Minggu, 21 Desember 2008

Model Atom Modern

Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926).Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu “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”.

Erwin SchrodingerErwin Schrodinger

Werner HeisenbergWerner Heisenberg

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.

Persamaan Schrodinger

persamaan

x,y dan z
Y
m
ђ
E
V

= Posisi dalam tiga dimensi
= Fungsi gelombang
= massa
= h/2p dimana h = konstanta plank dan p = 3,14
= Energi total
= Energi potensial

Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini.

model atom
Model atom mutakhir atau model atom mekanika gelombang

Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.

CIRI KHAS MODEL ATOM MEKANIKA GELOMBANG

  1. Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga dimensi darikebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu atom)
  2. Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)
  3. Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron

Percobaan chadwick

percobaan Chadwick

Kelemahan Model Atom Modern

Persamaan gelombang Schrodinger hanya dapat diterapkan secara eksak untuk partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal

Model Atom Bohr

bohr

Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. 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, diungkapkan dengan empat postulat, 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. Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.
  3. Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, ΔE = hv.
  4. Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2∏ atau nh/2∏, dengan n adalah bilangan bulat dan h tetapan planck.

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.

model atom bohr

Percobaan Bohr

percobaan yang dialkukan rutherford

Kelebihan dan Kelemahan

Kelebihan
atom Bohr adalah bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat berpindahnya elektron.
Kelemahan
model atom ini adalah tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek Strack


Benda Bermuatan Listrik

Bagian terkecil dari unsur yang belum mengalami perubahan sifat disebut atom. Menurut teori atom, atom semula dapat dianggap terdiri atas tiga macam partikel. Ketiga macam partikel tersebut digambarkan dengan model atom. Ketiga macam partikel penyusun atom masing-masing dinamakan proton, neutron, dan elektron. Proton dan neutron terletak di pusat atom. sedangkan elektron selalu bergerak mengelilingi pusat atom dengan lintasan tertentu. Massa proton dan neutron jauh lebih besar daripada elektron. Akan tetapi ukuran pusat atom yang terdiri atas proton dan neutron jauh lebih kecil dari pada, jari-jari lintasan elektron.

Oleh karena itu, proton den neutron merupakan pusat massa atom disebut sebagai inti atom (nukleon). Inti atom mempunyai gaya tarik. Gaya inilah yang menyebabkan elektron dapat bergerak mengelilingi inti pada lintasannya. Besar gaya tarik inti atom terhadap elektron berbeda untuk bahan yang berbeda. Karena suatu hal, elektron dapat lepas dan berpindah ke atom lain. Hal ini mengakibatkan perubahan sifat atom. Berdasarkan kenyataan ini, kita dapat membedakan atom menjadi atom netral, atom bermuatan positif, dan atom bermuatan negatif.

  1. Atom netral terjadi pada atom yang mempunyai jumlah proton sama dengan elektron.
  2. Atom bermuatan positif terjadi pada atom netral yang melepaskan elektron (kekurangan elektron).
  3. Atom bermuatan negatif terjadi pada atom netral yang menangkap elektron (kelebihan elektron).
Gambar:atom2.gif
Dengan demikian. kita dapat menyatakan bahwa elektron bermuatan negatif. sedangkan inti atom bermuatan positif. Pada perkembangan selanjutnya. diketahui bahwa protonlah yang sebenarnya bermuatan positif, sedangkan neutron tidak bermuatan. Muatan positif dan negatif dapat juga terjadi pada bendla. Benda yang bermuatan itu disebut benda bermuatan listrik Muatan benda itulah yang disebut listrik statis.
Gambar:penggaris.jpg

"Ketika penggaris plastik digosok dengan kain wol, terjadi perpindahan elektron dari kain wol ke penggaris plastik". Hal itu terjadi karena gaya tarik inti atom plastik terhadap elektron lebih kuat dari pada gaya tarik inti atom kain. Tentu saja perpindahan tersebut, akan lebih banyak jika penggosokan yang dilakukan lebih lama. Artinya, muatan listrik penggaris plastik menjadi lebih besar. Itulah sebabnya. gaya tarik penggaris plastik menjadi lebih kuat jika digosok lebih lama. Ketika batang kaca digosok dengan kain sutra, terjadi perpindahan elektron dari batang kaca ke kain sutra. Hal itu terjadi karena gaya tarik inti atom kain terhadap elektron lebih kuat dari pada gaya tarik inti atom kaca. Tentu saja batang kaca akan makin banyak kekurangan elektron jika penggosokan dilakukan lebih lama.

Artinya, muatan listrik batang kaca menjadi lebih besar. Itulah sebabnya, gaya tarik batang kaca menjadi lebih besar. Sebenarnya, ketika terjadi perpindahan elektron dari kain wol ke penggaris plastik. kain wol menjadi kekurangan elektron (bermuatan positif). Namun. pada saat yang hampir bersamaan, terjadi perpindahan elektron dari tangan kita ke kain wol. Akibatnya, kain wol menjadi netral. Demikian juga halnya yang terjadi pada kain sutra.

Sebenarnya. ketika terjadi perpindahan elektron dari kaca ke kain sutera. kain sutera menjadi kelebihan elektron (bermuatan negatif). Namun. elektron tersebut tidak berhenti di kain sutra, tetapi terus mengalir ke tangan kita. Akibatnya, kain sutra menjadi netral. Adapun pada penggaris plastik dan batang kaca, aliran elektron seperti itu tidak terjadi. Dengan demikian. kita dapat membedakan benda menjadi dua macam, yaitu benda yang mudah dialiri elektron dan benda yang sulit dialiri elektron. Benda yang mudah dialiri elektron disebut konduktor, contohnya tubuh manusia dan benda logam. sedangkan benda yang sulit dialiri elektron disebut isolator, contohnya plastik, karet, dan kaca.

Hukum Coulomb

Interaksi antar muatan juga dapat dijelaskan dengan menggunakan elektroskop. Mula-mula, daun elektroskop netral. Ketika benda bermuatan negatif didekatkan pada tutup logam, terjadilah gaya tolak-rnenolak antar elektron pada benda dan tutup logam. Hal ini menyebabkan elektron-elektron pada tutup logam banyak mengalir ke bawah. Akibatnya, pelat logam dan daun elektroskop keduanya bermuatan negatif. Hal itu menyebabkan daun elektroskop mekar. Demikian pula yang terjadi.jika benda bermuatan positif didekatkan ke tutup logam. Daun elektroskop mekar karena pelat logam dan daun elektroskop keduanya bermuatan positif. Jadi, jika sebuah penghantar (dalam hal ini elektroskop) didekati benda bermuatan, dalam penghantar tersebut terjadi pemisahan muatan listrik. Muatan yang sejenis dengan muatan benda akan menjauh dan muatan yang berlainan jenis dengan muatan benda akan mendekat. Pemisahan muatan listrik seperti itu disebut Induksi Listrik. Peristiwa induksi listrik di elektroskop terjadi jika tutup logam kita sentuh dengan tangan.
Menguncup atau mekarnya daun elektroskop disebabkan adanya gaya interaksi antar muatan. Jika diamati dengan cermat, gaya tolak-menolak atau tarik-menarik antara dua benda bermuatan listrik berlangsung tanpa kedua benda itu bersentuhan. Hal itu menunjukkan bahwa di sekitar benda itu terdapat gaya listrik. Gaya listrik termasuk gaya tak sentuh. Ruangan di sekitar benda bermuatan listrik tempat gaya-gaya listrik bekerja disebut medan listrik. Medan listrik digambarkan dengan garis-garis gaya listrik yang berawal dari muatan positif dan berakhir pada muatan negatif.

Gambar:coulomba.jpg

Menurut Charles Augustin de Coulomb, "besar gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antara dua muatan listrik sebanding dengan muatan-muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya". Pernyataan ini sering dikenal sebagai hukum Coulomb. Secara matematis, hukum Coulomb dapat ditulis dalam bentuk persamaan

Gambar:coulomb.jpg

Sebuah muatan yang diletakkan dekat dengan muatan akan terjadi interaksi antara kedua muatan tersebut. Dengan adanya interaksi dua muatan sejenis atau tak sejenis, berarti di sekitar kedua muatan terdapat medan listrik. Gaya interaksi atau gaya Coulomb per satuan muatan dinamakan kuat medan listrik dan diberi simbol E.

Gambar:coulomb2.jpg

Satuan dari kuat medan Arah kuat medan listrik searah dengan gaya Coulomb. Aliran elektron hanya dapat terjadi dari benda yang mempunyai kandungan elektron tinggi ke benda yang mempunyai kandungan elektron rendah. Benda yang mempunyai kandungan elektron tinggi dikatakan berpotensial rendah, sedangkan benda yang mempunyai kandungan elektron rendah dikatakan mempunyai potensial tinggi. Jadi, elektron mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi. Aliran elektron inilah yang selanjutnya menimbulkan arus listrik. Jika sebuah benda diberi muatan listrik, muatan-muatan sejenis pada benda itu akan saling menolak. Muatan-muatan itu berusaha mengambil tempat sejauh-jauhnya dari muatan sejenis yang lain. Hal itu yang menyebabkan muatan listrik pada suatu benda cenderung berada di permukaan benda itu. Kecenderungan seperti itulah yang menyebabkan permukaan runcing mempunyai potensial listrik yang tinggi jika bermuatan listrik. Permukaan runcing lebih mudah terinduksi daripada permukaan datar, setiap satu satuan muatan positif disebut potensial listrik. Potensial listrik dinyatakan dalam satuan volt (V). Satuan volt = joule/coulomb. Jadi. I joule adalah usaha yang diperlukan untuk memindahkan muatan I coulomb dari satu titik ke titik lain yang memiliki beda potensial I volt. Secara matematis, pernyataan itu dapat ditulis

Gambar:coulomb3.jpg

Potensial listrik pada suatu titik (P) yang ditimbulkan oleh sebuah muatan listrik dirumuskan.

V = k.q/r

Satuan potensial listrik adalah volt atau V. Apabila titik P dipengaruhi oleh beberapa muatan potensial.

MODEL ATOM MENURUT PARA AHLI :

Model Atom Thomson

Thomson



Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William Crookers, maka J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil percobaan ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom (partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.
Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positifuntuk menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya tersebut, Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson.
Yang menyatakan bahwa:

"Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektron"

Model atomini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas kulitnya. biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar marata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada model atom Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal. Model atom Thomson dapat digambarkan sebagai berikut:

model atom thomson


Percobaan Sinar Katode

tabung sinar katode

Kelebihan dan Kelemahan Model Atom Thomson

Kelebihan
Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur.

Kelemahan
Model Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.

Model Atom Dalton

John Dalton


Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan mengemukakan pendapatnaya tentang atom. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier mennyatakan bahwa "Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi". Sedangkan Prouts menyatakan bahwa "Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap".
Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai berikut:

  1. Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi
  2. Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda
  3. Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen
  4. Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.

Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru. Seperti gambar berikut ini:model atom dalton


Model Atom Dalton seperti bola pejal

Percobaan Lavosier

sketsa alat percobaan laovosier

Mula-mula tinggi cairan merkuri dalam wadah yang berisi udara adalah A, tetapi setelah beberapa hari merkuri naik ke B dan ketinggian ini tetap. Beda tinggi A dan B menyatakan volume udara yang digunakan oleh merkuri dalam pembentukan bubuk merah (merkuri oksida). Untuk menguji fakta ini, Lavoisier mengumpulkan merkuri oksida, kemudian dipanaskan lagi. Bubuk merah ini akan terurai menjadi cairan merkuri dan sejumlah volume gas (oksigen) yang jumlahnya sama dengan udara yang dibutuhkan dalam percobaan pertama

Percobaan Joseph Pruost

Pada tahun 1799 Proust menemukan bahwa senyawa tembaga karbonat baik yang dihasilkan
melalui sintesis di laboratorium maupun yang diperoleh di alam memiliki susunan yang tetap.

Percobaan
ke-
Sebelum pemanasan (g Mg)
Setelah pemanasan (g MgO)
Perbandingan Mg/MgO
1
0,62
1,02
0,62/1,02 = 0,61
2
0,48
0,79
0,48/0,79 = 0,60
3
0,36
0,60
0,36/0,60 = 0,60

Kelemahan Model Atom Dalton

Kelebihan
Mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom

Kelemahan
Teori atom Dalton tidak dapat menerangkan suatu larutan dapat menghantarkan arus listrik. Bagaimana mungkin bola pejal dapat menghantarkan arus listrik? padahal listrik adalah elektron yang bergerak. Berarti ada partikel lain yang dapat menghantarkan arus listrik.