6 Perkembangan Teori Atom Modern

Sebelumnya kita telah membahas tentang perkembangan teori atom secara keseluruhan. Sekarang kita akan membahas perkembangan teori atom modern terutama didasarkan pada pembahasan mengenai radiasi. Radiasi dibedakan menjadi radiasi partikel dan radiasi elektromagnetik. Radiasi partikel terdiri atas partikel, seperti sinar alfa, sinar beta, dan sinar katode. Partikel tersebut ada yang bermuatan dan ada yang tidak bermuatan. Radiasi elektromagnetik digambarkan sebagai peristiwa gelombang yang tidak mempunyai massa maupun muatan. Nah, berikut adalah perkembangan teori atom modern. Langsung saja kita simak yang pertama:

1. Spektrum Unsur

Bila sinar matahari dilewatkan melalui sebuah prisma, maka sinar matahari tersebut akan diuraikan menjadi beberapa warna yang saling meliputi (tidak ada batas yang jelas antara dua warna yang berurutan), spektrum yang demikian disebut spektrum kontinu (spektrum serba terus).Spektrum dari dari suatu atom berbeda dari unsur lainnya dan merupakan fingerprint suatu unsur (Robert Bunsen 1811-1899).

Setiap unsur logam menghasilkan garis spektrum warna tertentu sebagai ciri khas dari setiap logam. Garis-garis spektrum yang merupakan ciri khas dari setiap unsur ini tersusun dalam deretan yang makin lama makin mengumpul rapat pada daerah panjang gelombang pendek, daerah ungu. Spektrum garis membentuk suatu deretan warna cahaya dengan panjang gelombang berbeda. Untuk gas hydrogen yang merupakan atom yang paling sederhana, deret panjang gelombang ini ternyata mempunyai pola tertentu.

2. Teori Kuantum

Pada tahun 1900 Max Planck mengemukakan suatu hipotesis yang dikenal dengan teori kuantum. Menurut Max Planck, pancaran radiasi elektromagnetik suatu benda bersifat diskrit, berupa paket-paket kecil atau kuanta atau partikel yang disebut sebagai kuantum. Teori kuantum ini merupakan dasar dari partikel gelombang. Teori kuantum menyatakan bahwa gelombang bersifat diskontinu. Ini sangat bertentangan dengan teori fisika klasik yang menganggap radiasi elektromagnetik sebagai gelombang kontinu.

Hipotesis Planck didukung oleh Einstein yang menyebut partikel radiasi Planck dengan sebutan foton. Setiap foton mempunyai energi tertentu yang bergantung pada frekuensi atau panjang gelombangnya. Semakin besar panjang gelombang suatu foton, energinya semakin kecil.

Einstein menerangkan bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel foton yang energinya sebanding dengan frekuensi cahaya. Jika frekuensinya rendah, setiap foton mempunyai jumlah energi yang sangat sedikit dan tidak mampu memukul elektron agar dapat keluar dari permukaan logam. Jika frekuensi (dan energi) bertambah, maka foton memperoleh energi yang cukup untuk melepaskan elektron (James E. Brady, 1990). Hal ini menyebabkan kuat arus juga akan meningkat. Energi foton bergantung pada frekuensinya.

3. Model Atom Bohr

Pada tahun 1913, Niels Bohr seorang fisikawan dari Denmark berhasil mengungkapkan teori Kuantum guna menggambarkan struktur atom melalui spektrum atom hidrogen. Meskipun atom hidrogen hanya memiliki satu elektron saja, tetapi atom hidrogen juga memiliki lintasan-lintasan elektron seperti atom-atom lain. Ini terjadi saat elektron unsur hidrogen berpindah-pindah lintasan sambil memancarkan atau menyerap energi. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck. Bohr memberikan rumusan sebagai berikut.

  1. Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti.
  2. Elektron-elektron dalam mengelilingi inti berada pada tingkat energi (lintasan) tertentu, dengan demikian elektron juga mempunyai energi tertentu.
  3. Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.
  4. Bertentangan dengan teori elektrodinamika Maxwell, selama elektron bergerak dalam lintasannya tidak memancarkan energinya dalam bentuk radiasi.
  5. Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, Δ E = hv .
  6. Elektron dapat pindah dari tingkat energi (lintasan) yang rendah ke tingkat energi (lintasan) yang lebih tinggi bila menyerap energi dan sebaliknya elektron dapat pindah dari tingkat energi (lintasan) yang tinggi ke tingkat energi (lintasan) yang lebih rendah bila melepas energi.
  7. Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut.

Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.

4. Hipotesis Louis de Broglie

Pada tahun 1924, fisikawan dari Prancis, Louis de Broglie mengemukakan hipotesis tentang gelombang materi. Menurut de Broglie cahaya dan partikel-partikel kecil, pada saat-saat tertentu dapat bersifat sebagai benda yang tersusun atas partikel, tetapi dapat pula sebagai gelombang yang dikenal dengan dualisme partikel gelombang.

Hipotesis de Broglie terbukti benar dengan ditemukannya sifat gelombang dari elektron. Elektron mempunyai sifat difraksi seperti halnya sinar–X. Sebagai akibat dari dualisme sifat elektron sebagai materi dan sebagai gelombang, maka lintasan elektron yang dikemukakan Bohr tidak dapat dibenarkan. Gelombang tidak bergerak menurut suatu garis, melainkan menyebar pada suatu daerah tertentu.

5. Prinsip Ketidakpastian

Seorang ahli dari Jerman, Werner Heisenberg, mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yang berbunyi “tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu elektron secara seksama, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”.

6. Mekanika Kuantum (Model Atom Modern)

Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1927). Suatu elektron dalam atom digambarkan sebagai suatu gelombang. Dengan demikian, elektron dalam atom tidak mempunyai lintasan yang pasti seperti gambaran Rutherford-Bohr. Elektron berkedudukan dalam ruang yang dinyatakan dengan gelombang. Oleh karena lintasan elektron tidak jelas, disebut dengan kebolehjdian untuk menemukan elektron pada berbagai jarak dari inti dan pada berbaai gerak dalam ruang.

Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger. Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi. Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini.

Awan elektron di sekitar inti menunjukkan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk subkuli. Beberapa subkulit bergabung membentuk kulit. Dengan demikian, kulit terdiri atas beberapa subkulit dan subkulit terdiri atas beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama, tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.

Semoga bermanfaat, Tetap Semangat! | Catatan Harian

2 comments: