Struktur Atom

A.    Pendahuluan

Pernahkah kalian melihat petir? Iya, ketika langit mendung ataupun hujan maka terkadang akan terlihat cahaya yang terang menyambar dari langit. Namun apakah kalian tahu apakah petir itu? Petir adalah bunga api yang terjadi akibat lompatan muatan pada awan. Lompatan muatan ini bisa terjadi dari awan ke awan maupun dari awan ke bumi.

Peristiwa di atas adalah salah satu peristiwa elektrostatis. Tahukah kalian apakah itu elektrostatis? Elektrostatis adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari tentang muatan dalam keadaan diam. Contoh lain peristiwa elektrostatis adalah ketika kita menggosok-gosokan penggaris plastic pada rambut. Kemudian penggaris tersebut didekatkan dengan potongan kertas. Apakah yang akan terjadi? Iya, potongan kertas akan menempel pada penggaris tersebut. Pada proses menggosokan penggaris pada rambut terjadi proses transfer electron dari rambut menuju penggaris, sehingga penggaris bermuatan negative. Sedangkan potongan kertas bermuatan postif sehingga terjadi interaksi tarik-menarik. Untuk lebih memahami lebih lanjut mengenai apakah itu muatan dan interaksinya maka simaklah materi berikut.

B.     Perkembangan teori atom

1.      Teori Atom Demokritus

Pernahkan kalian membagi benda menjadi dua kemudian benda tersebut dibagi terus sampai tidak dapat dibelah lagi oleh tangan kalian? Adakah bagian terkecil dar benda tersebut yang tidak dapat dibelah lagi? Pemikiran di atas inilah yang muncul di otak seorang filsuf kenamaan asal Yunani. Ia merumuskan gagasan bahwa zat dapat dibagi menjadi bagian-bagian yang lebih kecil hingga bagian yang paling kecil sehinggga bagian terkecil tersebut tidak dapat dibagi lagi. Bagian terkecil itu disebut dengan atom, yang berasal dari bahasa yunani yang berarti tidak dapat dibagi lagi. Sedangkan muridnya Leucipus menyebutkan bahwa jagad raya ini berisi atom saja yang jumlahnya banyak sekali.

            Democritus hidup di kota Abdera, Yunani pada abad kelima masehi. Dia dijuluki The Laughing Philosopher karena dia sering tertawa.

"Atom adalah bagian terkecil benda yang tak dapat dibagi lagi."





2.      Teori Atom Dalton

Teori ini didukung oleh percobaan reaksi-reaksi kimia yang dilakukan oleh John Dalton. Yusman Wiyatmo (2010: 5) menyebutkan pokok-pokok teori atom Dalton adalah:

a.       Atom merupakan zarah terkecil dari suatu zat yang tidak dapat terbagi lagi.

b.      Atom suatu unsur tidak dapat berubah menjadi atom unsur lainnya.

c.       Suatu atom dapat bersenyawa dengan atom-atom yang lain untuk membentuk molekul. Misalnya atom carbon yang bersenyawa dengan atom oksigen dapat membentuk molekul karbon dioksida (CO₂) atau karbon monoksida (CO).

d.      Atom-atom yang bersenyawa dalam molekul, memiliki perbandingan tertentu dan jumlah massa keseluruhan yang tetap. Jadi massa atom-atom yang bersenyawa sebelum reaksi akan sama dengan massa molekul yang terbentuk setelah reaksi.

e.       Jika dua atom membentuk dua senyawa , maka atom-atom tersebut mempunyai perbandingan tertentu yang sederhana.

   Dalton lahir di desa Easfield, Chumberland, ingris pada tahun 1766. Dia adalah seorang yang putus sekolah. pada umur 11 tahun sekolah formalnya berakhir. namun, hal itu tidak mematahkan semangatnya untuk belajar. dia hampir belajar sendiri tentang ilmu alam. dalton memberikan sumbangan yang sangat besar pada perkembangan teori atom. dia melakukan percobaan secara kimia dan menemukan konsep atom, molekul, unsur kimia dan senyawa kimia.dia menemukan secara teliti massa atom. Dalton meninggal pada tahun 1844.

3.      Model Atom Thomson

Model atom terus berkembang. Para ilmuwan terus melakukan penelitian untuk mengetahui gambaran utuh mengenai atom. Seorang ilmuwan Inggris Joseph John Thomson menemukan zarah elektron pada tahun 1897. Elektron bermuatan listrik negatif, sedangkan atom bermuatan netral. Hal ini menimbulkan pemikiran bahwa atom harus memiliki materi bermuatan positif untuk mengimbangi muatan elektron. Kemudian pada tahun 1895 ditemukan partikel-partikel bermuatan positif.

Berdasarkan temuan di atas maka J.J Thomson mengemukakan teori model atom pada tahun 1904. Menurut Thomson dalam Yusman Wiyatmo (2010: 8) atom mempunyai muatan-muatan listrik positif yang tersebar merata di seluruh bagian atom. Muatan positif ini dinetralkan oleh elektron-elektron yang tersebar di antara muatan-muatan listrik positif. Model atom J.J Thomson dikenal dengan model kue kismis, karena model atom ini menyerupai kue ini.

Joseph John Thomson lahir pada tanggal 18 Desember 1856 di Manchester, Inggris. Ayahnya adalah seorang penjual buku, mungkin hal inilah yang menyebabkan dia rajin membaca. Dia adalah lulusan Trinity College, Cambridge pada usia 24 tahun. Thomson menjadi guru besar di Universitas Cambridge pada tahun 1918. Thomson meninggal di usianya yang ke-84 tepatnya tanggal 30 Agustus 1940.
            Thomson menggambarkan atom sebagai bola pejal bermuatan postif yang di seluruh bagianya tersebar bola-bola kecil bermuatan negatif (elektron) sehingga muatan atom netral.

4.      Percobaan Geiger dan Marsden

Percobaan Geiger Marsden didasari oleh usulan Rutherford yang menggunakan zarah alfa cepat sebagai bahan untuk menyelidiki komposisi dalam inti atom. Perhatikanlah gambar berikut untuk lebih memahami proses percobaan.

Desain percobaan Geiger-Marsden

Gambaran mikroskopis pergerakan zarah alfa

Sumber sarah yang berasal dari sumber radioaktif diletakan di dalam kotak timbal. Kotak timbal berfungsi untuk menyerap sinar radioaktif agar tidak membahayakan eksperimen. Zarah alfa akan menuju celah kemudian akan menumbuk selaput emas (gold foil). Kemudian jejak zarah alfa akan ditangkap oleh layar pendeteksi (detecting screen). Layar pendeteksi berupa zink-sulfida yang akan menampakan berkas jejak zarah alfa. Hasil eksperimen ini adalah sebagai berikut:

1.       Sebagian besar zarah alfa menembus secara lurus selaput emas, hal ini  berarti bahwa sebagian besar atom adalah ruangan kosong.

2.       Sebagian kecil yang terhambur/dibelokan oleh logam, hal ini berarti bahwa terdapat sesuatu bermuatan positif didalam atom.

3.       Lebih sedikit lagi zarah alfa yang kembali memantul kembali dari selapus tipis. 

Berdasarkan hasil eksperimen ini dapat diketahui bahwa inti atom terdiri muatan positf yang terkumpul disuatu ruang tidak tersebar merata dan diselingi oleh elektron. Muatan positif inilah yang membelokan zarah alfa karena adanya gaya tolak-menolak diantara dua muatan positif dari atom emas dan zarah alfa.

5.      Model Atom Rutherford

Rutherford mengusulkan model atom baru berdasarkan percobaan Geiger-Marsden. Model atom ini kemudian dikenal dengan model atom Rutherford. Banyak hal yang dikemukakan oleh Rutherford mengenai model atomnya ini, yaitu:

a.       Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif (yang kemudian dikenal dengan proton) menyumbang sebagian besar dari massa atom dan pada jarak yang jauh dari atom beredar elektron seperti planet-planet dalam tata surya mengelilingi matahari. Ruang kosong berada diantara inti atom dan elektron.

b.      Interaksi tarik menarik antara inti atom dan elektron berupa gaya sentripetal yang menjaga lintasan elektron beredar mengelilingi inti atom.

Animasi di atas menggambarkan model atom Rutherford. Elektron yang bermuatan negatif mengelilingi inti atom yang bermuatan positif.

Kelemahan model Rutherford adalah belum bisa menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke inti atom. Menurut fisika klasik elektron bergerak dengan cepat ketika mengelilingi inti atom sehingga elektron akan kehilangan energinya. Kehilangan energi ini akan mengakibatkan elektron lama-kelamaan akan jatuh pada inti atom. namun pada kenyataannya tidak ada elektron yang jatuh pada inti atom.

6.      Model Atom Bohr

Model atom Bohr melukiskan bahwa atom terdiri dari inti atom yang terdiri dari proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan/netral dikelilingi oleh elektron yang mempunyai lintasan tertentu yang diskret tergantung pada tingkat-tingkat energi tertentu.

Penggambaran model atom Bohr sudah begitu jelas, namun penelitian mengenai partikel dasar terus berkembang. Seiring berkembangnya penelitian model atom Bohr memiliki beberapa kelemahan. Kelemahan-kelemahan model atom Bohr yaitu:

a.        Terjadi penyimpangan untuk atom yang lebih besar dari atom hidrogen.

b.      Teori atom ini tidak dapat menjelaskan efek pemisahan spektrum atom jika atom tersebut ditempatkan pada medan magnet (efek Zeeman).

Perkembangan teori model atom selanjutnya masuk pada era teori atom modern. Diawali oleh postulat Prince Louis De Broglie pada tahun 1924 yang menyebutkan ­­bahwa setiap materi yang bergerak memiliki sifat gelombang. Postulat ini kemudian dikenal dengan dualisme partikel. Hal ini berarti elektron yang bergerak dapat dipandang sebagai partikel dan gelombang.

Perkembangan selanjutnya adalah prinsip ketidak pastian Heisenberg yang dikemukakan oleh Werner Heisenberg seorang fisikawan asal Jerman pada tahun 1927. Prinsip ini berpedoman bahwa tidak ada eksperimen yang dapat dirancang untuk mengukur secara cermat posisi dan momentum suatu objek bergerak secara bersamaan. Pada tahun

7.      Quark, Lepton, dan Boson

Perkembangan tentang partikel fundamental (dasar) penyusun sebuah benda terus berkembang. Para ilmuwan terus berkeinginan untuk menemukan partikel terkecil penyusun suatu benda. Kenyataan bahwa atom adalah partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi sudah tidak dapat dipakai lagi karena ditemukannya tiga partikel penyusun atom yaitu proton, elektron, dan neutron. Pertanyaan selanjutnya para ilmuwan adalah apakah proton, neutron, dan elektron adalah  partikel terkecil dan tidak dapat dibagi lagi?

Pertanyaan di atas terjawab dengan ditemukannya quark, lepton, dan boson. Proton dan neutron bukanlah partikel terkecil dari nti atom. proton dan neutron terdiri dari 3 unsur quark. Quark memiliki 6 rasa yaitu atas (up), berkharisma (charm), puncak (top), bawah (down), aneh (stange), dasar (bottom). Proton tersusun atas 3 unsur quark yaitu dua quark atas dan satu quark bawah, sedangkan neutron tersusun atas dua quark bawah dan satu quark bawah. Lepton adalah zarah bergerak. Lepton terdiri dari elektron, muon, tau, elektron neutrino, muon neutrino, dan tau neutrino. boson merupakan zarah pengikat. Boson terdiri dari foton, gluon, Z boson, dan W boson, serta graviton. Gaya nuklir kuat diikat oleh gluon. Gaya ini bekerja untuk mengikat proton dan neutron pada inti atom. Gaya elektromagnet diikat oleh foton. Gaya ini mengikat elektron pada inti atom membentuk atom. Gaya nuklir lemah diikat oleh boson W-Z. Gaya ini bekerja untuk mengkat quark untuk membentuk proton dan neutron. Gaya gravitasi diikat oleh graviton. Graviton mengikat benda bermassa atau pada gaya gravitasi. Sebagian ilmuwan graviton ini adalah partikel Higg boson.

Dari keterangan di atas perkembangan terkini mengenai partikel dasar penyusun materi adalah enam rasa quark, enam lepton, dan lima boson. Hal ini dapat terus berkembang seiring dengan terus berkembangnya sains dan teknologi.

<<previous| |next>>