BAB
I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Materi teori atom bersifat abstrak
dan tidak dapat diamati langsung oleh siswa. Kenyataan ini mengakibatkan siswa kesulitan
dalam memahami konsep teori atom secara menyeluruh. Kebanyakan siswa menerima
pembelajaran teori atom seperti mempelajari sejarah, atau sesuatu yang sudah
ada dan harus mereka terima sebagaimana adanya.
Selama ini paradigma yang
mendominasi pembelajaran teori atom di sekolah adalah teacher-centered,
dimana guru melakukan proses transfer pengetahuan dengan berperan sebagai
sumber informasi dan siswa sebagai penerima informasi. Hal ini menimbulkan
asumsi siswa, bahwa untuk mempelajari teori atom mereka hanya perlu menyiapkan
kapasitas memori yang cukup besar untuk menyimpan semua konsep-konsep yang
dijelaskan oleh guru di kelas[1].
Atom merupakan bagian terkecil
penyusun suatu materi yang tidak dapat dibagi lagi. Bagian dalam atom terdiri
atas inti atom yang bermuatan positif dan negatif. Partikel dasar penyusun inti
atom adalah proton dan neutron, sementara partikel dasar penyusun kulit atom
adalah elektron.
Berdasarkan penelitian, banyak
siswa yang belum mampu memahami konsep struktur atom karena kurangnya
pembahasan yang lebih mendalam. Oleh karena itu, penulis ingin mengkaji tentang
struktur atom lebih dalam seperti konsep-konsep dasar dan aplikasinya.
1.2.
Rumusan Masalah
1.2.1
Apa yang dimaksud dengan
struktur atom?
1.2.2
Apa yang dimaksud
dengan spektrum atom hidrogen?
1.2.3
Apa yang dimaksud
dengan teori atom Bohr?
1.2.4
Apa saja kelemahan
teori atom Bohr?
1.2.5
Bagaimana aplikasi teori
atom Bohr?
1.2.6
Apa yang dimaksud
dengan teori atom mekanika gelombang?
1.3.
Tujuan
1.3.1
Untuk mengetahui yang
dimaksud dengan struktur atom
1.3.2
Untuk mengetahui yang
dimaksud dengan spektrum atom hidrogen
1.3.3
Untuk mengetahui tentang
teori atom Bohr
1.3.4
Untuk mengetahui kelemahan
teori atom Bohr
1.3.5
Untuk mengetahui
aplikasi teori atom Bohr
1.3.6
Untuk mengetahui yang
dimaksud dengan teori atom mekanika gelombang
BAB II
PEMBAHASAN
2.1
Struktur Atom
“Tidak
luput dari pengetahuan Tuhanmu biarpun sebesar dzarah (atom) di bumi ataupun dilangit.
Tiada yang lebih kecil dan tiada yang lebih besar dari itu melainkan tertulis
dalam kitab yang nyata” (QS Yunus: 61)
Satuan
terkecil dari materi adalah atom. Semua atom terdiri atas komponen yang sama
yaitu sebuah inti dan elektron[2].
Inti sebuah atom memiliki komponen didalamnya, yaitu proton dan neutron. Sedangkan
elektron terus berputar mengelilingi inti atom karena muatan listriknya. Semua
elektron bermuatan negatif (–) dan semua proton bermuatan positif (+) sedangkan
neutron netral. Elektron yang bermuatan negatif ditarik oleh proton yang
bermuatan positif pada inti atom. Sebagaimana firman Allah bahwa segala sesuatu
yang diciptakan berpasang-pasangan. Hal ini tertuang dalam Qs. Adz Dzaariyaat :
49
Artinya:
“Dan
segala sesuatu Kami ciptakan berpasang-pasangan supaya kamu mengingat kebesaran
Allah”
Elektron
tidak meninggalkan inti, meskipun ada gaya sentrifugal yang terjadi akibat
kecepatan elektron. Atom memiliki elektron di bagian luarnya sedangkan proton
dalam jumlah yang sama di bagian pusatnya, sehingga muatan listrik atom berada
dalam keadaan seimbang. Namun, baik volume maupun massa proton lebih besar
daripada elektron. Walaupun demikian, muatan listrik total keduanya tetap sama
besar[3].
2.1.1 Perkembangan Teori Atom
Pengembangan
konsep atom-atom secara ilmiah dimulai oleh John Dalton (1805), kemudian
dilanjutkan oleh Thomson (1897), Rutherford (1911), dan disempurnakan oleh Bohr
(1914).
Hasil
eksperimen yang memperkuat konsep atom ini menghasilkan gambaran mengenai
susunan partikel-partikel tersebut di dalam atom. Gambaran ini berfungsi untuk
memudahkan dalam memahami sifat-sifat kimia suatu atom. Gambaran susunan
partikel-partikel dasar dalam atom disebut model atom.
2.1.1.1.
Model Atom Dalton
Dalton merumuskan bahwa Atom
merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi. Suatu
unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda. Sementara
itu menurut Dalton suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain. Atom-atom
bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan yang sederhana.
Misalnya air terdiri atas
atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen. Reaksi kimia merupakan pemisahan atau
penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat
diciptakan atau dimusnahkan.
2.1.1.2.
Model Atom J.J Thomson
Thomson
merupakan salah satu peneliti elektron mengemukakan model atom. Dalam model
atom Thomson, atom dimodelkan terdiri atas bahan bermuatan positif dan elektron
bermuatan negatif yang tersebar merata dalam muatan positif tersebut. Jadi,
dalam model Thomson atom dimodelkan seperti roti kismis dengan elektron
seolah-olah kismisnya dan muatan positif seolah-olah rotinya[4].
2.1.1.3.
Model Atom Rutherford
Adanya partikel alfa yang terpantul pada penembakan lempengan emas tipis
dengan sinar alfa mengejutkan Rutherford. Partikel α yang terpantul
itu telah menabrak sesuatu yang sangat padat dalam atom. Fakta ini tidak sesuai
dengan yang dikemukakan J.J Thomson dimana atom digambarkan bersifat homogen
pada seluruh bagiannnya (tidak mengindikasikan adanya bagian yang lebih padat).
Pada tahun 1911, Rutherford dapat menjelaskan
penghamburan sinar α dengan mengajukan gagasan tentang inti atom. Menurut Rutherford,
sebagian besar massa dan muatan positif atom terkonsentrasi pada bagian pusat
atom yang selanjutnya disebut inti atom. Jarak dari inti hingga kulit atom
disebut jari-jari atom. Ukuran
jari-jari atom adalah sekitar 10-8cm, sedangkan jari-jari inti atom
adalah 10-13cm. Jadi, sebagian besar dari atom merupakan ruang
hampa. Bila diameter inti diibaratkan 1cm, maka penampang atom ibarat lapangan
bulat dengan diameter 1km.[5]
2.1.1
Inti Atom
Inti
atom merupakan kumpulan dari dua jenis nukleon (partikel penyusun inti), yaitu
proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan atau netral.
Inti atom merupakan salah satu bagian dari atom yang bermuatan positif. Inti
atom dikelilingi elektron yang bermuatan negatif.
2.1.1.3 Proton
Proton
ditemukan pertama kali oleh Eugen Goldstein (1850-1930). Ia melakukan eksperimen
dengan tabung sinar katode. Dari eksperimennya, Goldstein menemukan fakta bahwa
apabila katode tidak berlubang, maka gas yang ada di belakang katode tetap
gelap. Jika katode diberi lubang, maka gas yang ada dibelakang katode akan
berpijar.
Bukti
tersebut menunjukkan adanya radiasi yang berasal dari anode, kemudian menerobos
lubang pada katode dan memijarkan gas yang ada dibelakang katode. Radiasi
tersebut dinamakan dengan sinar anode atau sinar positif. Partikel yang berasal
dari anode ternyata bergantung pada jenis gas dalam tabung. Partikel terkecil
diperoleh dari gas hidrogen yang kemudian dikenal sebagai Proton. Ditemukan
bahwa massa satu proton = 1837 x 9,11.10-8 gram = 1,673 x 10-24
gram. Ukuran inti atom jauh lebih kecil
dari ukuran atom itu sendiri dan hampir sebagian besar tersusun dari proton dan
neutron.
2.1.1.4 Neutron
Pada
tahun 1932, James Chadwick menemukan partikel dasar ketiga yang terletak dalam
inti, yaitu neutron[6].
Neutrom tersebut didapat setelah ditemukan permasalahan bahwa jika hampir semua
massa atom terhimpun pada inti (sebab massa elektron sangat kecil dan dapat
diabaikan) ternyata jumlah proton dalam inti belum mencukupi untuk sesuai
dengan massa atom jadi, dalam inti pasti ada partikel lain. Massa sebuah
neutron adalah 1,675 x 10-24 gram, hampir sama atau boleh dianggap sama oleh
massa sebuah proton.
2.1.1.5 Elektron
Elektron
ditemukan oleh Joseph John Thomson pada tahun 1897. Dasar dari penemuan
elektron ini adalah percobaan yang dilakukan Sir Humthry Davy pada tahun 1821, yang
dikenal dengan percobaan hantaran listrik melalui tabung hampa.
Thomson
membuktikan bahwa elektron merupakan partikel penyusun atom,bahkan Thomson
mampu menghitung perbandingan muatan terhadap massa elektron (e/m), yaitu 1,759
x 108 Coulomb/gram. Jumlah elektron dalam suatu atom merupakan nomor
atom suatu atom.
2.1.2
Kulit Atom
Kulit
atom adalah lintasan elektron beredar mengelilingi atom. Peredaran elektron
berada di dalam kulit lintasan yang berdiri dari beberapa tingkatan energi elektron.
Tingkat yang paling rendah adalah kulit yang paling dekat dengan kulit atom,
yakni kulit K. Kemudian tingkatan energi yang lebih tinggi lagi adalah kulit
L,M,N,O, dan seterusnya.
Ada
tujuh kulit elektron disekeliling inti atom. Pada setiap kulit terdapat elektron
dalam jumlah tertentu. Mungkinkah pernyataan “tujuh langit yang digunakan dalam
Al qur’an untuk menggambarkan lapisan-lapisan yang membentuk langit,
dimaksudkan juga sebagai kulit elektron yang seakan-akan menjadi langit dari
atom[7].
Hal tersebut terdapat dalam Qs Al Mulk : 3
Artinya:
“Yang
telah menciptakan tujuh langit berlapis-lapis. Kamu sekali-kali tidak melihat
pada ciptaan Tuhan Yang Maha Pemurah sesuatu yang tidak seimbang. Maka lihatlah
berulang-ulang, adakah kamu lihat sesuatu yang tidak seimbang?”
Menurut
hukum Pauli, jumlah elektron yang terdapat dalam kulit atom sesuai dengan rumus
2n2 dimana n adalah nomor kulit. Untuk lengkapnya, perhatikan
komposisi jumlah elektron dalam kulit atom pada tabel berikut!
Tabel 2.1.2 Komposisi Jumlah Elektron
Dalam Kulit Atom
|
Nomor Kulit
(n)
|
Kulit
|
Jumlah
Elektron Maksimum Pada Tiap Kulit (2n2)
|
|
1
|
K
|
2 x 12 =
2 elektron
|
|
2
|
L
|
2 x 22
= 8 elektron
|
|
3
|
M
|
2 x 32
= 18 elektron
|
|
4
|
N
|
2 x 42
= 32 elektron
|
|
5
|
O
|
2
x
52 = 50 elektron
|
2.1.3
Nomor Atom dan Nomor
Massa
Suatu
atom memiliki sifat dan massa yang khas satu sama lain. Dengan penemuan
partikel penyusun atom, dikenal dengan istilah nomor atom (Z) dan nomor massa
(A).
2.1.3.3
Nomor Atom (Z)
Jumlah proton dalam suatu atom
disebut nomor atom dan diberikan lambang Z. Nomor atom ini merupakan ciri khas
suatu unsur, karena atom bersifat netral sehingga jumlah proton sama dengan
jumlah elektronnya. Nomor atom juga menunjukkan jumlah elektron. Elektron
inilah yang nantinya paling menentukan sifat suatu unsur.[8]
2.1.3.4
Nomor Massa (A)
Oleh sebab massa elektron sangat
kecil, sehingga massa atom ditentukan oleh inti atom yaitu proton dan neutron.
Nomor massa ditulis tegak keatas sebelum lambang unsur.
2.2
Spektrum Atom
Setiap unsur mempunyai spektrum yang
unik. Garis-garis khas dalam spektrum atom dapat digunakan dalam analisis
kimia. Bila garis-garis spektrum pancar dari unsur diketahui, maka identitas
unsur dengan cepat ditentukan. Secara umum spektrum atom adalah berkas cahaya
yang dipancarkan oleh suatu atom. Apabila atom dipanaskan sampai tidak memecah
maka atom akan mengalami eksitasi atau atom dalam keadaan tidak stabil, maka
atom akan berusaha kembali kekeadaan semula yang stabil sambil melepaskan
energi yang kelebihan dalam bentuk cahaya.
Spektrum menghasilkan cahaya yang
relatif sedikit komponen panjang gelombang yang biasa disebut dengan spektrum
diskontinu atau spektrum atom (spektrum garis). Sedangkan spektrum yang terdiri
dari banyak komponen panjang gelombang dikatakan spektrum kontinu.
Sejak ditemukannya metode spektroskopi
untuk mempelajari unsur-unsur dalam alam, penelitian tentang unsur-unsur
tersebut semakin pesat baik yang menyangkut penelitian dan pengembangan unsur
itu sendiri maupun aplikasi dan manfaatnya pada kehidupan manusia. Salah satu
aktivitas penelitian dan pengembangan terhadap unsur adalah menyangkut
teknologi pengamatan spektrum yang dipancarkan.[9]
Setiap unsur mempunyai spektrum atom
yang khas. Bisa diumpamakan sebagai sidik jari atom. Robert Bunsen (1811-1899)
dan Gustav Kirchhoff (1824-1887) mengembangkan spektroskop pertama dan
menggunakannya untuk mengidentifikasi suatu unsur. Pada tahun 1860, mereka
menemukan unsur baru dan menamainya Cesium dalam bahasa latin berarti biru
langit. Sebab pada unsur-unsur tersebut terdapat garis-garis biru yang khas
pada spektrumnya. Mereka juga menemukan Rubidium pada tahun 1861 dengan cara
yang sama dalam bahasa latin yang berarti merah tua. Dapat disimpulkan spektrum
atom hanya terdiri atas sejumlah kecil garis dengan panjang gelombang yang
terdeskripsi dengan baik[10].
Atom
juga dapat menyerap atom yang
memancarkan cahaya. Pada tahun 1864, Maxwell menyatakan bahwa cahaya adalah
gelombang elektromagnetik, yaitu gelombang listrik dan magnet yang bergerak
bersamaan menuju satu arah, tetapi dalam bidang gelombang yang saling tegak
lurus. Menurut Maxwell gelombang elektromagnetik yang diuraikan
menurut panjang gelombangnya disebut Spektrum. Berdasarkan daerahnya,spektrum
sinar dapat dibagi atas sinar gama (0,2-10nm), sinar X (10-100nm), ultraviolet
(100-400nm), sinar tampak (400-700nm), inframerah (700-20000nm).
Spektrum atom dapat dihasilkan jika
cahaya melalui sebuah prisma contohnya seberkas cahaya matahari yang melewati
prisma akan terurai menjadi tujuh warna: merah, jingga, kuning, hijau, biru,
nila, dan lembayung[11].
2.3
Spektrum Atom Hidrogen
Spektrum atom yang paling banyak dikaji
adalah spektrum atom hidrogen. Cahaya dari lampu hidrogen tampak oleh mata
sebagai warna ungu kemerahan. Pada tahun 1913, tidak lama setelah penemuan
Planck dan Einstein, fisikawan Denmark Neils Bohr memberikan penjelasan
teoretis untuk spektrum pancar atom hidrogen. Cara penyelesaian Bohr sangat
rumit dan tidak dianggap benar dalam semua aspek detailnya. Dalam atom
hidrogen, dipercaya bahwa gaya tarik elektrostatik antara proton (diibaratkan matahari)
yang positif dan elektron (diibaratkan planet) yang negatif menarik elektron ke
dalam dan gaya ini diimbangi secara tepat oleh percepatan yang disebabkan oleh
gerak melingkar elektronnya.
Model atom Bohr menyertakan gagasan tentang gerakan elektron dalam orbit
melingkar, namun ia memasukkan syarat yang ketat. Tiap elektron dalam atom
hidrogen hanya dapat menempati orbit tertentu. Karena tiap orbit memiliki
energi tertentu, energi yang berkaitan dengan gerakan elektron pada orbit yang
diizinkan harus mempunyai nilai yang konstan, atau terkuantitas.
Teori
atom Bohr dapat menjelaskan terjadinya spektrum emisi dan absorbsi dari atom
hidrogen, karena adanya transisi elektron dari satu orbit ke orbit yang lain.
Untuk atom hidrogen elektron paling stabil bila berada pada n = 1 (pada keadaan dasar) dan jika n > 1, akan kurang stabil,
disebut keadaan tereksitasi,
bila elektron kembali ke keadaan dasar akan dipancarkan energi. Suatu atom atau
molekul dapat berada dalam keadaan tereksitasi karena pengaruh pemanasan atau
listrik, dan akan kembali ke keadaan dasar dengan memeancarkan energi radiasi
sebagai spektrum garis yang besar nya sama dengan perbedaan energi antara kedua
tingkat energi yang bersangkutan.[12]
Dimana spektrum
emisi merupakan sinar berasal dari zat yang memencarkan sinar dengan gelombang
tertentu, dan tampak berupa garis-garis terpisah. Sedangkan spektrum absorbs
adalah spektrum sinar yang pada bagian-bagian tertentu tidak terisi atau
kosong, dan dapat terjadi bila seberkas sinar yang mengandung berbagai panjang
gelombang dilewatkan ke dalam zat yang hanya menyerap beberapa gelombang. Gelombang
yang tidak di serap jika dilewatkan ke dalam prisma akan menghasilkan spektrum
absorpsi[13].
Hal ini memunculkan sejumlah deret
garis yang dinamakan dengan nama penemunya[14].
Tabel 2.3
Menunjukkan Deret Spektrum Atom Hidrogen
|
Nama Seri
|
Daerah Spektrum
|
|
Lyman (1915)
|
Ultra-violet
|
|
Balmer (1885)
|
Tampak
|
|
Paschen (1986)
|
Inframerah dekat
|
|
Brackett (1922)
|
Inframerah
|
|
Plund (1925)
|
Inframerah jauh
|
Spektrum emisi atom hidrogen bebas
dalam keadaan tereksitasi ternyata terdiri atas beberapa set garis-garis spektrum
yaitu satu set dalam daerah UV (ultra-violet), satu set dalam daerah tampak
(visible) dan beberapa set dalam daerah inframerah dari spektrum elektro
magnetik seperti ditunjukkan oleh gambar spketrum ini diperoleh bila cahaya
pucat kebiruan dari gas hidrogen yang dipijarkan (artinya, teratomisasi)
dilewatkan pada sebuah prisma gelas.
2.4 Teori Atom Bohr
Seorang fisikawan Denmark, Neils Bohr pada tahun 1913 mengemukakan sebuah teori atom yang dikenal dengan nama
teori atom Bohr yang berbunyi:
”elektron-elektron hanya
menempati orbit-orbit tertentu disekitar inti atom, yang masing-masing terkait
sejumlah energi kelipatan dari suatu nilai kuantum dasar”[15]
Menurutnya atom ternyata mirip dengan sistem planet mini, dengan
elektron-elektron mengitari inti atom seperti halnya planet-planet mengitari
matahari. Dengan alasan yang sama bahwa sistem
tata surya tidak runtuh karena tarikan gravitasi antara matahari dan tiap
planet, atom juga tidak runtuh karena tarikan elektron statik Coulomb antara
inti atom dan tiap elektron[16].
Selanjutnya, Bohr
juga berhasil menjelaskan terjadinya spektrum yang bersifat diskrit. Dimana diskrit merupakan peristiwa elektron dalam atom yang hanya dapat bergerak dalam lintasan-lintasan tertentu. Bohr mempostulatkan
bahwa gelombang elektromagnetik alam dipecahkan bila elektron berpindah dari
orbit yang berenergi lebih tinggi ke orbit yang berenergi lebih rendah. Sebaliknya,
elektron dapat berpindah ke orbit yang energinya lebih tinggi bila mendapat
energi dari gelombang elektromagnetik dari luar. Karena orbit bersifat diskrit,
maka energi yang muncul dari spektrum dari spektrum atom hidrogen juga diskrit.
Ini menjawab teka-teki yang tak dapat dijawab oleh model atom Rutherford.
2.5 Aplikasi Teori
Atom Bohr
Manfaat dan
aplikasi dari model atom Bohr dalam kehidupan sehari-hari adalah :
2.5.1
Berkaitan
dengan gaya tarik memberikan gaya sentripetal yaitu mengenai Coulumb. Yang
aplikasinya dalam kehidupan kita adalah arus yang dihantarkan oleh tenaga
listrik yang dapat memberikan penerangan pada kehidupan kita
2.5.2
Bohr
juga menjelaskan tentang spektrum pancar karena spektrum garis dijelaskan dalam
atom hidrogen. Artinya pancaran itu dapat dikatakan sebagai cahaya. Cahaya yang
dijelaskan pada Bohr adalah sebagai spektrum garis yang dapat memancarkan
cahaya-cahaya. Misalnya dalam kehidupan kita yaitu terjadinya loncatan api
listrik dalam tabung berisi uap suatu zat, dengan
mengikuti proses yang ada maka garis cahaya yang nampak itu berwarna biru-hijau
dan diterapkan dalam kehidupan kita untuk lampu hijau lalu lintas
2.5.3
Dalam
spektrum garis ada kaitan dengan ultra violet yaitu dimana ultra violet
memancarkan radiasi, seperti inframerah yang contohnya pada Handphone.
2.6
Kelemahan Teori Atom Bohr
Model atom
Bohr dapat menjelaskan kestabilan atom dan spektrum atom hidrogen. Akan tetapi,
model ini mempunyai kelemahan, antara lain:
2.6.1
Model
atom Bohr hanya dapat menjelaskan spektrum atom hidrogen secara akurat, tetapi
gagal menjelaskan spektrum atom yang lebih kompleks.
2.6.2
Asumsi
bahwa elektron mengelilingi inti dalam orbit melingkar tidak sepenuhnya benar
karena orbit yang berbentuk elips dimungkinkan.
2.6.3
Model
atom Bohr tidak dapat menjelaskan adanya garis-garis halus pada spektrum atom
hidrogen. Hal ini dikarenakan Bohr menganggap elektron hanya sebagai partikel.
Teori atom selanjutnya menggunakan sifat dualisme elektron, yaitu elektron
sebagai partikel dan elektron sebagai gelombang. Sifat ini menyebabkan posisi
elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti akan tetapi merupakan
keboleh jadian.Teori atom Bohr tidak dapat
menjelaskan adanya modifikasi pengaruh medan magnet dalam atom hidrogen.
2.7 Teori Atom
Mekanika Gelombang
Jika satu garis spektrum hidrogen
diperhatikan dengan cermat ternyata terdiri atas garis-garis kecil yang sangat
berdekatan. Fakta ini tidak dapat dijelaskan oleh Bohr dan merupakan kelemahan
teorinya. Kemudian para ahli berupaya mendapatkan teori yang lebih meyakinkan.
Perhatian diarahkan pada sifat khusus partikel, seperti foton, elektron, dan
neutron. Akhirnya melahirkan teori atom mekanika gelombang.
Ada beberapa teori yang dikemukakan
oleh para ilmuwan mengenai model atom mekanika gelombag ini, yaitu:
v Max Planck, menyatakan bahwa gelombang electromagnet harus
dipandang sebagai gelombang dan partikel
v Louis de Brougli, menyatakan bahwa electron tidak memiliki
lintasan tertentu dan menempati jarak-jarak tertentu dari inti atom. Gerakan
materi adalah suatu gerakan gelombang, dengan demikian elektron yang merupakan
materi juga merupakan gerakan gelombang
v Warner Heisenberg, menyatakan bahwa tidak mungkin menentukan
kecepatan sekaligus posisi elektron dalam ruang, yang dapat ditentukan adalah
kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom
v Erwin Scrodinger, berhasil merumuskan persamaan untuk
menggambarkkan elektron pada atom dengan mnggunakan model atom modern. Model
ini menyatakan bahwa elektro-elektron dalam atom mengelilingi inti atom pada
tingkat energy tertentu.[17]
Hukum-hukum
fisika klasik sering dianggap sebagai kebenaran yang bersifat universal. Dalam
fisika klasik, sifat-sifat fisika dapat diramalkan dengan pasti.Akan tetapi,
hukum fisika klasik ini memiliki masalah dengan eksperimen kuantum, yaitu
kecenderungan yang tampaknya tidak dapat dihindari manusia ketika mempengaruhi
situasi dan kecepatan partikel yang begitu kecil. Hal ini terjadi hanya pada
pengamatan partikel saja dan membuat para fisikawan kuantum frustasi.
Selama
tahun 1920-an melalui suatu percobaan hipotesis Niels Bohr dan Werner
Heisenberg berusaha menentukan sampai berapa jauh kecepatan yang dapat
diperoleh dalam penentuan sifat-sifat partikel sub-atomik. Dalam percobaan
hipotesisnya, mereka menggunakan variabel x sebagai kedudukan partikel dan
variabel p sebagai momennya. Kesimpulan dari percobaan hipotesis ini adalah
bahwa dalam pengukuran kecepatan dan kedudukan partikel sub-atomik selalu
terdapat ketidakpastian atau dengan kata lain “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”.
Persamaan yang dikenal dengan prinsip
ketidakpastian Heisenberg ini begitu penting sebab persamaan ini memperlihatkan
bahwa kedudukan dan momen suatu partikel tidak dapat diukur dengan ketepatan
tinggi sekaligus. Gerakan lintasannya pun tidak dapat diramalkan dengan pasti.[18]
Penemuan
prinsip ketidakpastian oleh Heisenberg ini memunculkan suatu teori baru
mengenai model atom, yakni model atom mekanika gelombang. Model atom mekanika
gelombang dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926). Berdasarkan prinsip
ketidakpastian Heisenberg, terdapat suatu daerah ruang di sekitar inti dengan
kebolehjadian untuk mendapatkan elektron yang disebut dengan 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.
2.7.1
Ciri khas model atom mekanika gelombang
2.7.1.1. Gerakan elektron
memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya
tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian
kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga dimensi dari kebolehjadian
paling besar ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu atom).
2.7.1.2. Bentuk dan ukuran
orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang
menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut).
2.7.1.3. Posisi elektron
sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti,
tetapi boleh jadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.
2.7.2
Orbital Atom dalam Mekanika Gelombang
Istilah
orbital atom dapat secara langsung merujuk pada daerah tertentu pada sekitar
atom yang ditentukan oleh fungsi matematis kemungkinan penemuan elektron
didaerah tersebut. Secara spesifik, orbital atom menyatakan keadaan-keadaan
kuantum yang mungkin dari suatu elektron dalam sekumpulan elektron di sekeliling
atom. Kita dapat menganalogikan orbital atom ini seperti planet yang
mengelilingi matahari. Namun bila beranalogi menggunakan planet mengelilingi
Matahari, elektron tidak dapat digambarkan sebagai partikel padat, sehingga
orbital atom pula tidak akan menyerupai lintasan revolusi planet. Orbital atom
dapat dianalogikan lebih akurat dengan cara mengilustrasikan atmosfer dan
planet dimana atmosfer (sebagai elektron) yang berada di sekeliling planet
kecil (sebagai inti atom).
Orbital
atom dengan persis menggambarkan bentuk geometri atmosfer ini hanya ketika
terdapat satu elektron yang ada dalam atom. Ketika elektron yang lebih banyak
ditambahkan pada suatu atom, elektron tambahan tersebut cenderung mengisi
volume ruang di sekeliling inti atom secara merata sehingga kumpulan elektron
(kadang-kadang disebut "awan elektron") tersebut umumnya cenderung
membentuk daerah probabilitas penemuan elektron yang berbentuk bola.
Gambar 2.7 (a) :
Gambar Orbital Elektron Dalam Mekanika Gelombang
Orbital-orbital
pada gambar di atas disusun seiring dengan meningkatnya energi.Perhatikan bahwa
orbit atom adalah fungsi dari tiga variabel (dua variabel sudut, dan satu
variabel jari-jari r). Penggambaran di atas adalah sesuai dengan komponen sudut
orbital, namun tidaklah sepenuhnya dapat mewakili keseluruhan bentuk orbital
yang ada.
Gagasan
bahwa elektron dapat berevolusi di sekeliling inti atom dengan momentum sudut
yang pasti diargumenkan dengan penuh keyakinan oleh Niels Bohr pada tahun 1913,
dan fisikawan Jepang Hantaro Nagaoka pun telah mempublikasi hipotesis perilaku
orbit elektron seawal tahun 1904.Namun adalah penyelesaian persamaan
Schrodinger pada tahun 1926 untuk gelombang elektron pada atom yang memberikan
fungsi matematis orbital atom modern.
Oleh
karena itu, berbeda dengan "orbit" mekanika klasik, istilah
"orbit" elektron pada atom digantikan dengan istilah orbital, yang
diciptakan oleh kimiawan Robert Mulliken pada tahun 1932.Orbital atom umumnya
dideskripsikan sebagai fungsi gelombang dengan bilangan kuantumn, l, m yang
berkorespondensi dengan energi, momentum sudut, dan arah momentum sudut
pasangan elektron secara berurutan.Setiap kombinasi tiga bilangan kuantum n, l,
m dan berkaitan denganorbital elektron yang berbeda-beda. Semua orbital yang
mempunyai nilai bilangan kuantum n yang sama, dikatakan berada dalam kulit
elektron utama atau peringkat utama yang sama dan semua orbital yang mempunyai
nilai l yang sama dikatakan berada dalam sub kulit atau sub peringkat yang
sama. Tiap-tiap orbital (ditentukan oleh sehimpunan bilangan kuantum yang
berbeda) yang secara maksimal hanya dapat menampung dua elektron ini memiliki
nama klasik s,p,d, dan f. Nama-nama ini berasal dari karakteristik yang
terpantau pada garis spektroskopi masing-masing, yakni sharp, principal, diffuse,
dan fundamental. Nama orbital setelah orbital f dinamakan secara alfabetis
mulai dari g. Setiap jenis orbital memiliki bentuk geometri yang khas. Berikut
penjelasan untuk tiap jenis orbital:
2.7.2.1
 |
Orbital yang paling sederhana adalah orbital s dimana pada setiap subkulit s terdiri atas 1 buah orbital yang berisi 2 elektron. Orbital s berbentuk bola simetri yang menunjukkan bahwa elektron memiliki kerapatan yang sama, jika jarak dari inti atom juga sama. Ukuran orbital atom dipengaruhi oleh besarnya nilai bilangan kuantum utama, yaitu semakin besar nilai bilangan kuantum utamanya, maka ukuran orbital atomnya juga semakin besar.
Gambar 2.7 (b) : Gambar Bentuk
Orbital S
2.7.2.2
Orbital p berbentuk seperti balon terpilin. Kepadatan
elektron tidak tersebar merata, melainkan terkonsentrasi dalam dua daerah yang
terbagi sama besar dan terletak pada dua sisi berhadapan dari inti yang
terletak di tengah. Subkulit p terdiri atas 3 orbital dan tiap orbital
bentuknya sama. Hanya saja meskipun memiliki bentuk yang sama, ketiganya
memiliki arah orientasi yang berbeda.
Gambar 2.7 (c) : Gambar Orbital Atom Bentuk P
2.7.2.3
 |
Orbital d memiliki 5 orbital dengan bentuk yang kompleks dan orientasi yang berbeda. Empat orbital memiliki bentuk yang sama, sementara satu orbital bentuknya berbeda. Keempat orbital tersebut mempunyai kepadatan elektron yang bentuknya sama tetapi memiliki perbedaan pada arah berkumpulnya kepadatan elektron. Sementara satu orbital lagi bentuknya berbeda dari yang keempat orbital sebelumnya, namun energi yang dimiliki oleh orbital ini sama dengan keempat orbital tersebut.
Gambar 2.7
(d) : Gambar Orbital Bentuk D
2.7.2.4
Orbital f memiliki bentuk orbital yang lebih rumit dan lebih
kompleks dibandingkan orbital s, p dan d. Setiap subkulit f mempunyai 7 orbital
dengan energi yang setara. Orbital f ini hanya digunakan untuk unsur-unsur
transisi yang letaknya lebih dalam.
Gambar
2.7 (e) : Gambar Orbital Atom Bentuk F
2.7.3
Prinsip eksklusi dan Konfigurasi Elektron
Konfigurasi
elektron menggambarkan susunan elektron dalam atom. Dalam menentukan
konfigurasi elektron suatu atom, ada 3 aturan yang harus dipertimbangkan dalam
penentuan konfigurasi elektron suatu atom dan prinsip ini berlaku untuk
bermacam-macam unsur, yaitu : Aturan Aufbau, Aturan Pauli, dan Aturan Hund.
2.7.3.1
Aturan Aufbau
Pengisian
orbital dimulai dari tingkat energi yang rendah ke tingkat energi yang tinggi. Elektron
mempunyai kecenderungan menempati terlebih dulu subkulit yang energinya rendah.
Besarnya tingkat energi dari suatu subkulit dapat diketahui dari bilangan
kuantum utama (n) dan bilangan kuantum azimuth (l) dari orbital tersebut.
Orbital dengan harga (n + l) lebih besar mempunyai tingkat energi yang lebih
besar. Jika harga (n + l) sama, maka orbital yang harga n-nya lebih besar
mempunyai tingkat energi yang lebih besar. Urutan energi dari yang paling
rendah ke yang paling tinggi sebagaimana diagram yang dibuat oleh Mnemonik
Moeler adalah sebagai berikut:
 |
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d ….
Gambar 2.7 (f) : Diagram Mnemorik Moeler
2.7.3.2
Aturan Pauli (Eksklusi Pauli)
Aturan
ini dikemukakan oleh Wolfgang Pauli pada tahun 1926. Yang menyatakan “Tidak boleh terdapat dua elektron dalam satu
atom dengan empat bilangan kuantum yang sama”. Aturan Pauli dikenal juga
dengan prinsip eksklusi. Pauli menemukan prinsip eksklusi ini ketika ia
mempelajari spektrum atomik. Kita bisa menentukan berbagai keadaan sebuah atom
dari spektrumnya, dan bilangan kuantum keadaan ini dapat di cari. Dalam
spektrum setiap unsur selai hidrogen, tidak terdapat sejumlah garis. Garis ini
bersesuaian dengan transisi dari dan keadaan yang memiliki kombinasi bilangan
kuantum tertentu. Jadi, dalam helium tidak teramati dari dan ke
konfigurasi keadaan dasar dengan kedua spin elektron berarah sama
sehingga menghasilkan spin total 1, walaupun transisi dari dan ke konfigurasi
keadaan dasar dengan spin elektron berlawanan sehingga spin totalnya nol,
teramati. Pada keadaan yang tidak mungkin, bilangan kuantum kedua elektron
harus sama dengan n = 1, l = 0, Ml = 0, dan Ms = ½ , sedangkan dalam
keadaan yang mungkin ada, satu elektron memiliki Ms = ½ dan yang lainnya
Ms = - ½ . Pauli menunjukan setiap keadaan atomic yang tidak teramati
mengandung dua atau lebih elektron dengan bilangan kuantum yang identik, dan
prinsip eksklusi merupakan pernyataan dari hasil eksperimen tersebut[19]
Orbital
yang sama akan mempunyai bilangan kuantum n, l, dan m yang sama tetapi yang
membedakan hanya bilangan kuantum spin (s). Dengan demikian, setiap orbital
hanya dapat berisi 2 elektron dengan spin (arah putar) yang berlawanan. Jadi,
satu orbital dapat ditempati maksimum oleh dua elektron, karena jika elektron
ketiga dimasukkan maka akan memiliki spin yang sama dengan salah satu elektron
sebelumnya.
Contoh :
Pada orbital 1s, akan
ditempati oleh 2 elektron, yaitu :
Elektron Pertama à
n=1, l=0, m=0, s= +½
Elektron Kedua à n=1,
l=0, m=0, s= – ½
Hal ini membuktikan
bahwa walaupun kedua elektron mempunyai n, l dan m yang sama tetapi mempunyai spin
yang berbeda.
2.7.3.3
Aturan Hund
Aturan
ini dikemukakan oleh Friedrick Hund pada tahun 1930 yang menyatakan bahwa
“elektron-elektron dalam orbital-orbital
suatu subkulit cenderung untuk tidak berpasangan”. Elektron-elektron baru
berpasangan apabila pada subkulit itu sudah tidak ada lagi orbital kosong.
Untuk memperlihatkan penyebaran elektron-elektron pada orbital-orbital dalam
suatu subkulit, konfigurasi elektron dituliskan dalam bentuk diagram orbital. Suatu
orbital digambarkan dalam bentuk kotak, sedangkan elektron yang menghuni
orbital digambarkan dengan dua anak panah yang berlawanan arah.Jika orbital
hanya mengandung satu elektron, maka anak panah yang ditulis mengarah ke atas. Dalam
menerapkan aturan hund, maka kita harus menuliskan arah panah ke atas terlebih
dahulu pada semua kotak, baru kemudian diikuti dengan arah panah ke bawah jika
masih terdapat elektron sisanya.
BAB III
PENUTUP
3.1
Kesimpulan
Atom
merupakan sebuah materi yang paling kecil. Didalamnya terdapat inti atom dan
dibagian luarnya terdapat electron. Elektron ditarik oleh proton pada inti
atom. Sebagaimana firman Allah bahwa segala sesuatu yang diciptakan
berpasang-pasangan, begitu halnya pula dengan atom. Beberapa ilmuwan turut
mengemukakan teori tentang atom, diantaranya John Dalton (1805), kemudian
dilanjutkan oleh Thomson (1897), Rutherford (1911), dan disempurnakan oleh Bohr
(1914).
Setiap
unsure mempunyai spectrum atom. Secara umum spektrum atom adalah berkas cahaya
yang dipancarkan oleh suatu atom. Alat spektroskopi mempermudah para ilmuwan
untuk mempelajari unsur-unsur dan spektrumnya. Spektrum atom yang paling banyak
dikaji adalah spektrum atom hidrogen. Cahaya dari lampu hidrogen tampak oleh
mata sebagai warna ungu kemerahan.
Neils Bohr mengemukakan bahwa elektron-elektron hanya menempati orbit-orbit
tertentu disekitar inti atom, yang masing-masing terkait sejumlah energi
kelipatan dari suatu nilai kuantum dasar. Manfaat dan aplikasi dari model atom Bohr dalam kehidupan
sehari-hari salah satunya arus yang dihantarkan oleh tenaga
listrik.
3.2
Saran
Dalam penulisan makalah, penulis mengalami kesulitan terutama dalam
mendapatkan referensi dan memahami bahasa buku referensi tersebut. Sehingga
informasi yang didapat kurang disampaikan secara maksimal dalam makalah ini.
Sebaiknya, pembaca juga mencari referensi lain untuk menambah wawasan yang
lebih banyak.
[6] Tim Penulis, Tuntutas Universitas, Graha Pustaka, Jakarta Selatan,
h.9
[9] Eko Prasetryo, 2007 , “Identifikasi
Unsur-Unsur Berdasarkan Spektrum Emisi Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan”, Jurnal Sains & Matematika (JSM) Volume 15 Nomor 1, Januari, h.9
[12] Suyanti Dwi Retno, 2011, “Efektifitas Paktiku Multimedia Struktur
Atom dalam Mengatasi Miskonsepsi Kimia Anorganik Mahasiswa”, Jurnal Pendidikan dan Kebudayaan Vol 17
Nomor 5, September, h.556
[15] John Gribbin, Fisika Kuantum, Erlangga, Jakarta, 2003
[16] Kenneth Krane, Fisika Modern, Universitas Indonesia,
Jakarta, 1992, h.244
DAFTAR PUSTAKA
Dwi
Retno, Suryanti.2011. “Efektifitas Paktikum Multimedia Struktur Atom dalam
Mengatasi Miskonsepsi Kimia Anorganik Mahasiswa”. Jurnal Pendidikan dan Kebudayaan Vol 17 Nomor 5. September.h.556
Dwi,
Agustin.2012.Kupas Tuntas 1001 Kimia.Jakarta:
Pustaka Widya Tama
Gribbin, John.2003.Fisika Kuantum.
Jakarta: Erlangga
Harun,Yahya.2003.Keajaiban pada Atom.Bandung: Dzikra
I.G,
Tan.1999. Fisika Modern. Jakarta:
Kemdikbud
Krane,Kenneth.1992.Fisika Modern.Jakarta: Universitas Indonesia
Petruci,
Ralp H 1987. Kimia DasarPrinsip dan
Terapan. Jakarta : Erlangga
Prasetyo,Eko.2007.
“Identifikasi Unsur-Unsur Berdasarkan Spektrum Emisi Menggunakan Jaringan
Syaraf Tiruan”.Jurnal Sains &
Matematika (JSM) Volume 15 Nomor 1.Januari.h.9
Purba,
Michael.2007.Kimia Untuk SMA. Jakarta:
Erlangga
Raymond, Chang.2005.Kimia
Dasar Jilid 1.Jakarta:
Erlangga
Refelita,
Fitri.2011.Kimia Dasar 1. Pekanbaru:
Cadas Press
Sannah
dkk.2013.Pengembangan LKS.Lampung:
FKIP Universitas Lampung
Setyawati,
AA.2009.Mengkaji Fenomena Alam.
Jakarta: Kemdikbud, Jakarta
Sukardjo.2004.Kimia Fisika. Jakarta: Rineka Cipta
Syukri,
S.1999. Kimia Dasar 1, ITB, Bandung,
Tim
Penulis.Tuntutas Universitas. Jakarta Selatan: Graha Pustaka
