materi kelas X "Perkembangan Teori Atom"

BAHAN AJAR 1

Pasangan KD 3.2/4.2

Pertemuan 1

MODEL ATOM DALTON

Pada tahun 460-370 SM seorang filsuf Yunani bernama Democritus mendeskripskan materi terdiri dari partikel tak kecil tak kasat mata yang dinamakan atomos yang berarti “tak terlihat” dan “tak dapat di bagi”. Namun pendapat tersebut ditolak olah para filsuf lainnya seperti Plato dan Aristoteles yang kala itu merupakan tokoh yang berpengaruh.

Ide tentang atom kembali muncul di Eropa pada abad ke 17 M. Para ahli kimia mulai belajar mengenai reaksi yang melibatkan sejumlah unsur dan menghasilkan zat baru. Pada tahun 1803, seorang guru dan saintis bernama John Dalton merumuskan model tentang atom. Model tersebut terdiri dari beberapa postulat, yaitu sebagai berikut.

1.      Masing-masing unsur terdiri dari partikel yang sangat kecil sekali yang disebut atom

2.      Semua atom dalam unsur itu sama dalam massa dan sifat tetapi atom dari unsur yang berbeda memiliki massa dan sifat yang berbeda

3.      Reaksi kimia hanya melibatkan pemisahan, penggabungan, atau penyusunan ulang atom-atom. Atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.

4.      Senyawa tersusun atas atom-atom dari dua atau lebih unsur yang bergabung secara kimia dengan proporsi tertentu

PENEMUAN ELEKTRON

Pada tahun 1834 Michael Faraday menemukan ketika listrik dialikan ke larutan dapat menyebabkan reaksi kimia. Hal ini merupakan tanda pertama bahwa materi meengandung listrik secara alami. Pada pertengahan abad 18 M saintis mulai melakukan percobaan dengan menggunakan tabung gas bertekanan rendah hampa udara yang dialiri listrik. Tabung tersebut memiliki dua elektroda yang terbuat dari logam. Ketika listrik bervoltase tinggi dialirkan melalui elektroda, dihasilkan radiasi di antara kedua kedua elektroda. Radiasi yang dihasilkan disebut sinar katoda karena sinar yang dihasilkan berasal dari katoda yang mengalir ke anoda. Walaupun sinar tidak dapat terlihat, namun sinar dapat diamati dengan meletakkan material berfluorosens atau mematikan lampu.

Sumber : Ebbing dan Darrel, General Chemistry 9^th edition)

Gambar 1. Sinar katoda ketika diberikan medan magnet disekitarnya

Hasil eksperimen menunjukan bahwa sinar katoda akan mengalir lurus dari katoda ke anoda. Namun ketika medan magnet didekatkan, sinar tidak lagi lurus. Ketika kutub negatif didekatkan, sinar menjauhi medan magnet, namun ketika kutub positif didekatkan, sinar mendekati medan magnet. Hal ini tetap terjadi walaupun material katoda berbeda. Pada tahun 1897, J.J Thomson dalam papernya menjelaskan bahwa sinar katoda merupakan partikel bermuatan negatif yang disebut elektron. Lebih jauh, karena elektron diemisikan dari elektroda yang terbuat dari berbagai jenis logam, semua logam pasti mengandung elektron. Thomson juga melakukan pengukuran kuantitatif untuk mengetahui sifat sinar katoda. Menurut Thomson, jumlah pembelokan sinar dalam tabung sinar katoda yang disebabkan medan magnet/listrik dipengaruhi oleh tiga factor, yaitu:

1.      Kekuatan medan magnet/listrik dalam membelokkan sinar. Semakin besar medan magnet/listrik maka pembelokkan akan semakin besar.

2.      Ukuran muatan negatif elektron. Semakin besar muatan partikel, maka semakin besar pula interaksinya dengan medan magnet/listrik sehingga semakin besar pula sudut pembelokkannya

3.      Massa elektron. Semakin ringan partikel, pembelokkan akan semakin besar.

Thomson mempelajari dengan hati-hati jumlah pembelokkan sinar katoda yang disebabkan medan magnet/listrik hingga dia dapat menemukan rasio muatan elektron (e) terhadap massanya (m).

Pada tahun 1909, peneliti dari Universitas Chicago, Robert Milikan mendesain eksperimen untuk mengukur muatan elektron yang dikenal dengan percobaan tetes minyak Milikan.

Sumber : Mc Murry dan Fay, Chemistry 6^th edition

Gambar 2 Percobaan tetes Minyak Milikan

Dalam percobaan Milikan, setetes kecil minyak dijatuhkan ke dalam lubang kecil yang melewati dua plat bermuatan. Pengamatan dilakukan melalui teleskop untuk menentukan laju jatuhnya minyak. Tetes minyak yang jatuh melalui lubang kemudian diberi muatan negatif melalui penyinaran sinar X. Milikan mengukur bagaimana pengaruh berbagai voltase yang diberikan dikedua plat terhadap laju jatuhnya minyak. Karena muatan setiap tetes selalu merupakan bentuk integral dari 1,602 x 10^-19 C, dia berkesimpulan bahwa angka tersebut merupakan muatan elektron.  

Dengan menggunakan rasio muatan terhadap massa dari Thomson, massa elektron dapat ditentukan

Massa tersebut 2000 kali lebih kecil dari massa atom hidrogen (atom paling ringan). Hal ini menjelakskan bahwa elektron merupakan partikel penyusun atom.

MODEL ATOM THOMSON

Thomson mengemukakan karena massa elektron jauh lebih kecil dibandingkan dengan massa atom, maka elektron hanya bagian kecil dari atom. Secara umum atom bermuatan netral. Thomson mengusulkan model atom. Dalam model atom menurut Thomson, atom adalah bola positif dengan elektron tersebar di setiap bagiannya seperti roti kismis atau buah semangka.

Sumber : Zumdhal dan Zumdhal, Chemistry 7^th edtion

Gambar 3 Model Atom menurut Thomson

MODEL ATOM RUTHERFORD

Pada tahun 1910 seorang ahli fisika dari New Zealand bernama Ernest Rutherford yang bekerja dengan Thomson di Universitas Chicago memilih menggunakan sinar alfa untuk meneliti struktur atom. Rutherford bersama rekannya Hans Geiger dan Ernest Marsden menggunakan lempeng emas tipis dan logam lainnya sebagai target sinar alfa dengan menggunakan zat radioaktif sebagai sumber sinar alfa. Sebelumnya telah diketahui bahwa sinar alfa bermuatan positif. Mereka menemukan bahwa hampir semua partikel melewati lapisan emas. Namun sejumlah kecil partikel dibelokkan dengan sudut yang bervariasi dan ada beberapa pula yang dipantulkan kembali ke arah sinar datang.

Sumber : Whitten dkk, Chemistry 10^th edition

Gambar 4 Percobaan Rutherford Penghamburan Sinar Alfa

Rutherford mengintrepretasikan penemuannya bahwa sebagian besar volume atom adalah adalah ruang kosong.  Hal tersebut terlihat ketika sebagian besar sinar alfa dengan lurus menembus lapisan emas. Selain itu ketika sinar mengalami pembelokkan dengan berbagai sudut, sinar tersebut menyinggung inti yang sangat kecil ditengah atom yang sifatnya massif dan bermuatan positif karena dapat memantulkan sinar alfa ketika tepat menabrak inti. Rutherford mengatakan bahwa setiap atom mengandung sesuatu yang  kecil, massif dan bermuatan positif yang disebut inti atom. Sebagian besar sinar alfa yang tidak dibelokkan karena volume atom yang sebagian besar kosong hanya terdapat elektron yang massanya sangat kecil.