tidak, Tomos : memotong. Dinamakan atom karena dianggap tidak dapat dipecah lagi

Perkembangan Teori Atom Perkembangan konsep atom-atom secara ilmiah dimulai oleh John Dalton (1805), kemudian dilanjutkan oleh Thomson (1897), Rutherford (1911) dan disempurnakan oleh Bohr (1914). Gambaran susunan partikel-partikel dasar dalam atom disebut model atom.

Teori Atom Dalton (1743 – 1844) Pencetus teori atom modern. Teorinya dilandasi oleh kejadian kimiawi dan data kuantitatif. Teori Dalton ditunjang juga oleh 2 percobaan (oleh Lavoisier dan Prost) dan 2 hukum alam (Kekekalan massa dan Perbandingan tetap)

Percobaan Lavoisier Mula-mula tinggi cairan merkuri dalam wadah yang berisi udara adalah A, tetapi setelah beberapa hari merkuri naik ke B dan ketinggian ini tetap. Beda tinggi A dan B menyatakan volume udara yang digunakan oleh merkuri dalam pembentukan bubuk merah (merkuri oksida). Untuk menguji fakta ini, Lavoisier mengumpulkan merkuri oksida, kemudian dipanaskan lagi. Bubuk merah ini akan terurai menjadi cairan merkuri dan sejumlah volume gas (oksigen) yang jumlahnya sama dengan udara yang dibutuhkan dalam percobaan pertama.

Hukum Kekekalan Massa Massa bahan keseluruhan setelah reaksi kimia sama dengan sebelum reaksi

Percobaan Joseph Proust Pada tahun 1799 Proust menemukan bahwa senyawa tembaga karbonat baik yang dihasilkan melalui sintesis di laboratorium maupun yang diperoleh di alam memiliki susunan yang tetap. Percobaan ke- Sebelum pemanasan (g Mg) Setelah pemanasan (g MgO) Perbandingan Mg/MgO 1 0,62 1,02 0,62/1,02 = 0,61 2 0,48 0,79 0,48/0,79 = 0,60 3 0,36 0,60 0,36/0,60 = 0,60

3 Asumsi Dasar Teori Dalton Tiap unsur kimia tersusun oleh partikel-partikel kecil yang tidak bisa dihancurkan dan dibagi, yang disebut atom. Selama perubahan kimia, atom tidak bisa diciptakan dan juga tidak bisa dimusnahkan Semua atom dari suatu unsur mempunyai massa (berat) dan sifat yang sama, tetapi atom-atom dari suatu unsur berbeda dengan atom dari unsur yang lain, baik massa (berat) maupun sifat-sifatnya berlainan. Dalam senyawa kimiawi, atom-atom dari unsur yang berlainan melakukan ikatan dengan perbandingan numerik yang sederhana : Misalnya satu atom A dan satu atom B (AB) satu atom A dan dua atom B (AB2).

Hukum Perbandingan Berganda Bila dua unsur membentuk lebih dari satu senyawa, perban-dingan massa dari unsur pertama dengan unsur kedua meru-pakan bilangan yang sederhana. Etilena C H Metana H C H BA =5 BA =1 BA =1 BA =5 BA =1 Per gram hidrogen dalam gas etilena terdapat 5 gram karbon, jadi

Per gram hidrogen dalam gas metana terdapat 2,5 gram karbon, jadi Dalton meneliti bahwa hidrogen pada gas metana adalah dua kali dari hidrogen yang terdapat pada gas etilena. Ia menyatakan bahwa rumus gas metana adalah H2 dan etilena CH (Rumus yang benar berdasarkan pengetahuan sekarang adalah CH4 dan C2H4).

Model Atom Dalton Teori John Dalton (1766-1844) adalah sebagai berikut. a. Atom merupakan materi yang terkecil yang tidak dapat dibagi-bagi. b. Atom suatu unsur tidak dapat berubah menjadi unsur lain. (atom tembaga tidak dapat berubah menjadi atom aluminium dan sebaliknya. c. Dua atom atau lebih yang berasal dari unsur-unsur yang berlainan, dapat bersenyawa membentuk molekul. Misalnya atom hidrogen dan oksigen membentuk molekul air (H2O). d. Atom-atom yang bersenyawa dalam molekul memiliki perbandingan tertentu dan jumlah keseluruhan yang tetap. Jumlah massa sebelum reaksi dan sesudah reaksi adalah sama. e. Jika dua atom membentuk dua senyawa atau lebih maka atom-atom yang sama dalam kedua senyawa itu memiliki perbandingan yang sederhana.

Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal Model Atom Dalton Teori atom Dalton tidak dapat menerangkan suatu larutan dapat menghantarkan listrik.

Model Atom Thomson Teori Atom Thomson : Sebuah atom terdiri dari muatan-muatan listrik positif yang disebut proton yang menyebar merata di seluruh bagian atom, dan muatan-muatan negatif yang disebut elektron yang tersebar di antara proton-proton sedemikian hingga atom bermuatan netral. Atom adalah suatu bola pejal yang permukaannya dikelilingi elektron dan partikel lain yang bermuatan positif sehingga atom bersifat netral

Model atom Thomson ini menyerupai model roti kismis, dimana kismisnya menyebar merata di dalam roti.

Sinar Katoda Sifat-sifat sinar katoda : Sinar katoda dipancarkan oleh katoda dalam sebuah tabung hampa bila dilewati arus listrik (aliran listrik adalah penting) Sinar katoda berjalan dalam garis lurus Sinar tersebut bila membentur gelas atau benda tertentu lainnya akan menyebabkan terjadinya fluoresensi (mengeluarkan cahaya). Dari fluoresensi inilah kita bisa melihat sinar, sinar katoda sendiri tidak tampak. Sinar katoda dibelokkan oleh medan listrik dan magnit; sehubungan dengan hal itu diperkirakan partikelnya bermuatan negatif Sifat-sifat dari sinar katoda tidak tergantung dari bahan elektrodanya (besi, platina dsb.)

Pembelokan sinar katoda dalam medan magnit Sinar katoda tidak tampak, hanya melalui pengaruh fluoresensi dari bahan sinar ini dapat dilacak. Berkas sinar katoda dibelokkan oleh medan magnit. Pembelokkan ini menunjukkan bahwa sinar katoda bermuatan negatif.

Pengamatan J.J. Thomson (1856-1940) Kode C = Katoda; A = Anoda; E = lempeng kondensor bermuatan listrik; M = magnet; F = layar berfluoresens. Berkas 1 : Hanya dengan adanya medan listrik, berkas sinar katoda dibelokkan keatas menyentuh layar pada titik 1. Berkas 2 : Hanya dengan adanya medan magnit, berkas sinar katoda dibelokkan kebawah menyentuh layar pada titik 2. Berkas 3 : Berkas sinar katoda akan lurus dan menyentuh layar dititik 3, bila medan listrik dan medan magnit sama besarnya

Perbandingan muatan dan massa Berdasarkan eksperimennya Thomson mengukur bahwa kecepatan sinar katoda jauh lebih kecil dibandingkan kecepatan cahaya, jadi sinar katoda ini bukan merupakan REM. Selain itu Ia juga menetapkan perbandingan muatan listrik (e) dengan massa (m). Hasil rata-rata e/m sinar katoda kira-kira 2 x 108 Coulomb per gram. Nilai ini sekitar 2000 kali lebih besar dari e/m yang dihitung dari hidrogen yang dilepas dari elektrolisis air (Thomson menganggap sinar katoda mempunyai muatan listrik yang sama seperti atom hidrogen dalam elektrolisis air. Kesimpulan : Partikel sinar katoda bermuatan negatif dan merupakan partikel dasar suatu benda yang harus ada pada setiap atom. Pada tahun 1874 Stoney mengusulkan istilah elektron.

Pengamatan Tetes Minyak Milikan Percikan tetes minyak dihasilkan oleh penyemprot (A). Tetes ini masuk kedalam alat melalui lubang kecil pada lempeng atas sebuah kondensor listrik. Pergerakan tetes diamati dengan teleskop yang dilengkapi alat micrometer eyepiece (D). Ion-ion dihasilkan oleh radiasi pengionan seperti sinar x dari sebuah sumber (E). Sebagian dari tetes minyak memperoleh muatan listrik dengan menyerap (mengadsorbsi) ion-ion.

Tetes diantara B dan C hanya melayang-layang, tergantung dari tanda (+ atau -) dean besarnya muatan listrik pada tetes. Dengan menganalisis data dari jumlah tetes, Milikan dapat menghitung besarnya muatan q. Milikan menemukan bahwa tetes selalu merupakan integral berganda dari muatan listrik elektron e yaitu : q = n.e (dimana n = 1, 2, 3 ...) Nilai yang bisa diterima dari muatan listrik e adalah –1,60219 x 10-19C. Dengan menggabungkan hasil Milikan dan Thomson didapat massa sebuah elektron = 9,110 x 10-28 gram.

Sinar Kanal (Sinar Positif) Dalam tahun 1886 Eugen Goldstein melakukan serangkaian percobaan dan ia menemukan partikel jenis baru yang disebut sinar kanal (canal rays) atau sinar positif. Sinar katoda mengalir kearah anoda. Tumbukannya dengan sisa atom gas melepaskan elektron dari atom gas, menghasilkan ion yang bermuatan listrik positif. Ion-ion ini menuju ke katoda (-) tetapi sebagian dari ion ini lolos melewati lubang pada katoda danmerupakan arus partikel mengarah kesisi lain. Berkas sinar positif ini disebut sinar positif atau sinar kanal.

Sifat-sifat sinar kanal Partikel-partikelnya dibelokkan oleh medan listrik dan magnit dan arahnya menunjukkan bahwa muatannya positif. Perbandingan muatan dan massa (e/m) sinar positif lebih kecil daripada elektron. Perbandingan e/m sinar positif tergantung pada sifat gas dalam tabung. Perbandingan terbesar dimiliki oleh gas hidrogen. Untuk gas lain e/m merupakan pecahan integral (mis. ¼, 1/20 dari hidrogen). Perbandingan e/m dari sinar positif yang dihasilkan bila gas hidrogen ada dalam tabung adalah identik dengan e/m untuk gas hidrogen yang dihasilkan melalui air.

Pengamatan ini dapat diterangkan dengan model atom yang dibuat J. J Pengamatan ini dapat diterangkan dengan model atom yang dibuat J.J. Thomson yaitu model plum pudding. Kesimpulan dari sifat sinar kanal ini ialah semua atom terdiri dari satuan dasar yang bermuatan positif, pada atom H terdapat satu dan atom-atom lainnya mengandung jumlah lebih banyak. Satuan dasar ini sekarang disebut dengan proton.

Sinar X Beberapa peneliti melihat bahwa kadang-kadang benda diluar tabung sinar katoda bersinar selama percobaan, Wilhelm Roentgen menunjukkan bahwa pengaruh sinar katoda pada suatu permukaan menghasilkan suatu jenis radiasi yang dapat menyebabkan zat-zat tertentu bersinar pada jarak tertentu dari tabung sinar katoda. Karena belum diketahui sifatnya maka dinamakan sinar X. Roentgen kemudian mengetahui beberapa sifat sinar X ini diantaranya : tidak dibelokkan oleh medan listrik dan magnit dan mempunyai daya tembus yang sangat besar terhadap suatu benda. Sifat-sifat ini menunjukkan bahwa sinar X adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang ~1Å.

Radioaktivitas Sinar matahari Mendung Lempeng fotografi Dibungkus kertas hitam tebal Uranium & kalium disulfat Mendung

Unsur Radioaktif dan Radiasinya Ernest Rutherford membuktikan adanya dua jenis radiasi, sinar alfa dan sinar beta. Sinar  mempunyai kekuatan ionisasi besar tetapi daya tembusnya terhadap materi rendah. Sinar ini dapat ditahan oleh kertas biasa. Sinar ini adalah partikel yang membawa 2 satuan dasar muatan + dan mempunyai massa identik dengan He (Sinar  = ion He2+). Sinar  sebaliknya memiliki kekuatan ionisasi rendah dan daya tembus besar. Sinar ini dapat melewati lempeng alumunium setebal 3 mm. Sinar ini memiliki partikel bermuatan negatif dengan e/m sama seperti elektron. Bentuk radiasi ketiga mempunyai daya tembus sangat besar dan tidak dibelokkan oleh medan listrik dan magnit. REM ini dikenal dengan sinar gamma ().

Inti Atom Tahun 1909 Hans Geiger dan Ernest Marsden membuat serangkaian percobaan yang menggunakan lempeng emas yang sangat tipis dan logam lain (tebal 10-4 s.d. 10-5 cm) sebagai sasaran partikel  yang berasal dari radioaktif.

Geiger dan Marsden mengamati bahwa” Sebagian besar dari partikel  menembus lempeng logam tanpa pembelokkan. Sebagian (~1 dari tiap 20.000) mengalami pembelokkan setelah menembus lempeng logam. Dalam jumlah yang sama (poin 2) tidak menembus lempeng logam sama sekali tetapi berbalik sesuai arah datangnya sinar.

Teori Atom Rutherford Eksperimen yang dilakukan Rutherford adalah penembakan lempeng Emas tipis dengan partikel alpha

Model Atom Rutherford a. Muatan listrik atom dan sebagian besar massa atom terpusat pada suatu titik yang disebut inti atom. Inti atom ini merupakan suatu daerah yang sangat kecil dengan diamater sekitar 10-14 m. b. Pada jarak yang relatif jauh dari inti atom tersebut, terdapat elektron-elektron beredar mengelilingi inti. Inti atom bermuatan listrik positif, sedangkan elektron bermuatan listrik negatif yang nilainya sama besar dengan nilai muatan listrik positif dari inti atom, sehingga muatan atom adalah netral.

Sumber sinar Alpha Lempeng Emas Layar

EKSPERIMEN RUTHERFORD Sinar alfa Diteruskan Dibelokkan Dipantulkan Atom Logam

Hipotesa Rutherford Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan elektron-elektron yang bermuatan negatif yang beredar mengelilingi inti atom Atom bersifat netral sehingga jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi inti - Model Atom Rutherford

Kelemahan teori atom Rutherford a.Teori atom Rutherford tidak dapat menjelaskan spektrum cahaya yang dipancarkan oleh atom hidrogen ketika gas hidrogen tersebut dipanaskan atau dimasukkan ke dalam tabung dan diberi beda potensial listrik serah yang tinggi antara ujung-uung tabung tersebut. b.Teori atom Rutherford tidak dapat menjelaskan kestabilan atom. Berdasarkan hukum Coulomb, elektron yang berinteraksi dengan inti atom akan mengalami gaya Coulomb yang juga berfungsi sebagai gaya sentripetal. Akibatnya, elektron mengalami percepatan (percepatan sentripetal). Menurut teori gelombang elektromagnetik yang dikemukakan oleh Maxwell jika muatan (elektron) mengalami percepatan maka muatan tersebut akan memancarkan gelombang elektromagnetik. Jika demikian maka energi elektron berkurang dan akhirnya akan jatuh ke inti atom, tetapi pada kenyataannya tidak demikian.

Proton dan Neutron Pada tahun 1913 Moseley menemukan bahwa panjang gelombang sinar x bervariasi tergantung dari bahan sasarannya. Dengan menghubungkan hal ini ke persamaan matematis disimpulkan bahwa setiap unsur dapat ditetapkan dengan suatu bilangan bulat yang disebut nomor atom. Tahun 1919 Rutherford mengembangkan satuan dasar muatan positif yang disebut proton hasil risetnya dari jalur lintasan partikel  diudara. Konsep yang dipopulerkan oleh Rutherford adalah inti mengandung sejumlah proton yang sama dengan nomor atomnya dan sejumlah partikel netral yang disebut neutron agar sesuai dengan massa atom. Pada tahun 1930-an Chadwick membuktikan keberadaan neutron melalui percobaan pemboman berilium dan boron dengan partikel , sehingga model atom yang terdiri dari elektron, proton dan neutron lengkap ditemukan.

Penemuan Neutron James Chadwick (1932) berhasil menemukan neutron dengan melakukan percobaan penembakan berilium dengan partikel alfa

Sifat-Sifat Neutron: Tidak bermuatan Mempunyai massa yang hampir sama dengan massa proton, yaitu 1,65 x 10-24 gram atau 1,0087 sma

Teori Atom Niels Bohr Kelemahan dari Rutherford diperbaiki oleh Niels Bohr dan menyusun Teori Atomnya Atom terdiri dari inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif di dalam suatu lintasan. Elektron yang bergerak tidak melepas dan tidak menyerap energi. Elektron bergerak pada lintasan tertentu dan lintasannya diberi nomor 1, 2, 3, ….. Dan diberi lambang K, L, M, ….. Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke lintasan lain dengan cara melepas dan menyerap energi.

Model Atom Neils Bohr

Model Atom Niels Bohr Elektron hanya dapat mengorbit stabil, tanpa memancar, dalam orbit tertentu (disebut oleh Bohr yang "orbit stasioner”): pada set diskrit jarak tertentu dari inti. Orbit ini berhubungan dengan energi tertentu dan juga disebut kulit energi atau tingkat energi . Dalam orbit, percepatan elektron tidak mengakibatkan hilangnya radiasi dan energi yang dibutuhkan oleh elektromagnetik klasik. Elektron hanya dapat memperoleh dan kehilangan energi dengan melompat dari satu orbit ke orbit lainnya yang diperbolehkan, menyerap atau memancarkan radiasi elektromagnetik dengan frekuensi ν ditentukan oleh perbedaan energi tingkat menurut hubungan Planck:

di mana h adalah konstanta Planck di mana h adalah konstanta Planck . Frekuensi radiasi yang dipancarkan pada orbit periode T adalah seperti di mekanika klasik : Momentum sudut, L merupakan perkalian bilangan dengan satuan tetap : dimana n = 1, 2, 3, ... disebut bilangan kuantum utama , dan ħ = h/2π. Nilai terendah dari n adalah 1; ini memberikan radius orbital terkecil 0,0529 nm dikenal sebagai radius Bohr Tingkat energi kuanta atom Hydrogen ditentukan oleh :

RUMUS RYDBERG Energi dari foton yang dipancarkan oleh atom hidrogen diberikan oleh selisih dua tingkat energi hidrogen: dimana nf adalah tingkat energi final, dan ni adalah tingkat energi awal. Karena energi dari foton adalah : panjang gelombang dari foton yang dilepaskan diberikan oleh :

Teori Atom Modern Ketidakmampuan teori atom Bohr menerangkan model atom selain atom Hidrogen dan gejala atom dalam medan magnet disempurnakan pada tahun 1924 oleh Louis de Broglie. De Broglie: selain bersifat partikel, elektron juga bersifat gelombang. Pendapat de Broglie dikembangkan oleh Erwin Schrodinger dan Werner Heisenberg melahirkan Teori Mekanika Kuantum

Teori Mekanika Kuantum Prinsip dasar teori mekanika kuantum:gerakan elektron dalam mengelilingi inti bersifat seperti gelombang. Teori Mekanika Kuantum digunakan untuk menjelaskan sifat atom dan molekul

Prinsip Ketidakpastian Heisenberg Diambil dari teori mekanika kuantum Menurut Heisenberg: elektron yang bergerak menimbulkan perubahan dalam posisi dan momentum setiap saat sehingga posisi dan kecepatan elektron yang bergerak secara bersama-sama tidak dapat dilakukan secara tepat. Prinsip ketidakpastian Heisenberg: keberadaan elektron dalam lintasan tidak dapat ditentukan dengan pasti, yang dapat ditemui hanyalah kebolehjadian ditemukannya elektron.