Ilmu Alamiah Dasar 6

Atom

Atom adalah suatu satuan dasar materi,yang terdiri atas inti atom serta awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom terdiri atas proton yang bermuatan positif dan neutron yang bermuatan netral (kecuali pada inti atom Hidrogen-1,yang tidak memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom oleh gaya elektromagnetik. Sekumpulan atom demikian pula dapat berikatan satu sama lainnya,dan membentuk sebuah molekul.

Atom yang mengandung jumlah proton dan elektron yang sama bersifat netral,sedangkan yang mengandung jumlah proton dan elektron yang berbeda bersifat positif atau negatif dan disebut sebagai ion. Atom dikelompokkan berdasarkan jumlah proton dan neutron yang terdapat pada inti atom tersebut. Jumlah proton pada atom menentukan unsur kimia atom tersebut,dan jumlah neutron menentukan isotop unsur tersebut.

Istilah atom berasal dari Bahasa Yunani (ἄτομος/átomos, α-τεμνω),yang berarti tidak dapat dipotong ataupun sesuatu yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Konsep atom sebagai komponen yang tak dapat dibagi-bagi lagi pertama kali diajukan oleh para filsuf India dan Yunani. Pada abad ke-17 dan ke-18,para kimiawan meletakkan dasar-dasar pemikiran ini dengan menunjukkan bahwa zat-zat tertentu tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi menggunakan metode-metode kimia. Selama akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20,para fisikawan berhasil menemukan struktur dan komponen-komponen subatom di dalam atom,membuktikan bahwa 'atom' tidaklah tak dapat dibagi-bagi lagi. Prinsip-prinsip mekanika kuantum yang digunakan para fisikawan kemudian berhasil memodelkan atom.

Dalam pengamatan sehari-hari,secara relatif atom dianggap sebuah objek yang sangat kecil yang memiliki massa yang secara proporsional kecil pula. Atom hanya dapat dipantau dengan menggunakan peralatan khusus seperti mikroskop gaya atom. Lebih dari 99,9% massa atom berpusat pada inti atom,dengan proton dan neutron yang bermassa hampir sama. Setiap unsur paling tidak memiliki satu isotop dengan inti yang tidak stabil,yang dapat mengalami peluruhan radioaktif.

Hal ini dapat mengakibatkan transmutasi,yang mengubah jumlah proton dan neutron pada inti. Elektron yang terikat pada atom mengandung sejumlah aras energi, ataupun orbital,yang stabil dan dapat mengalami transisi di antara aras tersebut dengan menyerap ataupun memancarkan foton yang sesuai dengan perbedaan energi antara aras. Elektron pada atom menentukan sifat-sifat kimiawi sebuah unsur,dan memengaruhi sifat-sifat magnetis atom tersebut. 

Inti Atom

Inti atom terdiri atas proton dan neutron yang terikat bersama pada pusat atom. Secara kolektif, proton dan neutron tersebut disebut sebagai nukleon (partikel penyusun inti). Diameter inti atom berkisar antara 10^-15 hingga 10^-14m. Jari-jari inti diperkirakan sama dengan   fm,dengan A adalah jumlah nukleon. Hal ini sangatlah kecil dibandingkan dengan jari-jari atom. Nukleon-nukleon tersebut terikat bersama oleh gaya tarik-menarik potensial yang disebut gaya kuat residual. Pada jarak lebih kecil daripada 2,5 fm, gaya ini lebih kuat daripada gaya elektrostatik yang menyebabkan proton saling tolak menolak.

Atom dari unsur kimia yang sama memiliki jumlah proton yang sama,disebut nomor atom. Suatu unsur dapat memiliki jumlah neutron yang bervariasi. Variasi ini disebut sebagai isotop. Jumlah proton dan neutron suatu atom akan menentukan nuklida atom tersebut, sedangkan jumlah neutron relatif terhadap jumlah proton akan menentukan stabilitas inti atom,dengan isotop unsur tertentu akan menjalankan peluruhan radioaktif.

Neutron dan proton adalah dua jenis fermion yang berbeda. Asas pengecualian Pauli melarang adanya keberadaan fermion yang identik (seperti misalnya proton berganda) menduduki suatu keadaan fisik kuantum yang sama pada waktu yang sama. Oleh karena itu, setiap proton dalam inti atom harusnya menduduki keadaan kuantum yang berbeda dengan aras energinya masing-masing. Asas Pauli ini juga berlaku untuk neutron. Pelarangan ini tidak berlaku bagi proton dan neutron yang menduduki keadaan kuantum yang sama. 

Untuk atom dengan nomor atom yang rendah,inti atom yang memiliki jumlah proton lebih banyak daripada neutron berpotensi jatuh ke keadaan energi yang lebih rendah melalui peluruhan radioaktif yang menyebabkan jumlah proton dan neutron seimbang.

Oleh karena itu,atom dengan jumlah proton dan neutron yang berimbang lebih stabil dan cenderung tidak meluruh. Namun,dengan meningkatnya nomor atom,gaya tolak-menolak antar proton membuat inti atom memerlukan proporsi neutron yang lebih tinggi lagi untuk menjaga stabilitasnya. Pada inti yang paling berat,rasio neutron per proton yang diperlukan untuk menjaga stabilitasnya akan meningkat menjadi 1,5.

Jumlah proton dan neutron pada inti atom dapat diubah, walaupun hal ini memerlukan energi yang sangat tinggi oleh karena gaya atraksinya yang kuat. Fusi nuklir terjadi ketika banyak partikel atom bergabung membentuk inti yang lebih berat. Sebagai contoh pada inti Matahari, proton memerlukan energi sekitar 3–10 keV untuk mengatasi gaya tolak-menolak antar sesamanya dan bergabung menjadi satu inti. Fisi nuklir merupakan kebalikan dari proses fusi. Pada fisi nuklir,inti dipecah menjadi dua inti yang lebih kecil. Hal ini biasanya terjadi melalui peluruhan radioaktif. Inti atom juga dapat diubah melalui penembakan partikel subatom berenergi tinggi. Apabila hal ini mengubah jumlah proton dalam inti,atom tersebut akan berubah unsurnya.

Jika massa inti setelah terjadinya reaksi fusi lebih kecil daripada jumlah massa partikel awal penyusunnya,maka perbedaan ini disebabkan oleh pelepasan pancaran energi (misalnya sinar gamma),sebagaimana yang ditemukan pada rumus kesetaraan massa-energi Einstein, E = mc²,dengan : 

m adalah massa yang hilang 

c adalah kecepatan cahaya.

Defisit ini merupakan bagian dari energi pengikatan inti yang baru.Fusi dua inti yang menghasilkan inti yang lebih besar dengan nomor atom lebih rendah daripada besi dan nikel (jumlah total nukleon sama dengan 60) biasanya bersifat eksotermik, yang berarti bahwa proses ini melepaskan energi. Adalah proses pelepasan energi inilah yang membuat fusi nuklir pada bintang dapat dipertahankan. Untuk inti yang lebih berat, energi pengikatan per nukleon dalam inti mulai menurun. Ini berarti bahwa proses fusi akan bersifat endotermik.

UkuranAtom

Atom tidak memiliki batasan luar yang jelas,sehingga dimensi atom biasanya dideskripsikan sebagai jarak antara dua inti atom ketika dua atom bergabung bersama dalam ikatan kimia. Jari-jari ini bervariasi tergantung pada jenis atom,jenis ikatan yang terlibat,jumlah atom di sekitarnya,dan spin atom. Pada tabel periodik unsur-unsur,jari-jari atom akan cenderung meningkat seiring dengan meningkatnya periode (atas ke bawah). Sebaliknya jari-jari atom akan cenderung meningkat seiring dengan menurunnya nomor golongan (kanan ke kiri).

Oleh karena itu,atom yang terkecil adalah helium dengan jari-jari 32 pm,manakala yang terbesar adalah sesium dengan jari-jari 225 pm. Dimensi ini ribuan kali lebih kecil daripada gelombang cahaya (400–700 nm),sehingga atom tidak dapat dilihat menggunakan mikroskop optik biasa. Namun,atom dapat dipantau menggunakan mikroskop gaya atom.

Ukuran atom sangatlah kecil,sedemikian kecilnya lebar satu helai rambut dapat menampung sekitar 1 juta atom karbon. Satu tetes air pula mengandung sekitar 2 × 10²¹ atom oksigen. Intan satu karat dengan massa 2 × 10^-4 kg mengandung sekitar 10²² atom karbon. Jika sebuah apel diperbesar sampai seukuran besarnya Bumi, maka atom dalam apel tersebut akan terlihat sebesar ukuran apel awal tersebut.

Model-model Atom

       1.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 Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.

Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini. 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 boleh jadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.
   Kelemahan Model Atom Modern
   Persamaan gelombang Schrodinger hanya dapat diterapkan secara eksak untuk partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal.
   2. Model Atom 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.
   Kelebihan atom Dalton :  Mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom.
   Kelemahan atom Dalton
   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.
   
   
   3.Model Atom Rutherford
   Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners Masreden) melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ) terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa,yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus,berdaya tembus besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson,yakni apakah atom itu betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. 
   Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis, maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang dari 1°),tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa akan membelok sudut 90° bahkan lebih.
   Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi,diperoleh beberapa kesimpulan berikut :
   1.Atom bukan merupakan bola pejal,karena hampir semua partikel alfa diteruskan, 
   2.Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas,maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif, 
   3.Partikel tersebut merupakan partikelyang menyusun suatu inti atom,berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa akan dibelokkan.Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan diameter,maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan. 
   Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut,Rutherford mengusulkan model atom yang dikenal dengan Model Atom Rutherford yang menyatakan bahwa Atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif. Rutherford menduga bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi mengikat partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak. 
   Kelebihan atom Rutherford 
   Membuat hipotesa bahwa atom tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilingi inti. 
   Kelemahan atom Rutherford 
   Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom. Berdasarkan teori fisika, gerakan elektron mengitari inti ini disertai pemancaran energi sehingga lama-kelamaan energi elektron akan berkurang dan lintasannya makin lama akan mendekati inti dan jatuh ke dalam inti. Ambilah seutas tali dan salah satu ujungnya Anda ikatkan sepotong kayu sedangkan ujung yang lain Anda pegang. Putarkan tali tersebut di atas kepala Anda. Apa yang terjadi? Benar. Lama kelamaan putarannya akan pelan dan akan mengenai kepala Anda karena putarannya lemah dan Anda pegal memegang tali tersebut. Karena Rutherford adalah telah dikenalkan lintasan/kedudukan elektron yang nanti disebut dengan kulit.  
   
   
   Sumber:
   http://id.wikipedia.org
   http://kimia.upi.edu