Perkembangan Teori Atom

1. Perkembangan Teori Atom 

Perkembangan teori atom telah dimulai sejak sebelum masehi oleh ahli-ahli filsafat Yunani. Demokritos (460 – 370 SM), seorang filsuf Yunani mengemukakan istilah atom dalam bahasa Yunani sebagai atomos yang berarti tidak dapat dibagi-bagi lagi. Dari kata itulah, Demokritos mendefinisikan atom sebagai partikel yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Namun konsep atom ini, hanyalah merupakan pemikiran semata tanpa dibuktikan dengan hasil eksperimen.
Meskipun pemikiran tersebut benar, tetapi memiliki kelemahan, yakni tidak dapat menjawab pertanyaan tentang hakekat dan sifat atom itu sendiri.

2. Teori Atom Dalton

John Dalton (1766 – 1844), adalah seorang ilmuwan Inggris. Berdasarkan percobaan-percobaan dan penelitian yang dilakukannya, ia membuat teori atom sebagai berikut:

1. Atom merupakan partikel terkecil yang tak dapat dibagi lagi.
2. Atom-atom suatu unsur semuanya sama dan tidak dapat berubah menjadi atom unsur lain.
3. Dua atom atau lebih dari unsur-unsur yang berlainan dapat membentuk suatu  molekul.
4. Pada suatu reaksi kimia, atom-atom berpisah. Tetapi, kemudian dapat bergabung lagi dengan susunan berbeda dari semula menurut perbandingan tertentu, dengan massa keseluruhannya tetap.
5. Pada reaksi kimia atom-atom bergabung menurut perbandingan tertentu yang sederhana.

Teori atom Dalton ini sesuai dengan gagasan Lavoisier tentang hukum kekekalan massa, yakni massa zat sebelum dan sesudah reaksi tetap sama, dan gagasan Proust tentang hukum perbandingan tetap, yakni perbandingan unsur-unsur dalam suatu senyawa tetap.
Namun, seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, khususnya penemuan-penemuan dalam bidang listrik, maka teori atom Dalton yang menyatakan atom merupakan partikel terkecil yang tak dapat dibagi lagi mulai diragukan oleh banyak ilmuwan.

3. Model Atom Thomson

Setelah elektron ditemukan sebagai partikel hasil peruraian atom, menjadikan teori atom Dalton tak berlaku lagi. Dengan penemuan elektron ini, maka atom bukan lagi suatu partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi. Penemuan elektron pertama kali dijelaskan oleh Michael Faraday yang beranggapan bahwa partikel-partikel elektron bersifat sebagai pembawa arus listrik negatif. Beberapa ilmuwan lain, seperti: Goldstein, Crookes, Lenard, Perrin, Hertz dan J.J Thomson juga menegaskan akan adanya elektron sebagai partikel hasil peruraian atom.
Pada tahun 1904, J. J Thomson mengemukakan suatu model atom yang berbeda dengan teori atom Dalton. Menurut Thomson, atom merupakan bola padat dan mempunyai muatan positif yang terbagi rata ke seluruh atom. Muatan ini dinetralkan oleh elektron-elektron yang juga tersebar mengelilingi atom. Model atom Thomson disebut juga sebagai model puddding Thomson atau model roti  kismis. Coba Anda perhatikan model atom Thomson pada gambar di bawah ini.
Model atom Thomson memiliki kelemahan yaitu belum ada bagian-bagian atom atau dengan kata lain tidak ada pemisahan antara elektron dan proton, karena kedua tersebar merata ke seluruh atom.
Sekarang, marilah Anda pelajari model atom berikutnya, yaitu model atom Rutherford.

4. Model Atom Rutherford

Untuk beberapa ilmuwan, seperti Lenard dan Rutherford, model atom Thomson masih perlu dibuktikan kebenarannya melalui percobaan secara empiris.
Ernest Rutherford (1871 – 1937), seorang ilmuwan Inggris bersama dua orang asistennya Geiger dan Marsden pada tahun 1911, menguji kebenaran model atom Thomson. Mereka melakukan percobaan dengan menembakkan sinar alfa (α) melalui celah pelat timbal dan ditumbukkan dengan lempeng emas tipis yang berukuran 0,01 mm. Untuk mendeteksi partikel alfa yang keluar dari lempeng emas, dipasang layar yang berlapis seng sulfida. Apabila partikel α bertumbukkan dengan lempeng ini maka akan menyebabkan nyala sekilas atau fluoresensi yang dapat terlihat secara jelas. Untuk lebih jelasnya, Anda perhatikan bagan percobaan Rutherford pada gambar di bawah ini.
Hasil pengamatan Rutherford dinyatakan sebagai berikut:
-          Sebagian besar sinar α dapat menembus lempeng emas dengan lurus, hal ini terjadi karena tidak dipengaruhi oleh elektron-elektron. Karena sebagian besar bagian atom merupakan ruang kosong.
-          Sebagian kecil sinar α dibelokkan, karena lintasannya terlalu dekat dengan inti atom, sehingga dipengaruhi oleh gaya tolak inti atom. Karena inti atom bermuatan positif.
-          Sedikit sekali sinar α dipantulkan kembali sebab tepat bertumbukkan dengan inti atom. Karena massa atom terpusatkan pada inti atom.
Hasil percobaan Rutherford ini dapat digambarkan seperti pada gambar 1.4 di bawah.
Dengan kenyataan seperti itu, Rutherford membuat teori atom, sebagai berikut:

1. Muatan positif berkumpul pada suatu titik di tengah-tengah atom yang disebut inti atom.
2. Muatan negatif (elektron) berada di luar inti atom dan bergerak mengelilingi inti pada lintasannya seperti planet-planet mengelilingi matahari pada sistem tata surya.

Sebagaimana halnya model atom Thomson, model atom Rutherford juga harus diuji kebenarannya apakah sesuai dengan kenyataan atau tidak. Dari hasil pengujian para ilmuwan ternyata juga ditemukan adanya kelemahan pada model atom Rutherford.
Ada dua kelemahan pada model atom Rutherford. Kelemahan pertama, yaitu: elektron yang bermuatan negatif bergerak mengelilingi inti atom yang bermuatan positif sambil mendapatkan percepatan ke arah inti atom karena pengaruh gaya tarik inti atom. Berdasarkan hukum-hukum elektromagnetik, gerakan elektron yang demikian akan menimbulkan gelombang elektromagnetik dan memancarkan energi. Akibatnya energi elektron akan menyusut, sehingga jari-jari lintasannya akan mengecil.
Maka lintasan elektron tidak lagi merupakan lingkaran berjari-jari sama, namun merupakan spiral atau putaran yang berpilin mendekati inti atom, hingga akhirnya elektron jatuh ke inti atom, seperti pada gambar 1.6 di bawah. Tetapi kenyataannya hal ini tidak pernah terjadi. Setiap elektron yang bergerak mengitari inti atom tidak pernah mendekati dan masuk bergabung dengan inti atom. Dari penjelasan di atas, dapat Anda simpulkan bahwa model atom Rutherford tidak dapat menjelaskan konsep kestabilan atom.
Kelemahan kedua, model atom Rutherford tidak dapat menjelaskan spektrum garis hidrogen. Hal ini terjadi karena lintasan elektron semakin mengecil, sehingga waktu putarnya juga berkurang dan frekuensi gelombang yang dipancarkan menjadi beraneka ragam. Sehingga, atom hidrogen tidak akan menunjukkan spektrum garis tertentu, namun spektrumnya merupakan spektrum kontinu. Sedangkan pada kenyataannya dengan menggunakan spektrometer menunjukkan bahwa spektrum atom hidrogen merupakan garis yang khas.
Tidak sulit, bukan? Apabila belum paham, pelajari kembali materi tersebut baik-baik. Bagi Anda yang sudah paham, Anda dapat melanjutkan ke materi berikut ini.

5. Model Atom Bohr

Pada tahun 1913 berdasarkan hasil suatu penelitian, Neils Bohr (1885 – 1962), seorang ilmuwan Swedia memperbaiki dua kelemahan model atom Rutherford. Bohr menyusun model atom hidrogen berdasarkan model atom Rutherford dan teori kuantum Planck.
Bohr mengemukakan dua postulat tentang model atomnya,  postulat pertama menyatakan: Elektron tidak dapat bergerak mengelilingi inti melalui sembarang lintasan, namun elektron hanya dapat berputar di sekitar inti melalui lintasan tertentu tanpa melepaskan energi. Dimana lintasan tersebut dinamakan lintasan stasioner.
Pada lintasan stasioner itu elektron mempunyai momentum anguler. Meskipun postulat ini bertentangan dengan teori elektromagnetik, namun hal ini benar dan dapat dibuktikan dengan teori kuantum Planck atau mekanika kuantum.
Dari postulat pertama Bohr, jelas bahwa lintasan elektron adalah tetap dan merupakan deret tertentu.
Kulit paling dekat ke inti yang merupakan lintasan elektron terdalam (terkecil) mempunyai tingkat energi terendah dinamakan kulit K, selanjutnya kulit lebih luar dengan energi yang lebih tinggi disebut kulit L, kemudian kulit M, N dan seterusnya.
Sedangkan postulat kedua Bohr menyatakan: Elektron dapat berpindah lintasan dari lintasan luar ke lintasan dalam sambil membebaskan atau memancarkan  energi foton (cahaya) sebesar hf, bila berpindah lintasan dari lintasan dalam ke lintasan luar akan menyerap energi foton juga sebesar hf. Dengan kata lain dapat pula dinyatakan: Elektron pindah dari lintasan dengan bilangan kuantum utama besar ke lintasan dengan bilangan kuantum kecil, elektron memancarkan energi foton (cahaya), jika sebaliknya elektron menyerap energi foton.
Secara skematis proses perpindahan elektron dari lintasan luar ke lintasan dalam sambil membebaskan atau memancarkan energi sebesar hf, dan perpindahan elektron dari lintasan dalam ke lintasan luar sambil menyerap energi.
      Dari teori atom Bohr yang telah Anda pelajari di atas, jelaslah kini bahwa model atom Bohr merupakan penyempurnaan dari model atom Rutherford, sehingga model atom ini dinamakan juga sebagai model atom Rutherford – Bohr, yang berbunyi:

1. Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif, terletak di pusat inti dan  elektron yang berputar mengelilingi inti atom pada lintasan-lintasan tertentu.
2. Elektron hanya bisa berada pada lintasan tertentu dan bisa berpindah dari lintasan yang satu ke lintasan yang lainnya, namun tidak dapat menempati sembarang lintasan.

Namun, seperti teori atom Dalton, model atom Thomson dan model atom Rutherford, model atom Bohr pun memiliki kelemahan-kelemahan. Kelemahan model atom Bohr yaitu:

1. Model atom Bohr hanya berlaku untuk atom hidrogen, sedangkan untuk atom lain memiliki perhitungan yang berbeda.
2. Lintasan elektron yang mengelilingi inti bukan merupakan lingkaran saja, namun bermacam-macam bentuk lingkaran, sehingga amat rumit.
3. Bohr tidak dapat menjelaskan peristiwa-peristiwa atom dalam suatu ikatan kimia dan pengaruhnya terhadap medan magnet.