Perkembangan Teori Atom

Democritus merupakan seorang filsuf Yunani yang pertama kali mengemukakan istilah atom. Atom berasal dari kata atomos yang memiliki arti tidak dapat dibagi-bagi. Democritus menyatakan bahwa atom bersifat diskret, dimana pembagian materi  akan terjadi hingga mencapai keadaan yang tidak dapat dibagi lagi. 

Para filsuf ini tidak ada membuktikan teori mereka dengan melakukan sebuah ekperimen seperti ilmuwan ilmuwan pada jaman saat ini. Toeri yang mereka sampaikan ini ada karena hasil dari penalaran dan perdebatan pada diskusi diskusi yang mereka lakukan. 

Konsep mengenai atom menurut Democritos ini tidak ada mengalami perubahan karena butuh waktu yang cukup lama untuk mengembangkan teori atom ini hingga pada abad ke 18, seorang ilmuwan inggris mengemukakan teori atom baru.

Pada tahun 1803, Jhon Dalton mengemukakan sebuah teori atom dengan menggabungkan gagasan mengenai teori teori atom yang sebelumnya. Dalton menggunakan dua hukum sebagai dasar teorinya, yaitu hukum kekekalan massa dan hukum komposisi konstan.  

Dalton menyampaikan bahwa materi itu tersusun dari atom. Seperti sebelumnya, atom tidak dapat dibagi menjadi lagi menjadi partikel yang lebih kecil. Semua atom pada sebuah unsur memiliki massa dan sifat yang persis sama. Unsur yang berbeda tersusun dari berbagai jenis atom. Gabungan atom atom yang tersusun pada suatu unsur yang berbeda akan membentuk senyawa. 

Teori atom Dalton ini juga memiliki beberapa kelemahan, dimana teori ini tidak dapat menjelaskan keberadaan partikel subatom yang menunjukan bahwa atom tidak dapat dibagi lagi. Pada awalnya teori atom Dalton menyarankan untuk semua atom suatu unsur itu harus mempunyai massa dan ukuran yang sama, namun sayangnya teori ini tidak dapat menjelaskan keberadaan dari isotop. 

Selanjutnya, teori atom Dalton tidak dapat menjelaskan keberadaan dari isobar, yang merupakan nuklida dari unsur kimia yang tidak sama dengan nomor massa yang sama.

Pada paruh kedua abad ke 19, teori atom Dalton di uji kembali dan pada tahun 1897 J.J Thomson menyatakan bahwa ia menemukan partikel yang bermuatan negative yang berukuran lebih kecil dibandingkan dengan atom. Thomson menyebut partikel tersebut sebagai electron. 

Dengan penemuan electron ini, para ilmuwan mencari bagaimana subatomic ini bisa tersusun dalam sebuah atom. J.J Thomson menemukan partikel yang disebut electron ini pada sebuah percobaan tabung sinar katoda pada tahun 1897. 

Menurut Thomson, electron memiliki berat dua kali lebih ringan dibandingkan dengan proton. Ia mengatakan bahwa atom tersusun dari awan yang bermuatan negatif di dalam lingkungan yang bermuatan positif. Thomson bersama dengan Rutherford melakukan demonstrasi ionisasi udara pertama kali dengan sinar x. 

Namun sayangnya model atom Thomson tidak bisa menjelaskan bagaimana muatan positif tersebut dapat menahan electron yang terdapat pada atom. Teori Thomson ini juga tidak bisa menjelaskan stabilitas atom juga tidak ada menyinggung apapaun mengenai inti atom.

Eksperimen yang dilakukan oleh Rutherford menunjukan bahwa terdapat muatan positif pada daerah kecil atom. Rutherford menyampaikan hipotesis bahwa semua massa atom beserta muatan positifnya masuk ke dalam ruang kecil pada pusat atom yang disebut nukleus. 

Hipotesis yang disampaikan oleh Rutherford terbuki benar pada tahun 1920 setelah para ilmuwan dapat mengidentifikasikan muatan positif dalam inti merupakan proton. Berdasarkan identifikasi tersebut proton didefinisikan sebagai partikel bermuatan positif yang terdapat pada inti atom. 

Ruang kosong yang tersisa pada atom ditempati oleh electron yang hampir tidak memiliki massa. Rutherford juga mengatakan bahwa elektron bergerak dengan kecepatan cahaya di sekitar nukleus, jalur yang melingkar ini disebut orbit. Pada percobaan yang diilakukan oleh Rutherford, ia memborbadir kertas emas tipis yang memiliki partikel partikel dengan aliran energy yang tinggi. Yang digunakan dalam mengarahkan aliran partikel adalah sebuah sumber radioaktif. 

Rutherford melakukan eksperimen dengan tujuan menyelidiki kesalahan yang terjadi pada lintasan partikel setelah terjadi interaksi dengan kertas emas tipis. 

Hasil dari eksperimen Rutherford ini bertentangan dengan teori model atom yang dikemukakan oleh J.J Thompson. Namun sayangnya model atom Rutherford ini masih tidak bisa menjelaskan stabilitas atom. Kelemahan dari teori ini juga masih belum menjelaskan secara rinci terkait susunan elektron pada orbit. 

Dimana menurut Rutherford, elektron  bergerak dengan cepat dalam orbit namun masih berada di sekitar inti atom. Sedangkan Maxwelll menjelaskan bahwa partikel bermuatan yang bergerak cepat akan memancarkan radiasi elektromagnetik sehingga radiasi ini bisa menyebabkan orbit mengecil secara perlahan dan nantinya akan runtuh.

Kontribusi terbesar Bohr adalah model atom dimana teori atom Bohr menyatakan atom sebagai inti kecil yang memiliki muatan positif dan dikelilingi oleh elektron pada orbit. Bohr merupakan orang pertama yang bisa menemukan elektron yang bergerak pada orbit terpisah di sekitar nukleus dan jumlah elektron yang berada di orbit luar menentukan sifat sifat suatu unsur. 

Pada beberapa esai yang ditulis pada tahun 1933 dan 19662, teori Bohr menjelaskan bahwa elektron bisa dilihat dengan dua cara, baik sebagai partikel atau dilihat sebagai gelombang. 

Namun kedua kondisi itu tidak bisa dilihat secara bersamaan. Konsep inilah yang menjadi landasan teori kuantum awal, yang dimana pada teori ini menjelaskan bahwa selain dari bagaimana cara seseorang memandang elektron, semua pemahaman mengenai sifat sifat elektron ini harus tetap berdasarkan pada pengukuran empiris. 

Pada teori Bohr ini dikatakan alat ukur yang digunakan pada eksperimen sangat mempengaruhi hasil dari eksperimen yang dilakukan. 

Namun terdapat beberapa hal yang masih belum dapat dijelaskan oleh Bohr. Bohr dapat memprediksi dan menghitung energy spectrum garis hydrogen yang disebut sistem satu elektron, namun teori ini tidak dapat memaparkan mengenai spectrum  garis atom yang mengandung lebih dari satu elektron juga keberadaan dari beberapa garis spectrum. Teori ini juga tidak bisa menjelaskan mengenai prinsip ketidakpastian. 

Model mekanika kuantum menggambarkan kemungkinan adanya penempatan elektron pada atom dengan menggambarkan tingkat energy utama, orbital dan spin. Berdasarkan teori kuantum, elektron hanya bisa muncul dalam jumlah terbatas tingkat energy terkuantisasi. 

Teori ini menjelaskan bahwa tidak ada dua elektron yang berada pada sistem yang sama yang dapat berada pada keadaan energy yang sama pada waktu yang bersamaan. Semua keadaan energy akan terisi dimulai dari tingkatan terendah hingga pada tingkatan tertinggi. 

Berdasarkan prinsip ketidakpastian Heisenberg maka posisi tepat dan kecepatan elektron pada sebuah atom yang tak bisa diketahui pada saat yang bersamaan. Menurut prinsip ini, kita tidak bisa tahu fungsi dari momentum sebuah elektron, sehingga kita bisa menghitung satu satunya bahaya  menempatkan elektron pada fungsi tertentu. 

Setiap orbital dan gelonbang memiliki karakteristik bentuk dan kekuatan tertentu. Karakteristik gelombang orbital atom ini memiliki semua statistic mengenai elektron pada atom, lalu statistic ini bisa diekstrak dengan mekanika kuantum.