Teori Atom Modern – Grameds! Tahukah kalian bahwa dalam pelajaran Fisika, teori atom merupakan materi yang dasar untuk dipelajari, loh. Wah, jika memang benar begitu, kita harus mempelajari materi ini terlebih dulu sebelum mengenal Fisika lebih jauh. Atom ialah partikel-partikel terkecil yang tidak dapat dibagi-bagi sebagai bahan penyusun suatu materi. Ukurannya yang sangat kecil membuat kita tidak dapat mengamati atom secara langsung maupun dengan menggunakan alat bantu. Nah, untuk lebih jelasnya, yuks simak dan pelajari materi di bawah ini ya!
Daftar Isi
Pengertian Teori Atom Modern
Istilah atom berasal dari bahasa Yunani yaitu “Atomos”, yang artinya tidak dapat dibagi-bagi lagi. Seorang ilmuwan asal Yunani pulalah yang mencetuskan teori atom pada abad ke-4 masehi. Sosok ilmuwan itu adalah Democritus, baginya atom merupakan benda yang sangat kecil dan tidak dapat dibagi-bagi lagi.
Kemudian Democritus berpendapat bahwa atom merupakan benda padat yang tidak memiliki struktur internal serta terdapat ruang kosong untuk pergerakannya. Selain itu, ia juga menjelaskan cara membedakan sifat atau material suatu atom dapat dilihat dari bentuk, massa, dan ukuran. Namun, model Democritus ini tidak terbukti dengan adanya eksperimen, sehingga bermunculanlah teori-teori atom baru berdasarkan hasil riset.
Salah satunya adalah teori atom modern atau yang lebih sering disebut teori atom mekanika kuantum. Teori atom modern merupakan teori yang menyatakan bahwa atom tersusun atas partikel kecil yang disebut sub atom yaitu, neutron (n), proton (p), elektron (e), dimana neutron dan potron merupakan inti dan elektron bergerak di sekeliling inti dengan kecepatan cahaya. Adapun yang mendasari lahirnya teori atom modern adalah dualisme partikel, asas ketidakpastian Heisenberg serta persamaan Schrodinger.
Model atom modern ini banyak disebut sebagai model awan elektron. Sehingga dalam penjelasannya dapat ditemukan beberapa unsur materi kimia di dalamnya. Nah, untuk lebih jelasnya kita simak penjelasan di bawah ini.
Perkembangan Teori Atom Menurut Ahli
Berdasarkan penjelasan di atas, dapat kita simpulkan bahwa konsep atom untuk pertama kali dikembangkan oleh Democritus. Kemudian konsep tersebut mengalami perkembangan sesuai dengan situasi alam yang ada. Hal inilah yang akhirnya banyak teori yang ditawarkan oleh para ahli dalam bidang Fisika.
Nah, Grameds, sebelum kita mengenal lebih dalam terkait teori atom modern menurut para ahli pencetusnya, lebih baik jika kita mempelajari perkembangan teori atom. Beberapa teori diantaranya termasuk latar belakang lahirnya teori atom modern. Berikut penjelasannya di bawah ini:
1. Teori Atom Dalton
Konsep Democritus kemudian dikembangkan oleh John Dalton untuk pertama kalinya. Sesuai dengan namanya, teori ini dikenal dengan teori atom dalton. Adapun isi dari teori atom dalton adalah:
- Atom merupakan partikel terkecil dari suatu unsur yang tidak dapat dibagi-bagi.
- Atom-atom dengan unsur sejenis memiliki sifat sama, sedangkan atom dengan unsur tidak sejenis memiliki sifat yang tidak sama.
- Reaksi kimia menghasilkan pemisahan atau penggabungan suatu atom.
- Suatu atom dapat bersatu dengan lainnya menjadi sebuah molekul dengan perbandingan bulat dan sederhana.
2. Teori Atom Thomson
Teori atom kedua ini merupakan bentuk perkembangan serta perbaikan dari teori sebelumnya. Pada tahun 1897, Thomson menemukan adanya partikel yang memiliki muatan negatif ada pada sebuah atom. Partikel tersebut kemudian dikenal dengan nama elektron.
Teori ini lebih dikenal sebagai teori roti kismis. Hal tersebut disebabkan elektron mengelilingi atom yang bermuatan positif, layaknya roti yang dikelilingi oleh kismis. Thomson juga menjelaskan bahwa atom yang memiliki muatan positif tersebar secara merata pada tubuh atom, kemudian mengalami penetralan karena terdapat elektron-elektron di sekitarnya.
3. Teori Atom Rutherford
Teori atom Rutherford dicetuskan oleh Ernest Rutherford, ia merupakan anak didik sekaligus rekan dari Thomson. Namun, ia melakukan perkembangan teori gurunya dengan dibantu oleh kedua asistennya. Pada tahun 1910, ia berhasil menemukan inti atom yang memiliki jari-jari lebih kecil dibanding dengan atom sendiri.
Setelah melakukan eksperimen panjang, ia berhasil menemukan perbedaan kejadian yang terjadi pada teori sebelumnya. Rutherford menemukan inti atom berada di dalam atom itu sendiri. Selain itu, inti atom ini bermuatan positif yang akhirnya menjadi pusat sekaligus dikelilingi oleh awan elektron bermuatan negatif.
4. Teori Atom Bohr
Adapun pencetus dari teori ini adalah Niels Bohr, seorang ilmuwan asal Denmark. Teori Bohr berhasil dikembangkannya setelah melakukan percobaan pada spektrum atom hidrogen. inilah yang akhirnya membuat Bohr menemukan teori layaknya peredaran planet yang mengelilingi tata surya. Adapun isi dari teori ini adalah:
- Atom dikelilingi oleh elektron pada orbit tertentu.
- Energi elektron bersifat tetap selama berada pada jalur lintasan.
- Elektron dapat berpindah pada satu kulit ke kulit lainnya dengan cara memancarkan energi.
- Lintasan yang mungkin terjadi pada elektron mempunyai momnetum sudut kelipatan bulat.
Teori Atom Modern Menurut Ahli
Adapun asal mula adanya teori atom modern merupakan bentuk pengembangan dari teori atom yang sudah ada, yaitu teori atom Bohr. Jika Grameds masih ingat, Bohr menjelaskan bahwa elektron mengelilingi atom dengan jarak tertentu yang disebut inti atom. Namun, berbeda dengan teori atom modern yang menjelaskan inti atom tidak dapat dipastikan serta diketahui letak posisinya. Berikut penjelasan dari ketiga ahli dalam teori atom modern:
1. Louis Victor de Broglie
Pada tahun 1923, Broglie mencetuskan sebuah penemuannya terkait atom. Ia menjelaskan bahwa pada atom terdapat gerakan partikel seperti elektron yang mempunyai sifat gelombang. Oleh sebab itu, berlaku hukum-hukum gelombang pada teori atom modern yang ia kemukakan.
2. Werner Heinsberg
Setelah penemuan Broglie, dicetuskan kembali teori baru terkait atom modern oleh Werner Heinsberg. Menurutnya kedudukan atau momentum elektron pada sebuah atom tidak dapat dipastikan secara tepat, sehingga berlaku asas ketidakpastian. Dengan kata lain, sebuah elektron yang bergerak mengelilingi inti hanya bisa ditentukan jaraknya dengan kemungkinan-kemungkinan saja bukan suatu yang mutlak.
3. Erwin Schrodinger
Sosok Schrodinger mulai dikenal saat pernyataannya terkait teori atom modern dikenal sebagai mekanika kuantum. Menurutnya elektron sama dengan gelombang materi, sehingga memiliki gerakan layaknya sebuah gelombang. Selain itu, ia menyatakan bahwa atom hanya bisa ditentukan daerah kemungkinan keberadaannya, ruangan tersebut dinamakan orbital.
Seiring dengan berjalannya waktu, ketiga teori tersebut saling melengkapi untuk mengemukakan penjelasan terkait atom. Kemudian bermunculan ilmuwan lainnya seperti, Paul Dirac, Max Born, dan Pauli yang semakin melengkapi ketiga teori yang ada. Teori atom modern ini mencoba menjelaskan materi berskala kecil seperti elektron dalam sebuah atom yang dapat digambarkan melalui penulisan konfigurasi elektron dan diagram orbital.
Contoh Teori Atom Modern
Beberapa hal terkait konsep dari teori atom modern akan dijelaskan secara rinci pada berikut ini:
1. Atom terdiri dari inti atom dan elektron yang mengelilinginya
Inti atom pada sebuah materi tersusun atas muatan positif seperti proton dan neutron. Sedangkan elektron berada di luar inti atom, bergerak mengelilingi dengan orbital tertentu yang disebut kulit atom. Orbital merupakan daerah kemungkinan ditemukannya sebuah elektron pada atom.
Konsep orbital dipengaruhi oleh sifat dualisme yaitu sebagai partikel dan gelombang. Selain itu, akan terbentuk sebuah persamaan yang menyatakan gerakan partikel elektron dalam mengelilingi inti atom yang digambarkan dalam bentuk koordinat Cartesius. Kemudian persamaan ini disebut juga dengan persamaan Schrodinger.
2. Kedudukan elektron pada garis orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum
Untuk menentukan posisi dari sebuah elektron dalam garis orbital, maka persamaan Schrodinger menghasilkan bilangan-bilangan kuantum. Bilangan-bilangan kuantum tersebut yaitu, bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimut (l), dan bilangan kuantum magnetik (m). Kemudian bilangan kuantum tersebut dinyatakan dalam bentuk bilangan bulat sederhana. Berikut penjelasan terkait penghitungan bilangan kuantum:
a. Bilangan kuantum utama (n)
Suatu fungsi jarak atom yang dihitung dari inti atom dengan nilai n bulat (1,2,3,4,…,n). Besarnya nilai n menunjukan dekat jauhnya elektron pada inti. Selanjutnya dalam setiap tingkat orbital membentuk sebuah kulit yang diberi lambang K, L, M, N,… dan seterusnya. Jumlah orbital pada setiap kulit sama dengan n2.
b. Bilangan kuantum azimut (l)
Bilangan kuantum yang satu ini dapat menentukan bentuk orbital. Selain itu, bilangan kuantum azimut sering disebut juga sebagai momentum sudut. Untuk menentukan nilai dari bilangan kuantum azimut dengan menggunakan rumus l = n-1. Oleh sebab itu, harga nilai l adalah bilang bulat mendekati n (1,2,3,…,(n-1)).
c. Bilangan kuantum magnetik (m)
Bilangan ini sering juga disebut sebagai bilangan kuantum orientasi, karena pengaruhnya yang dapat menunjukkan arah orbital dalam kulit. Adapun nilai dari bilangan kuantum magnetik adalah –m menuju 0 hingga +m. Misalnya nilai bilangan kuantum magnetik untuk l=1 adalah -1, 0, +1.
d. Bilangan kuantum spin (s)
Bilangan kuantum spin pertama kali ditemukan oleh Otto Stern dan W. Gerlach yang melakukan riset radiasi uap perak. Terdapat dua spin elektron yaitu, meniadakan dan tidak meniadakan, dengan kata lain suatu elektron memiliki medan magnet. Adapun nilai pada bilangan kuantum ini adalah +1/2 dan -1/2.
3. Konfigurasi elektron pada atom polielektron menggunakan tingkat energi orbital serta distribusi elektron
Poin ketiga ini mencoba menjelaskan kelemahan dari konfigurasi atom menggunakan persamaan Schrodinger. Dimana persamaan tersebut dinlai hanya bisa mengungkap jenis atom yang memiliki elektron tunggal seperti hidrogen. Sedangkan atom dengan jumlah elektron banyak, sulit untuk diselesaikan secara perhitungan.
Oleh sebab itu, untuk jenis atom dengan elektron banyak dapat diselesaikan menggunakan penjelasan sebagai berikut:
a. Tingkat energi orbital
Hal ini menjelaskan bahwa atom-atom polielektron yang memiliki nilai bilangan kuantum utama sama dianggap memiliki energi yang berbeda. Misalnya, oribatal 2s dan 2p. Dimana keduanya berbeda tingkat energi, 2p lebih besar dari 2s.
b. Distribusi elektron
Kulit pada atom terdiri atas subkulit yang memiliki orbital-orbital dengan bilang kuantum utama sama. Dimana jumlah orbital pada kulit dinyatakan dengan rumus n2. Sedangkan jumlah maksimum elektron dapat menempati setiap kulit dinyatakan dalam rumus 2n2.
Kelebihan dan Kekurangan Teori Atom Modern
Adapun teori atom modern yang kita pelajari saat ini, telah memberikan sumbangsih besar pada pengetahuan fisika. Teori atom modern atau mekanika kuantum ini juga menyempurnakan teori-teori yang ada sebelumnya. Selain itu, mekanika kuantum membuka berbagai pemahaman baru terkait pergerakan serta struktur atom. Nah, agar kita semakin paham, maka berikut adalah penjelasan terkait kelebihan serta kelemahan dari teori atom modern:
1. Kelebihan teori atom modern
- Dapat memberikan penjelasan terkait kemungkinan kedudukan suatu elektron.
- Dapat memberikan gambaran letak elektron saat mengelilingi inti atom.
- Dapat memperkirakan melalui penghitungan ilmiah terkait energi eksitasi dan emisi.
- Dapat mengindentifikasi proton dan neutron yang berada pada inti sekaligus letak elektron pada garis orbit.
2. Kelemahan teori atom modern
- Persamaan pada teori atom modern hanya bisa diterapkan pada partikel yang memiliki jumlah elektron tunggal.
- Sulit diterapkan dalam sistem makroskopis dengan kumpulan atom seperti hewan.
Bentuk Orbital Atom
Adapun atom memiliki bentuk orbital yang berbeda-beda tergantung bilangan kuantum azimut. Suatu orbital atom akan berbentuk sama ketika memiliki nilai azimut dan nilai sama. Berikut uraian dari bentuk orbital:
1. Orbital s
Orbital s merupakan bentuk orbital atom pertama dengan subkulit s. Bentuknya hampir mirip seperti bola, namun tidak sempurna. Pada orbital ini, elektron beredar dengan jarak yang sama terhadap inti atom.
2. Orbital p
Bentuk orbital yang kedua adalah p, dimana rapatan elektron terdistribusi saling berlawanan satu sama lain terhadap inti atom. Sedangkan kerapatan inti atom memiliki nilai 0. Bentuk orbital p terlihat seperti bola berpilin.
Oleh sebab itu, bentuknya tidak sama dengan orbital s. Selain itu, orbital p memiliki nilai -1, 0, +1. Sehingga nilai tersebut membuat orbital p memiliki tiga macam yaitu, px, py, dan pz.
3. Orbital d
Orbital d merupakan atom ketiga yang memiliki persamaan 1=2. Orbital d sendiri memiliki nilai m dengan jenis yang terdiri dari -2, -1, 0, +1, dan +2. Nilai ini kemudian membentuk orbital d dalam lima macam, empat di antaranya yaitu, dxy, dxz, dyz, dx2, y2.
Keempat bentuk tersebut memiliki empat cuping yang mirip daun semanggi. Sedangkan orbital d yang terakhir atau kelima, memiliki dua cuping utama yang terletak di sumbu z pada nilai dz2. Selain itu, jenis bagian orbital yang satu ini sangatlah unik, karena terdapat bulatan di tengah layaknya donat.
4. Orbital f
Selain orbital s, p, d, terdapat juga bentuk orbital terakhir yaitu f. Bentuk orbital f sendiri memiliki tujuh jenis orientasi yang berbeda-beda. Oleh sebab itu, nilai kemungkinannya dirumuskan (2l+1=7). Ketujuh bentuk tersebut dipandang sangat kompleks.
Terlihat dari beberapa cuping yang ada pada sekitar orbital. Hal ini menyebabkan bentuk orbital f hanya dapat digunakan pada unsur-unsur transisi. Dimana unsur tersebut memiliki letak lebih dalam dibanding unsur lainnya.
Konfigurasi Elektron Pada Atom Modern
Pada dasarnya teori atom modern atau mekanika kuantum membuat kita lebih dalam memahami keberadaan elektron pada sebuh atom. Sebelumnya, kita telah belajar mengenai bentuk orbital atom, nah selanjutnya kita akan mempelajari konfigurasi elektron. Definisi konfigurasi elektron sendiri merupakan penyusun elektron yang ada pada orbital kulit atom. Berikut penjelasan untuk jenis-jenis konfigurasi elektron melalui beberapa aturan yang berlaku:
1. Asas Aufbau
Adanya aturan aufbau menjelaskan bahwa suatu elektron menempati suatu orbital yang dimulai dari tingkatan energi paling rendah hingga tinggi. Sehingga pada penyusunannya akan terbentuk urutan tertentu. Misalnya, dengan melihat tingkat energinya akan dimulai penyusunannya dari 1s, 2s, 2p, dan seterusnya.
2. Asas Larangan Pauli
Asas larangan pauli menyatakan bahwa tidak ditemukan elektron pada satu atom yang memiliki empat bilangan kuantum sama. Setiap orbital hanya akan terisi oleh dua elektron. Selain itu, elektron yang mengisi orbital tersebut memiliki arah berlawanan.
3. Kaidah Hund
pada kaidah hund terdapat pernyataan bahwa adanya elektron yang memiliki tingkat energi sama, terdapat elektron dengan energi terendah. Dimana konfigurasi elektron dengan energi terendah inilah yang memiliki jumlah elektron berpasangan paling banyak. Selain itu, juga memiliki arah paralel dalam spinnya.
Kesimpulan
Grameds, seperti itulah penjelasan terkait teori atom modern. Kalian akan menjumpai materi ini pada pelajaran Fisika. Selain itu, teori atom modern juga memiliki manfaat pada kehidupan sehari-hari sehingga kita harus mempelajarinya.
Pada dasarnya teori atom modern mencoba menjelaskan perkembangan teori dari sebuah partikel terkecil yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Teori ini lebih banyak membahas terkait lintasan elektron, bentuk, serta penghitungan matematik yang lebih jelas. Nah, untuk lebih jelasnya, Grameds dapat membaca berbagai buku di Gramedia.
Kami percaya bahwa Gramedia akan terus menjaga semangat untuk menjadi #SahabatTanpaBatas dengan menyajikan buku-buku terbaik untuk kalian semua. Yuks, kita budayakan baca buku mulai sekarang! Cek link di bawah ini ya!
Penulis: Mutiani Eka Astutik
BACA JUGA:
