Radja
Dari zaman yunani kuno hingga sekarang, model dan teori atom terus berkembang. Melalui model dan teori atom, kita dapat mengetahui struktur suatu atom. Perkembangan tersebut tidak dapat dilepaskan dari upaya para ilmuwan diantaranya Democritus, John Dalton, J.J. Thomson, Rutherford, Chadwick, Milikan, Niels Bohr, Schrodinger, de Broglie dan Heisenberg. Tulisan ini mau membahas tentang perkembangan model dan teori atom yang diawali oleh Democritus lalu diikuti oleh beberapa ilmuwan lainnya hingga sampai pada penemuan model atom Thomson.
Teori Atom Democritus (460 SM–370 SM)
Democritus mengembangkan teori tentang penyusun suatu materi. Menurut Democritus jika suatu materi dibelah terus-menerus suatu ketika akan diperoleh suatu partikel fundamental yang disebut sebagai atom (Yunani: atomos = tidak terbagi). Democritus beranggapan bahwa ada tak terhingga jenis atom di alam semesta, di mana masing-masing atom mempunyai sifat tersendiri. Sebagai contoh, “Atom kayu”, akan berperilaku berbeda dengan “atom air”. Sifat-sifat dari atom ini yang akan terasa oleh indera kita, sebagai warna, berat dan lain-lain. Menurut Democritus, atom tidak dapat dimusnahkan dan mereka ada dalam ruang hampa atau kosong, yang berhubungan dengan ruang antara atom. Atom hanya berbeda dalam bentuk, posisi, dan pengaturan. Pendapat ini ditolak oleh Aristoteles (384–322 SM), yang berpendapat bahwa materi bersifat kontinu (materi dapat dibelah terus-menerus sampai tidak berhingga). Aristoteles lebih menyetujui teori Empedokles, yaitu materi tersusun atas api, air tanah dan udara. Sekitar tahun 1592 - 1655 Gasendi mengemukakan bahwa atom merupakan bagian terkecil suatu zat.
Teori Atom John Dalton
Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan mengemukakan pendapatnaya tentang atom. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier mennyatakan bahwa “Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi”. Sedangkan Prouts menyatakan bahwa “Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap”. Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai berikut:
Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi. Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda. Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen. Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru. Pada perkembangan selanjutnya ditemukan berbagai fakta yang tidak dapat dijelaskan oleh teori tersebut. Melalui teori ini Dalton dapat menerangkan Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier) dan dapat menerangkan hukum perbandingan tetap. Akan tetapi teori ini memiliki bebarapa kelemahan dimana Dalton tidak dapat menjelaskan sifat listrik materi dan cara atom-atom saling berikatan. Model atom Dalton ini tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan unsur yang lain. Kelemahan-kelemahan tersebut dapat dijelaskan setelah ditemukan beberapa partikel penyusun atom, seperti elektron ditemukan oleh Joseph John Thomson tahun 1900, penemuan partikel proton oleh Goldstein tahun 1886.
Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi. Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda. Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen. Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru. Pada perkembangan selanjutnya ditemukan berbagai fakta yang tidak dapat dijelaskan oleh teori tersebut. Melalui teori ini Dalton dapat menerangkan Hukum Kekekalan Massa (Hukum Lavoisier) dan dapat menerangkan hukum perbandingan tetap. Akan tetapi teori ini memiliki bebarapa kelemahan dimana Dalton tidak dapat menjelaskan sifat listrik materi dan cara atom-atom saling berikatan. Model atom Dalton ini tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan unsur yang lain. Kelemahan-kelemahan tersebut dapat dijelaskan setelah ditemukan beberapa partikel penyusun atom, seperti elektron ditemukan oleh Joseph John Thomson tahun 1900, penemuan partikel proton oleh Goldstein tahun 1886.
Teori William Crookers
Pada tahun 1861, William Crookers menemukan sebuah elemen yang sebelumnya dikenal sebagai emisi jalur hijau cerah yang tampak pada spektrum. Elemen ini diberi nama Elemen Thallium, dari bahasa Yunani, thallos. Crookers adalah orang yang mengembangkan tabung katoda yang dikenal dengan sebutan tabung Crookers. Melaui tabung ini ia melakukan percobaan untuk menyelidiki sinar katoda. Dalam eksperimennya ia menemukan adanya seberkas sinar yang muncul dari arah katoda menuju ke anoda. Ia menyebut sinar itu sebagai sinar katoda. Melalui investigasinya, konduksi listrik dalam gas tekanan rendah, ia menemukan bahwa tekanan diturunkan, elektroda negatif (katoda) muncul untuk memancarkan sinar (yang disebut sinar katoda, sekarang dikenal sebagai aliran dari elektron bebas.
George Johnstone Stoney (1826-1911)
Stoney merupakan salah satu dari sekelompok ilmuwan Irlandia yang membuat kontribusi yang signifikan untuk mempelajari spektrum cahaya dari berbagai warna yang dipancarkan atau diserap oleh zat yang berbeda. Yang paling penting dari karya ilmiah Stoney adalah konsepsi dan perhitungan besarnya atom atau partikel listrik. Stoney merupakan orang pertama yang memperkenalkan elektron. Pada awal 1874 Stoney telah menghitung besarnya elektron melalui data yang diperoleh dari elektrolisis air dan teori kinetik gas. Nilai yang diperoleh kemudian dikenal sebagai coulomb. Akan tetapi teori ini memiliki kelemahan di mana Stoney tidak dapat menjelaskan pengertian atom dalam suatu unsur memiliki sifat yang sama sedangkan unsur yang berbeda akan memiliki sifat berbeda, padahal keduanya sama-sama memiliki elektron.
Robert Andrew Milikan
Besarnya muatan dalam elektron ditemukan oleh Robert Andrew Milikan (1908) melalui percobaan tetes minyak Milikan seperti pada gambar di bawah. Minyak disemprotkan ke dalam tabung yang bermuatan listrik. Akibat adanya gaya gravitasi sehingga mengendapkan tetesan minyak yang turun. Bila tetesan minyak diberi muatan negatif maka akan tertarik ke kutub positif medan listrik. milikan menemukan bahwa muatan tetes-tetes minyak selalu bulat dari suatu muatan tertentu, yaitu 1.602 x 10-19 coulomb.
Sir Joseph John Thomson (1856-1940)
Pada tahun 1897 J.J Thomson melanjutkan eksperimen William Crookes yaitu pengaruh medan listrik dan medan magnet dalam tabung sinar katoda. Dalam penelitiannya dia mempelajari bahwa tabung katoda pada kondisi vakum parsial (hampir vakum) yang diberi tegangan tinggi akan mengeluarkan “berkas sinar”
| Gambar Eksperimen Thomson |
Melalui hasil percobaan Milikan dan Thomson diperoleh muatan elektron –1 dan massa elektron 0, sehingga elektron dapat dilambangkan . Thomson berhasil mencirikan elektron dan mengukur nisbah muatan terhadap massa (nilai e/m) dari partikel sinar katode sebesar 1.76 x 108 Coulomb/gram di mana nilai e = 1.602 x 10-19 coulomb ; maka massa elektron = 9.11 x 10-28 gram.
Setelah penemuan elektron, maka teori Dalton yang mengatakan bahwa atom adalah partikel yang tak terbagi, tidak dapat diterima lagi. Pada tahun 1900, J.J Thomson mengajukan model atom yang menyerupai roti kismis. Menurut Thomson, atom terdiri dari materi bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis yang menyebar secara merata. Model atom Thomson berhasil menerangkan banyak sifat atom yang diketahui seperti ukuran, massa, jumlah elektron dan kenetralan muatan elektrik. Dalam model atom ini sebuah atom dipandang mengandung Z elektron yang dibenamkan dalam sebuah bola bermuatan positip seragam. Muatan positip bola adalah Ze, massanya pada dasarnya adalah massa atom karena massa elektron terlalu ringan sehingga tidak banyak mempengaruhi massa atom dan bahwa jari-jari bola ini adalah jari-jari atom itu sendiri. Akan tetapi teori Thomson memiliki kelemahan di mana ia tidak mampu menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.
Kelemahan teori atom Thomson tersebut dapat dijelaskan dengan persamaan dasar elektrostatika. Bahwa gaya sebuah elektron yang berjarak r dari pusat bola bermuatan positif berjari-jari R dapat dihitung dengan persamaan elektrostatik. Dari gambar model atom Thomson di atas, maka fraksi volume sebuah bola berjari-jari r dari volume keseluruhan bola berjari-jari R sama dengan fraksi muatan bola itu dari muatan total Ze. Sehingga
qdalam = Ze
Menurut hukum Gauss, medan listrik pada jarak r dapat dicari dari muatan total yang tekandung di dalam bola berjari-jari r :
Akan tetapi karena sifat simetri bola maka medan elektrik E tetap nilainya di seluruh permukaan bola, sehingga integralnya dapat langsung dihitung dengan hasil E.4πr2, sehingga ;
E =
Dari persamaan ini muatan total yang tekandung dalam bola dapat diperoleh ;
dan karena elektron dengan muatan e mengalami gaya sebesar F = eE , maka ;
dengan k = Ze2/ 4π0R3
Dari sini dapat diketahui bahwa gaya ini cendrung menarik elektron menuju pusat atom sehigga hasilnya dapat memberantakkan atom. Oleh karena itu harus ada gaya lain yang melawan tarikan elektrik ini agar semua elektron dipertahankan tetap setimbang pada jari-jari r. Gaya tambahan ini dipasok oleh gaya tolak menolak antara elektron sehingga semua elektron tetap dalam kesetimbangan mantap. Kita memperkirakan bahwa elektron-elektron dalam atom Thomson akan bergetar sekitar kedudukan setimbangnya dengan frekuensi v = (1/2π) x . Setiap muatan elektrik yang bergetar memancarkan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi getarnya maka dapat diperkirakan bahwa berdasarkan model atom Thomson, semua frekuensi radiasi yang dipancarkan juga harus memancarkan gelombang elektromagnetik karena mengalami getaran. Akan tetapi terbukti bahwa frekuensi ini ternyata tidak cocok dengan frekuensi radiasi yang dipancarkan karena atom-atom tidak memancarkan atau menyerap radiasi pada frekuensi yang sama. Kenyataan inilah yang sulit diterangkan oleh Thomson. Kelemahan Thomson yang lain adalah berasal dari hamburan partikel bermuatan atom yang tidak dapat dijelaskan (hamburan α)
Kelemahan dan kekurangan teori atom Thomson berdasarkan analisis terhadap berbagai hasil percobaan hamburan seperti ini mendorong Rutherford untuk meneruskan penelitian tentang atom, yang secara garis besar mengusulkan bahwa massa dan muatan positif atom tidaklah tersebar secara merata dalam seluruh volume atom, tetapi terbatas hanya dalam suatu daerah sangat kecil dengan diameter sekitar 1014m pada pusat atom.
Pustaka
Krane Kenneth, Fisika Modern, Universitas Indonesia (UI-Press), Jakarta, 1992
http://kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kuliah_web/2008/VERA%20N%20MUTIARA_0601918/thomson.htmlhttp://www.scribd.com/doc/18530968/Teori-Atom-Democritus1
http://www.forumsains.com/artikel/perkembangan-teori-atom/?wap2
http://www.forumsains.com/artikel/perkembangan-teori-atom/
Tidak ada komentar:
Posting Komentar