Connect with us

Teori Atom Dalton, Rutherford, Thomson dan Bohr

teori-atom

Fisika

Teori Atom Dalton, Rutherford, Thomson dan Bohr

Teori Atom Democritus

Atom merupakan bahan dasar penyusun materi. Materi dinyatakan sebagai segala sesuatu yang memiliki massa, ruang, dan menjadi dasar pembentukan alam dan segala sesuatu yang dapat disentuh, dirasakan, dan diamati. Dengan kata lain atom dapat dikatakan sebagai bahan dasar penyusun zat yang ada di alam semesta.

Gomuda - Sweater Rajut Pria

Konsep tentang atom sudah dikenal oleh para filusuf Yunani sejak dua ribu tahun yang lalu. Orang pertama yang memperkenalkan atom adalah filusuf Democritus (300-400 tahun SM). Beliau mencoba menjelaskan bahan dasar beragam materi yang berbeda-beda dan menyatakan bahwa atom merupakan partikel zat terkecil yang tidak dapat dibagi lagi dan menyusun materi-materi.

Namun pendapat Democritus mulai tersisih setelah muncul beberapa filusuf Yunani lainnya yang memberikan bantahan akan adanya zat yang tidak dapat dibagi lagi. Flilusf tersebut diantaranya Plato dan Aristoteles. Keduanya memiliki pemikiran apakah mungkin ada partikel yang tidak dapat dibagi lagi, bahkan atom pun masih bisa dibagi-bagi lagi menjadi bagian yang lebih kecil.

atom

Pengembangan pemikiran dan penelitian tentang atom terus mengalami perkembangan setelah ditelaah oleh banyak para ilmuwan diantaranya Jhon Dalton, Thompson, Ernest Rutherford, Niels Bohr, dan ilmuwan lain yang banyak berkcimpung di dunia fisika kuantum.

1. Teori Atom Dalton

daltonTeori atom Dalton dikembangkan oleh Ilmuwan yang bernama Jhon Dalton. Beliau hidup sejak tahun 1766-1844. Dalton melakukan percobaan yang pada awalnya digunakan untuk mengetahu struktur atom agar dapat menjelaskan reaksi kimia antar zat . Teori atom yang dikembangkan oleh Dalton dikemukakan dalam bukunya yang berjudul New System of Chemical Philosophy.

Teori yang disematkan dalam buku Dalton menyatakan lima hal tentang atom, yaitu

  1. Atom merupakan bagian terkecil suatu zat yang tidak dapat dibagi-bagi.
  2. Atom bersiafat kekal, artinya atom tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan
  3. Setiap unsur memiliki sifat unik yang sama dengan sifat atom penyusunnya.
  4. Dua atom atau lebih yang berasal ari unsur-unsur yang berbeda dapat bersenyawa membentuk moleku. Contohnya air (H2O) tersusun atas dua unsur yang berbeda yaitu dua unsur Hidrogen (H) dan satu buah unsur oksigen (O). Jumlah massa sebelum dan sesudah terjadinya reaksi kimia (persenyawaan) adalah sama
  5. Atom-atom setiap unsur yang bergabung dalam bentuk senyawa, memiliki perbandingan tertentu dan sederhana. Sebagai contoh atom karbon (C) dan atom oksigen (O) dapat bersenyawa membentuk molekul karbon monoksida (CO) dan karbondioksida (CO2).

Teori atom Dalton hanya dapat bertahan hingga abad ke-19 karena pada awal abad ke-20 berkembang teori atom baru yang meruntuhkannya sekaligus memunculkan kelemahan-kelemahan teori atom tersebut.

Hasil percobaan terbaru di awal abad ke-20 yaitu diantaranya atom masih dapat dibagi-bagi lagi menjadi partikel yang lebih kecil berupa proton, netron, dan elektron yang memiliki sifat kelistrikan.

Sedangkan teori atom Dalton tidak bisa menjelaskan sifat kelistrikan pada atom. Dua kelemahan lainnya dari model atom dalton adalah tidak dapat menjelaskan cara-cara atom saling berikatan dan tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan atom unsur yang lain.

2. Teori Atom Thompson

thomson

Teori atom Thomson merupakan teori yang meruntuhkan teori atom Dalton yang ditemukan pada awal abad ke-20. Teori Dalton digoyahkan oleh percobaan Thomson yang dilakukan pada tahun 1897.

Dalam percobaannya J J Thomson menggunakan tabung sinar katode untuk menentukan nilai perbandingan antaran muatan elektron dengan massanya (e/m). Adapun skema alat yang digunakan dalam percobaan Thompson ditunjukkan pada Gambar 4.

tabung-katoda

Sinar katode yang digunakan oleh Thomson merupakan sebuah partikel bermuatan negatif (disebut elektron) yang mengalir dari kutub negatif (katode) menuju kutub positif (anode) akibat kedua kutub tersebut diberi beda potensial tertentu dari sumber tegangan.

Elektron dapat bergerak lurus pada tabung sinar katode dengan kecepatan tertentu (v) akibat beda potensial kedua kutub (V) , artinya terdapat transformasi energi yaitu energi potensial menjadi energi kinetik sehingga berlaku persamaan 1 berikut:

Ek = Ep

½mv² = eV

Dengan
m = massa elektron (kg)
v = kecepatan gerak elektron (m/s)
V= beda potensial sumber tegangan (volt)
e = muatan elektron (C)

Setelah elektron bergerak lurus, elektron akan melewati ruang yang didalamnya terdapat medan listrik dan medan magnet. Medan listrik dan medan magnet yang saling tegak lurus sehingga menghasilkan gaya listrik yang sama besar tetapi berlawanan arah.

rumus-medan listrik

Dengan
E= medan listrik (N/C)
B = Medan magnet (T)

Dengan mensubstitusikan persamaan (2) ke persamaan (1) maka dapat kita peroleh:

elektron

Dari hasil percobaan, Thompson menemukan nilai perbandingan muatan elektron dengan massanya:

massa-elektron

Dari data-data yang diperoleh melalui percobaan sinar katode ini, Thompson menemukan bahwa ukuran elektron lebih kecil dari pada atom dan elektron merupakan partikel yang menyusun atom. Karena elektron bermuatan negatif maka akan ada partikel lainnya yang menyusun atom dengan jenis muatan yang berbeda (muatan positif) agar atom tetap bersifat netral .

Dengan hasil percobaan ini Thompson memperkenalkan teori atom yang ia temukan sebagai berikut:

model-atom-thomson

Model Atom Thomson, dikenal juga dengan nama model kismis, gambar: emaze.com

  1. Atom berbentuk bola dan bemuatan positif yang tersebar merata ke seluruh bagian atom dan elektron yang melekat di bagian permukaannya. Model atom ini disebut dengan istilah moden atom roti kismis
  2. Sebuah atom harus bersifat netral dimana jumlah muata positif (proton) dan muatan negatifnya (elektron) sama
  3. Sebagian besar massa atom terdapat pada muatan positifnya.

Contoh soal

1) Akibat adanya beda potensial 2 kV sumber tegangan yang terhubung pada tabung sinar katode, sebuah elektron bergerak lurus dalam tabung dengan kecepatan tertentu. Jika diketahui massa elektron adalah m = 9,1 x 10-31 kg, muatan elektron e = 1,6 x 10-19 C, maka tentukanlah kelajuan dari elektron tersebut.

Penyelesaian

Dari soal kita sudah dapat menentukan beberapa besaran diantaranya:

V = 2 kV = 2×10³ volt, e = 1,6 x 10-19 C, dan m = 9,1 x 10-31 kg.

Untuk menentukan nilai kelajuan dari elektron pada sinar katode kita dapat menggunakan penurunan rumus dari persamaan (1)

soal-kecepetan-elektron

2) Berhubungan dengan soal no 1. Tentukannlah perbandingan kecepatan gerak elektron pada tabung sinar katode jika beda potensial yang diberikan ditingkatkan menjadi 4 kali lipat dari semula.

Penyelesaian

Dari soal kita mendapatkan informasi adanya perubaha beda potensial yang diberikan yaitu V2 = 4V1.

Untuk menjawab pertanyaan pada nomer dua kita dapat melakukan perbandingan persamaan yang ada pada nomer 1 sebagai berikut:

kecepatan-elektron

Dalam soal ini massa dan muata elektronnya adalah tetap sehingga nilai e1 = e2, m1=m2. Dengan demikian nilai perbandingan kecepatannya menjadi:

soal-perbandingan-kecepatan-elektron

3. Teori Atom Rutherford

Ernest_Rutherford

Ernest Rutherford, gambar: wikipedia

Teori atom yang dikembangkan oleh Rutherford merupakan teori yang mementahkan kembali teori atom yang sudah dapat diterima sebelumnya, yaitu teori atom Thomson. Teori atom Thomson yang menganalogikan atom seperti roti kismis, diuji kembali oleh beberapa ilmuwan.

Seperti halnya roti kismis, untuk mengetahui struktur bagian dalam dari roti tersebut kita dapat memasukkan jari kita ke dalamnya, maka untuk mengetahui struktur atom dapat diketahui dengan memasukan partikel tertentu ke dalam atom.

Pada tahun 1911, dua orang ilmuwan bernama Geiger dan Marsden dengan anjuran dari Ernest Rutherford melakukan uji coba penembakan plat logam emas yang sangat tipis dengan menggunakan partikel alfa.

Partikel alfa ini merupakan partikel bermuatan positif dan berasal dari atom helium yang kehilangan dua elektron. Partikel alfa ditembakan terhadap plat logam emas kemudian layar detektor akan menangkap partikel alfa setelah menumbuk plat emas tersebut seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 1.

percobaan-rutherford

Dari hasil percobaan ini ditemukan bahwa sebagian besar partikel alfa dapat menembus logam emas dan sebagian kecil lainnya dipantulkan kembali dan dibelokkan. Fenomena dari hasil percobaan ini menunjukkan beberapa hal penting diantaranya: Pertama sebagian besar partikel alfa yang ditembakkan dapat menembus logam.

Hal ini menunjukkan bahwa sebagian besar dari susunan atom terdiri atas ruang kosong. Kedua, sebagian kecil partikel alfa mengalami pemantulan. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat bagian atom yang sangat keras dan memiliki massa sangat besar yang disebut inti yang ukurannya sangat kecil. Ketiga, sebagian partikel alfa mengalami pembelokan. Hal ini menunjukkan bahwa partikel alfa yang bermuatan positif terlempar oleh bagian atom yang memiliki jenis muatan yang sama.

Dengan hasil percobaan ini, Rutherford menyusun suatu teori yang memberikan deskripsi tentang struktur atom sebagai berikut:

teori-atom-rutherford

  1. Atom terdiri atas inti atom yang bermuatan listrik positif. Massa dari atom terkonsentrasi pada inti atom dan elektron bergerak mengelilingi inti. Model ini mirip dengan model planet yang mengelilingi matahari, sehingga model atom yang dikembangkan Rutherford sering disebut dengan model planet.
  2. Atom selalu bermuatan netral, dimana jumlah muatan positif dari inti sama dengan jumlah elektron (bermuatan negatif) yang mengelilinya.
  3. Elektron bergerak mengelilingi inti dengan bentuk lintasan lingkaran sehingga elektron memiliki gaya sentripetal yang besarnya sebanding dengan gaya elekrostatis antar inti dan elektron. Secara matematis dinyatakan dengan persamaan:

persamaan-atom

Pada saat elektron bergerak mengelilingi inti elektron akan memiliki energi yang dipengaruhi oleh enegi kinetik elektron dan energi potensial listrik. Sehingga energi elektron menjadi:

energi-elektron

Dengan mensubstitusi persamaan (1) dan nilai q1 = +q (muatan inti atom) sedangkan q2 = -q (muatan elektron), maka

Artinya energi total yang dimiliki elektron saat mengelilingi inti atom dipengaruhi oleh beberapa besaran, yaitu:

k = konstanta yang besarnya 9 x109 Nm²/C²
q = muatan elektron (9,1 x 10-19 C)
R = jari-jari lintasan elektron (jarak inti atom – elektron)

Walaupun model atom yang dikemukakan oleh Rutherford ini sudah lebih baik dari model atom sebelumnya, namun model ini masih memiliki beberapa kekurangan, diantaranya adalah

  1. Pada saat elektron mengelilingi inti, dilepaskan gelombang elektromagnetik sehingga akan menimbulkan penurunan energi elektron. Dengan pengurangan energi elektron tersebut, sesuai dengan persamaan (2), maka jari-jari lintasan elektron akan ikut mengecil dan akhirnya elektron akan jatuh kepada inti. Dengan demikian bentuk lintasan elektron bukanlah lingkaran tetapi merupakan bentuk lintasan putaran berpilin. Selain itu, keadaan ini menunjukkan bahwa keadaan atom yang tidak stabil dan hal ini bertentangan dengan fakta dimana keadaan atom selalu stabil.
  2. Kelemahan yang kedua adalah penjelasan dari model atom Rutherford yang menyatakan bahwa spektrum atom hidrogen bersifat kontinue padahal spektrum atom hidrogen bebersifat diskrit (terpisah-pisah).

Contoh soal

1) Berapakah energi total yang dimiliki oleh sebuah elekrton yang mengelilingi inti pada jarak 0, 9 A.

Penyelesaian

R = 0,9 x10-10 =9 x10-11 m q = 1,6 x 10-19 C k = 9 x109 Nm²/C²

Energi total dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

soal-energi-total-elektron

2) Manakah yang lebih besar energinya jika perbadingan linstasan elektron satu dengan elektron 2 adalah 1:3

Penyelesaian

Berdasarkan persamaan (2) maka semakin besar jari-jari lintasannya, maka maka makin besar pula energi yang dimiliki oleh elektron tersebut. Dengan demikian elektron ke-2 memiliki energi yang lebih besar.

4. Model Atom Bohr

Niels_Bohr

Niels Bohr, gambar: wikipedia

Dengan runtuhnya teori atom yang dikemukakan oleh Rutherford, diperlukan modifikasi teori yang lebih baik. Pada tahun 1913, Niels Bohr yang hidup pada tahun 1885-1962, mengajukan sebuah model atom yang dapat melengkapi kekurangan pada model atoom Rutherford.

Adapun model atom yang dideskripsikan oleh Bohr diantaranya adalah:

model-atom-bohr

a. Elektron mengelilingi inti atom pada lintasan stasioner tanpa melepas atau menyerap energi dengan besar momentum yang besarnya merupakan kelipatan dari :

Berdasarakan teori mekanika klasik tentang gerak rotasi momentum sudut besarnya adalah:

rotasi-momentum

Dengan
m = massa elektron (kg)
v = kecepatan translasi elektron (m/s)
R = jari-jari lintasan elektron
n= bilangan kuantum utama (1,2,3…..)
h = konstanta Planck (6,63×10-34Js)

Adapun bentuk model atom Bohr ini dapat dideskripsikan pada Gambar 3. Setiap lintasan elektron memiliki jarak yang berbeda terhadap inti atom. Besar jari-jari tiap lintasan elektron yang berbentuk lingkaran ini berbeda bergantung pada bilangan kuantum utama lintasannya dengan memenuhi persamaan:

Dimana
rn = jari-jari lintasan elektron pada orbit ke-n
n = bilangan kuantum utama atau urutan orbitnya
r1 = jari-jari lintasan elektron pada orbit ke-1.

b. Elektron dapat berpindah lintasan ke lintasan yang lebih dalam dengan melepaskan energi atau pindah ke linsatan yang lebih luar dengan menyerap energi.

Hal ini dipostulatkan akibat tiap lintasan yang ada pada atom masing-masing memiliki tingkat energi tertentu yang dipengaruhi oleh bilangan kuantum utamanya. Untuk setiap lintasan elektron masing-masing memiliki energi:

energi elektron

Dimana semakin luar lintasan elektronnya maka energinya juga semakin tinggi begitupun sebaliknya semakin dalam lintasan elektron maka energinya akan semakin rendah.

Untuk dapat memindahkan elektron menuju kulit paling luar yang jaraknya tak berhingga dibutuhkan sejumlah energi tertentu yang disebut dengan energi ionisasi. Energi ionisasi elektron dapat ditentukan nilainya dengan menggunakan persamaan:

energi-ionisasi

Sekalipun model atom Bohr sudah menyempurnakan model atom Rutherford, model atom Bohr ini masih memiliki beberapa kelemahan, diantaranya adalah

  1. Model atom Bohr belum dapat menjelaskan adanya sub orbital pada setiap lintasan elektron
  2. Teori atom Bohr tidak dapat menerangkan berbagai fenomena dalam ikatan kimia, pengaruh medan magnet terhadap atom, dan spektrum atom berelektron banyak.

Contoh soal

1) Berapakah energi yang dilepaskan elektron saat berpindah dari orbit ke-3 menuju orbit ke-1

Penyelesaian

Dari soal kita dapat mengetahui bahwa n1 = 3; n2 = 1 sehingga untuk mengetahui energi yang dilepas kita dapat melihat dari selisih energinya yaitu:

2) Elektron atom hidrogen model Bohr mengelilingi inti atom dengan bilangan kuantum n. Bila energi ionisasi atom ini bernilai seperenam belas kali energi ionisasi atom dalam keadaan dasarnya, berapakah nilai n tersebut?

Penyelesaian

Dari soal dapat kita ketahui bahwa En=E1/16 sehingga untuk menentukan nilai n kita dapat menggunakan perbandingan sebagai berikut:

Continue Reading
Advertisement sweater-rajut-pria
You may also like...
Click to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

 

To Top