Sekelumit Tentang Atom

Kimia merupakan Ilmu yang mempelajari tentang komposisi, struktur dan sifat materi serta perubahan dan energy yang menyertainya. Sejarah kimia sudah dimulai sejak jaman mesir kuno, lebih dari 3000 tahun SM. Sebagai contoh kebudayaan mengawetkan mayat, mumifikasi yang menggunakan bahan pengawet berupa balsam, natron (garam) dan kain linen, peleburan material logam, ekstrasi  logam dari bijihnya, membuat keramik dan kaca, fermentasi bir dan anggur, membuat pewarna untuk kosmetik dan lukisan, mengekstraksi bahan kimia dari tumbuhan untuk obat-obatan dan parfum, membuat paduan logam seperti perunggu dan lain sebagainya.

Namun mereka tidak berusaha untuk memahami hakikat dan sifat materi yang mereka gunakan serta perubahannya, sehingga pada zaman tersebut ilmu kimia belum lahir. Tetapi dengan percobaan dan catatan hasilnya merupakan sebuah langkah menuju ilmu pengetahuan.

Lain halnya dengan Democritus dari abdera, Yunani utara yang hidup sekitar 460 SM – 370 SM Dia seorang ahli filsafat Yunani  sudah mempunyai pemikiran bahwa materi (realita) tersusun dari partikel-partikel yang jauh lebih kecil yang tidak dapat dibagi-bagi lagi (atomos). Namun konsep tersebut hanyalah pemikiran yang tidak ditunjang oleh eksperimen, sehingga belum pantas disebut sebagai teori kimia.

Ilmu kimia sebagai ilmu yang melibatkan kegiatan ilmiah dilahirkan oleh para ilmuwan muslim bangsa Arab dan Persia pada abad ke-8. Salah seorang bapak ilmu kimia yang terkemuka adalah Jabir ibn Hayyan (700-778) dari Kuffah Irak, yang lebih dikenal di Eropa dengan nama Latinnya, Geber. Ilmu itu diberi nama al-kimiya (bahasa Arab yang berarti “perubahan materi”). Dari kata al-kimiya inilah segala bangsa di muka bumi ini meminjam istilah: alchemi (Latin), chemistry (Inggris), chimie (Perancis), chemie (Jerman), chimica (Italia) dan kimia (Indonesia).

     Sejarah kimia dapat dianggap dimulai dengan pembedaan kimia dengan alkimia oleh Robert Boyle (1627–1691) melalui  karyanya The Sceptical Chymist (1661). Baik alkimia maupun kimia mempelajari sifat materi dan perubahan-perubahannya. Pada tahun 1789 terjadilah dua jenis revolusi besar di Perancis yang mempunyai dampak bagi perkembangan sejarah dunia. Pertama, revolusi di bidang politik tatkala penjara Bastille diserbu rakyat dan hal ini mengawali tumbuhnya demokrasi di Eropa. Kedua, revolusi di bidang ilmu tatkala Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) menerbitkan bukunya, Traite Elementaire de Chimie, hal ini mengawali tumbuhnya kimia modern. Dalam bukunya Lavoisier mengembangkan hukum kekekalan massa. Sementara itu Penemuan unsur kimia memiliki sejarah yang panjang yang mencapai puncaknya dengan diciptakannya tabel periodik unsur kimia oleh Dmitri Mendeleyev pada tahun 1869.

Beberapa tokoh kimia yang berperan dalam perkembangan teori atom :

1.   Democritus

Demokritos lahir di kota Abdera, Yunani Utara. Ia hidup sekitar tahun 460 SM hingga 370 SM. Demokritos dan gurunya, Leukippos, berpendapat bahwa atom adalah unsur-unsur yang membentuk realitas. Demokritos menganggap bahwa unsur-unsur tersebut tidak dapat dibagi-bagi lagi. Karena itulah, unsur-unsur tersebut diberi nama atom (bahasa Yunani atomos: a berarti "tidak" dan tomos berarti "terbagi")

2.   Jabir Ibn Hayyan

Abu Musa Jabir bin Hayyan, atau dikenal dengan nama Geber di dunia Barat, diperkirakan lahir di Kuffah, Irak pada tahun 750 M dan wafat pada tahun 803 M pada masa pemerintahan Harun Ar-Rasyid di Baghdad. Kontribusi terbesar Jabir adalah dalam bidang kimia. Ia mengembangkan teknik eksperimentasi sistematis di dalam penelitian kimia, sehingga setiap eksperimen dapat direproduksi kembali. Jabir menekankan bahwa kuantitas zat berhubungan dengan reaksi kimia yang terjadi, sehingga dapat dianggap Jabir telah merintis ditemukannya hukum perbandingan tetap. Kontribusi lainnya antara lain dalam penyempurnaan proses kristalisasi, distilasi, kalsinasi, sublimasi dan penguapan serta pengembangan instrumen untuk melakukan proses-proses tersebut.

3.   Antoine Laurent Lavoiser

Antoine-Laurent de Lavoisier (lahir di Paris, 26 Agustus 1743 – meninggal di Paris, 8 Mei 1794 pada umur 50 tahun).  Terkenal dengan Hukum kekekalan massa atau dikenal juga sebagai hukum Lomonosov-Lavoisier adalah suatu hukum yang menyatakan massa dari suatu sistem tertutup akan konstan meskipun terjadi berbagai macam proses di dalam sistem tersebut(dalam sistem tertutup Massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama (tetap/konstan) )

4.   Jhon Dalthon

John Dalton (1766-1844) ialah seorang guru SMU di Manchester, Inggris. Ia mencetuskan teori pertama tentang atom pada waktu itu.

       Berikut ini adalah postulat-postulat dalam teori atom Dalton :

i.        Setiap unsur terdiri atas partikel yang sudah tidak dapat terbagi lagi yang dinamakan atom.

ii.      Atom-atom dari suatu unsur adalah identik. Atom-atom dari suatu unsur yang berbeda mempunyai sifat-sifat yang berbeda, termasuk mempunyai massa yang berbeda.

iii.    Atom dari suatu unsur tidak dapat diubah menjadi unsur yang lain, tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan. Reaksi kimia hanya merupakan penataan ulang atom.

iv.    Senyawa terbentuk ketika atom-atom dari dua jenis unsur atau lebih bergabung dengan perbandingan tertentu.

5.   Joseph Louis Proust

Joseph Louis Proust lahir pada tanggal 26 September 1754 di Angers,Prancis. Menurut Proust, suatu senyawa terdiri atas unsur-unsur dengan perbandingan yang selalu tepat sama. Dengan kata lain, setiap sampel suatu senyawa memiliki komposisi unsur yang tetap. Hukum ini di kenal dengan Hukum Perbandingan Tetap. Misalnya, air terdiri dari ⁸/₉ massa oksigen dan ¹/₉ massa hidrogen

6.   Eugen Goldstein

Goldstein lahir pada tahun 1850 di kota Gleiwitz, yang kini dikenal sebagai Gliwice, Polandia. Ia adalah penemu dari sinar anode, dan juga disebut sebagai penemu proton. Pada tahun 1886, sebelum hakikat sinar katoda ditemukan, Goldstein melakukan suatu percobaan dengan tabung sinar katoda dan menemukan fakta berikut. Yaitu apabila katode tidak berlubang ternyata gas di belakang katode tatap gelap. Namun, bila pada katode tidak berlubang ternyata gas di belakang katode menjadi berpijar. Hal ini menunjukkan adanya radiasi yang berasal dari anode, yang menerobos lubang pada katode dan memijarkan gas dibelakang katode itu. Radiasi itu disebut sinar anode atau sinar positif atau sinar terusan. Hasil percobaan menunjukkan bahwa sinar terusan merupakan radiasi partikel (dapat memutar kincir) yang bermuatan positif (dalam medan listrik dibelokkan ke kutub negatif). Partikel sinar terusan ternyata bergantung pada jenis gas dalam tabung. Artinya, jika gas dalam tabung diganti, ternyata dihasilkan partikel sinar terusan dengan ukuran yang berbeda. Partikel sinar terusan terkecil diperoleh dari gas hidrogen. Partikel ini kemudian disebut proton. Muatan maupun massa partikel sinar terusan dari gas lain selalu merupakan kelipatan bulat dari massa dan muatan proton, sehingga diduga bahwa partikel itu terdiri atas proton-proton.

7.   Joseph Jhon Thomson

Joseph John Thomson (1856-1940) lahir di Creetham Hill, pinggiran kota Manchester pada tanggal 18 Desember 1856. Percobaan tabung sinar katoda pertama kali dilakukan William Crookes (1875). Hasil eksperimennya adalah ditemukannya seberkas sinar yang muncul dari arah katoda menuju ke anoda yang disebut sinar katoda. Joseph John Thomson (1897) melanjutkan eksperimen William Crookes yaitu pengaruh medan listrik dan medan magnet dalam tabung sinar katoda.

Hasil percobaannya membuktikan bahwa ada partikel bermuatan negatif dalam suatu atom karena sinar tersebut dapat dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik. berdasarkan besarnya simpangan sinar katode dalam medan listrik, Thomson dapat menentukan nisbah muatan terhadap massa (nilai e/m) dari partikel sinar katode sebesar 1.76 x 10⁸ Coulomb/gram

Pada tahun 1900, J.J Thomson mengajukan model atom yang menyerupai roti kismis. Menurut Thomson, atom terdiri dari materi bermuatan positif dan didalamnya tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis.

8.   Robert Andrew Milikan

Robert Andrews Millikan (lahir 22 Maret 1868 – meninggal 19 Desember 1953. Lahir di Morrison, Illinois, U.S. Robert Andrew Milikan (1908) melalui percobaan tetes minyak Milikan menentukan  Besarnya muatan dalam electron. Minyak disemprotkan ke dalam tabung yang bermuatan listrik. Akibat gaya tarik gravitasi akan mengendapkan tetesan minyak yang turun. Bila tetesan minyak diberi muatan negatif maka akan tertarik kekutub positif medan listrik. milikan menemukan bahwa muatan tetes-tetes minyak selalu bulat dari suatu muatan tertentu, yaitu 1.602 x 10^-19 coulomb.

Hasil percobaan Milikan dan Thomson diperoleh muatan elektron –1 dan massa electron 0, sehingga diperoleh data fisis e/m = 1.76 x 10⁸ Coulomb/gram, e = 1.602 x 10^-19 coulomb maka massa elektron = 9.11 x 10^-28 gram.

9.   Wilhelm Conrad Rontgen

Wilhelm Conrad Rontgen penemu sinar X dilahirkan tahun 1845 di kota Lennep, Jerman.  Ia menemukan bahwa tabung sinar katode dapat menghasilkan sinar yang berdaya tembus tinggi.

pada tanggal 5 November 1895 Penelitiannya Ia mulai dengan mengalirkan listrik secara langsung melalui tabung sinar katoda yang ditempatkan dalam kotak kardus yang telah dihitamkan. Ketika ia menyalakan tabung tersebut, tak sengaja ia menangkap pancaran cahaya di luar kotak. Cahaya tersebut berasal dari selembar kertas berlapis barium platinocianida. Ketika Rontgen mematikan sinar katoda, cahaya tersebut ikut padam. Kemudian ia mengambil kertas berlapis barium platinocianida ke ruang sebelah yang terhalang oleh tirai dan pintu. Ketika ia menyalakan tabung sinar katoda, kertas itu bercahaya lagi. Cahaya ini tidak kasat mata dan dapat menembus kotak kardus maupun material lain, serta dapat membekas pada plat foto. Rontgen menyebut sinar misterius tersebut dengan nama sinar-X. Pada tahun 1896, ia menunjukkan bahwa sinar-X dapat menggambarkan struktur tulang jari dan pergelangan tangan manusia. Atas penemuannya ini, Sinar X dikenal juga dengan sebutan sinar Rontgen.

   

10.Ernest Rutherford

Ernest Rutherford lahir pada tanggal 30 Agustus 1871, di Nelson, Selandia Baru. Setelah penemuan proton dan elektron, Ernest Rutherford melakukan penelitian penembakan lempeng tipis emas. Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya tembus besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Jika atom terdiri dari partikel yang bermuatan positif dan negatif maka sinar alfa yang ditembakkan seharusnya tidak ada yang diteruskan/menembus lempeng sehingga muncullah istilah inti atom. Ernest Rutherford dibantu oleh Hans Geiger dan Ernest Marsden (1911) menemukan konsep inti atom didukung oleh penemuan sinar X oleh WC. Rontgen (1895) dan penemuan zat radioaktif (1896). Percobaan Rutherford dapat digambarkan sebagai berikut.

Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis, maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang dari 1°), tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa akan membelok sudut 90° bahkan lebih.
Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa kesipulan sebagai berikut:
Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan
Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisan atom-atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.
Partikel tersebut merupakan partikel yang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan.

Berdasarkan percobaan tersebut, Rutherford menyusun suatu model atom untuk menyempurnakan model atom Thomson. Model yang dikembangkan oleh Rutherford adalah sebagai berikut.

                     i.         Atom tersusun atas inti atom yang bermuatan positif dan elektron- elektron yang bermuatan negatif.

                   ii.         Sebagian besar volume atom merupakan ruang kosong yang massanya terpusat pada inti atom. Oleh karena atom bersifat netral maka jumlah muatan positif harus sama dengan jumlah muatan negatif.

                 iii.         Di dalam atom, elektron-elektron bermuatan negatif selalu bergerak mengelilingi inti atom.

 

11.Niels Bohr

Niels Bohr lahir di Kopenhagen, Denmark, 7 Oktober 1885. Pada tahun 1913, Bohr menerapkan konsep mekanika kuantum untuk model atom.

          Berdasarkan analisis spektrum atom, Niels Bohr mengajukan model atom sebagai berikut :

                     i.        Dalam elektron terdapat lintasan-lintasan tertentu tempat elektron dapat mengorbit inti tanpa disertai pemancaran atau menyerap energi. lintasan itu, yang juga disebut kulit atom, adalah orbit berbentuk lingkaran dengan jari-jari tertentu. tiap lintasan ditandai dengan satu bilangan bulat yang disebut bilangan kuantum utama (n), mulai dari 1, 2, 3, 4, dan seterusnya, yang dinyatakan dengan lambang K, L, M, N, dan seterusnya. Lintasan pertama, dengan n = 1, dinamai kulit K, dan seterusnya. makin besar harga n (makin jauh dari inti), makin besar energi elektron yang mengorbit pada kulit itu.

                   ii.        Elektron hanya boleh berada pada lintasan-lintasan yang diperbolehkan (lintasan yang ada), dan tidak boleh berada di antara dua lintasan. lintasan yang akan ditempati oleh elektron bergantung pada energinya. pada keadaan normal (tanpa pengaruh luar), elektron menempati tingkat energi terendah. keadaan seperti itu disebut tingkat dasar (ground state).

                 iii.        elektron dapat berpindah dari satu kulit ke kulit lain disertai pemancaran atau penyerapan sejumlah tertentu energi. perpindahan elektron ke kulit lebih dalam akan disertai penyerapan energi. sebaliknya, perpindahan elektron ke kulit lebih dalam akan disertai pelepasan energi.

12. Louis Victor de Broglie

Louis-Victor-Pierre-Raymond, duc de Broglie (banyak dikenal sebagai Louis de Broglie; lahir di Dieppe, Seine-Maritime, Perancis, 15 Agustus 1892. Pada 1924, tesis doktoralnya mengemukakan usulan (hipotesis) bahwa benda yang bergerak memiliki sifat gelombang yang melengkapi sifat partikelnya. Hipotesis de Broglie kemudian terbukti kebenarannya, ketika ditemukan bahwa elektron menunjukan sifat difraksi seperti halnya sinar X. Sifat gelombang dari elektron digunakan dalam mikroskop elektron.

13. Max Planck

Max Karl Ernst Ludwig Planck (lahir di Kiel, Schleswig-Holstein, Jerman, 23 April 1858 . Pada 1899, dia menemukan sebuah konstanta dasar, yang dinamakan konstanta Planck, dan, sebagai contoh, digunakan untuk menghitung energi foton. Pada tahun 1900, Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta. Ide ini secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. Planck menyimpulkan bahwa atom-atom dan molekul dapat memancarkan atau menyerap energi hanya dalam jumlah tertentu. Jumlah atau paket energi terkecil yang dapat dipancarkan atau diserap oleh atom atau molekul dalam bentuk radiasi elektromagnetik disebut kuantum. Planck menemukan bahwa energi foton (kuantum) berbanding lurus dengan frekuensi cahaya.

dengan

14. Werner Heisenberg

Werner Karl Heisenberg lahir di Würzburg, Jerman, 5 Desember 1901. Pada tahun 1927 ia memikirkan sifat kuantum dasar pada elektron. Ia mewujudkan bahwa tindakan pengukuran sifat elektron dengan menembakkannya dengan sinar gamma akan mengubah perilaku elektron. Ia menghubungkannya dalam persamaan menggunakan tetapan Planck, dan menyebutnya teori ketidakpastian. Ia menetapkan prinsip ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”.

15. Erwin schrodinger

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger lahir di Wina, Austria-Hongaria, 12 Agustus 1887. pada tahun 1925, menjelaskan hubungan ruang dan waktu pada sistem mekanika kuantum. Erwin Scrodinger memecahkan prinsip ketidakpastian heisenberg dengan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.Dengan menggunakan notasi bra-ket Dirac, definisi persamaan Schrödinger adalah:

i adalah bilangan imaginer, adalah waktu, ∂ / ∂ adalah turunan parsial terhadap , ħ adalah konstanta Planck dibagi 2π, ψ( ) adalah fungsi gelombang, dan H( ) adalah Hamiltonian.

Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini.
Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit. Orbital atom adalah sebuah fungsi matematika yang menggambarkan perilaku sebuah elektron ataupun sepasang elektron bak-gelombang dalam sebuah atom.Fungsi ini dapat digunakan untuk menghitung probabilitas penemuan elektron dalam sebuah atom pada daerah spesifik mana pun di sekeliling inti atom. Dari fungsi inilah kita dapat menggambarkan sebuah grafik tiga dimensi yang menunjukkan kebermungkinan lokasi elektron. Oleh karena itu, istilah orbital atom dapat pula secara langsung merujuk pada daerah tertentu pada sekitar atom yang ditentukan oleh fungsi matematis kebermungkinan penemuan elektron.Secara spesifik, orbital atom menyatakan keadaan-keadaan kuantum yang mungkin dari suatu elektron dalam sekumpulan elektron di sekeliling atom. berikut adalah bentuk bentuk orbital atom, bentuk s, p, d dan f

   

16. James Chadwick

James Chadwick lahir di Bollington, Cheshire, Inggris, 20 Oktober 1891. Chadwick memakai hamburan partikel sinar alfa untuk membuktikan bahwa nomor atom suatu unsur kimia sama dengan muatan nuklir. Ia dan Rutherford mengajukan usul yang menyatakan bahwa dalam inti terdapat partikel tak bermuatan, namun mereka belum bisa mendeteksi partikel itu secara eksperimental sampai 1932. Pada tahun tersebut, Chadwick berhasil memperlihatkan keberadaan neutron.

Chadwick mengamati bahwa berilium yang ditembak dengan partikel α memancarkan suatu partikel yang mempunyai daya tembus yang sangat tinggi dan tidak dipengaruhi oleh medan magnet maupun medan listrik. Partikel ini diberi nama neutron. Sifat-sifat neutron adalah :

1.      Tidak bermuatan karena sinar neutron dalam medan listrik ataupun medan magnet tidak dibelokkan ke kutub positif dan negatif.

2.      Mempunyai massa yang hampir sama dengan massa atom, yaitu 1,675 x 10^-24 g atau 1,0087 sma.