Teori Fisika Atom

Teori fisika atom berkembang dari waktu-ke waktu. Gagasan awal teori atom diprakarsai oleh filsafat demokritus dan aristoteles. Demokritus pada abad ke 5 SM menyatakan bahwa atom adalah bagian terkecil dari setiap zat yang tidak bisa dibagi lagi. Sedangkan aristoteles pada abad 4 SM menyatakan atom yang merupakan unsur dasar alam yang bersifat kontinu atau dapat dibagi terus menerus.

Teori Atom Dalton

Dalton adalah ilmuwan pertama yang meletakkan dasar bagi teori atom fisika modern sampai saat ini. Teori atom Dalton menjelaskan bahwa atom adalah partikel terkecil suatu materi berbentuk bola padat yang tidak dapat dibagi lagi. Atom setiap unsur benda memiliki sifat yang berbeda. Atom tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan namun atom-atom dapat berikatan membentuk suatu senyawa baru. pembentukan senyawa atom selalu memenuhi hukum Lavoisier (massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah tetap) dan hukum Proust (perbandingan massa atom-atom pembentuk suatu senyawa selalu tetap.

Meski begitu, teori atom Dalton tidak dapat menjelaskan secara sempurna penyebab perbedaan sifat unsur satu atom dengan unsur atom yang lainnya. Dalton juga tidak dapat menjelaskan peristiwa kelistrikan materi serta bagaimana atom-atom dapat berikatan membentuk senyawa tertentu.

Baca juga: Arus Listrik Bolak Balik Serta Contoh Soal

Teori Atom Thomson

Pada tahun 1897 J.J Thomson menemukan partikel bermuatan negatif pada atom melalui eksperimen tabung sinar katoda dan tetes milikan.

Secara Lengkap, Teori atom Thomson mengungkapkan bahwa atom adalah bola pejal padat yang didalamnya tersebar muatan positif dan elektron yang bermuatan negatif sehingga saling menetralkan satu sama lain. Melalui temuannya ini, Thomson dapat menjelaskan peristiwa kelistrikan suatu benda serta massa atom. Meskipun susunan muatan positif dan negatif dalam atom belum bisa dijelaskan oleh teori atom Thomson.

Model atom JJ Thomson disebut roti kismis atau plum pudding.

Teori Atom Rutherford

Rutherford bersama Geiger dan Marsden melakukan percobaaan hamburan sinar alfa (α) yang ditembakkan pada lempeng emas tipis. Sinar alfa adalah sinar radioaktif yang bermuatan positif. Dari hasil percobaaNnya mereka menemukan banyak sinar α yang diteruskan, artinya sebagian besar dari atom adalah ruang kosong. Sedikit sinar yang dipantulkan artinya sinar menumbuk inti bermassa. Dan sebagian lagi dibelokkan yang artinya, inti atom juga bermuatan positif sehingga menolak sinar alfa.

Partikel subatomik bermuatan positif ini kemudian disebut proton. Rutherford kemudian menggambarkan model atomnya, yang disebut model tata surya.

Kelebihan teori atom Rutherford adalah mampu menjelaskan keberadaan inti atom, sedangkan kekurangan teori atom Rutherford tidak mampu menjelaskan kestabilan susunan atom mengapa elektron tidak tertarikk ke inti atom, dan tidak dapat menjelaskan spektrum hydrogen yang bersifat diskret.

Teori Atom Bohr

Postulat Bohr mencoba memecahkan pertanyaan sifat kestabilan elektron dan inti atom, Teori atom bohr mengatakan bahwa elektron bergerak dengan lintasan stasioner melingkar yang mengelilingi inti atom. Dibawah pengaruh gaya sentripetal, membuat elektron tetap berada dalam lintasannya dan tidak tertarik ke inti atom.

Lintasan stasioner yang berada pada kulit atom ini memiliki tingkat energi tertentu, besar tingkat energinya dapat dirumuskan sebagai berikut:

r = jari-jari lintasan

n = kulit ke

ao = jari-jari atom bohr (0,528 amstrong)

Energi elektron terdiri dari energi potensial dan kinetik

E = energi (J)

Jika sebuah atom terdiri dari banyak elektron, maka nilai energinya menjadi

z = nomor atom / jumlah elektron / proton

Sebuah elektron dapat berpindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya. Jika elektron berpindah dari tingkat energi tinggi ke rendah maka ia akan memancarkan energi. Sebaliknya, jika elektron berpindah dari energi rendah ke tinggi maka ia menyerap energi dari lingkungan sekitar.

n tuj = kulit tujuan

n as = kulit asal.

Momentum sudut elektron dinyatakan dengan:

L = momentum sudut (Nm)

n = kulit ke

h = tetapan planck (6,6 x 10^-34 Js)

Postulat Bohr ini kemudian didukung oleh percobaan Franck-Hertz yang membuktikan adanya tingkat energi pada atom.

Kelebihan teori atom Bohr yakni mampu menjelaskan kestabilan atom, mampu menjelaskan spektrum atom hidrogen, dapat menjelaskan adanya dan besarnya jari-jari orbit elektron, serta membuktikan adanya kuantisasi energi pada atom.

Sedangkan kelebihan teori atom Bohr adalah, teori ini hanya berlaku pada atom dengan jumlah elektron 1. Serta tidak mampu menjelaskan bagaimana spectrum hidrogen dapat terpecah akibat pengaruh medan magnet (efek Zeeman).

Teori Atom Mekanika Kuantum

Teori atom mekanika kuantum dijelaskan oleh beberapa ilmuwan, yang pertama louise de Broglie yang menyatakan dualisme gelombang partikel. Cek materi fisika dualisme gelombang partikel. Gelombang scrodinger, dan ketidakpastian heinsenberg.

Pada 1932, James chadwik melalui pengamatan radiasi inti atom menemukan adanya radiasi sinar gamma yang bermassa namun tidak bermuatan yang hari ini dikenal sebagai neutron.

Spektrum Atom Hidrogen

spektrum adalah pancaran gelombang yang dipancarkan elektron ketika berpindah atau bertransisi dari tingkat energi tinggi ke rendah.

Spektrum atom hidrogen terdiri atas:

Untuk menjelaskan spectrum tersebut dapat dihitung melalui deret sebagai berikut.

Deret lyman – deret balmer – deret paschen – deret bracket – deret pfund

λ = panjang gelombang (m)

R = tetapan ryedberg (1,097 x 10^7 /m)

n = kulit ke-

Kesimpulan

Atom tersusun dari tiga subatomik yakni proton, dan neutron yang terletak di inti atom serta elektron yang terletak di kulit atom.

Elektron

Elektron terletak di kulit atom, dapat bergerak / berpindah dari satu lapisan kulit ke kulit lain. Notasi ilmiah

0 berarti elektron tidak bermassa (0 sma) 9,1 x 10^-31kg.

-1 berarti nilai muatannya -1,6 x 10^-19 c

Elektron ditemukan oleh J. J Thomson

Proton

Proton terletak di inti atom. ikatan inti atom membuat proton sulit bergerak bebas. Notasi ilmiah

Proton memiliki massa 1 sma, 1,6 x 10^-27kg. sedangkan nilai muatannya +1,6 x 10^-19 c

Proton ditemukan oleh Rutherford

Neutron

Neutron terletak di inti atom bersama proton dengan notasi ilmiah

Neutron memiliki massa yang sama dengan proton, yakni 1 sma, 1,6 x 10^-27kg., dan ia tidak memiliki muatan atau netral.

Neutron ditemukan oleh james chadwik.

Notasi Atom

Sebuah unsur atom dapat dinotasikan sebagai berikut:

Dengan:

x = lambang unsur

z = nomor atom = jumlah proton = jumlah elektron

A = nomor massa = jumlah proton + neutron

Isotop, Isoton, dan Isobar

Isotop

Isotop adalah atom-atom yang mempunyai nomor atom sama tetapi nomor massanya berbeda.

Isotop atom dimanfaatkan dalam berbagai bidang seperti:

O18 : Mengetahui mekanisme reaksi esterifikasi
Na24 : Mempelajari peredaran darah manusia dan mendeteksi kebocoran pipa dalam tanah
I131 : Menemukan kelainan pada kelenjar tiroid
Fe59 : Mengukur kecepatan pembentukan sel darah merah dalam tubuh
Co60 : Mengobati kanker
P32 : Mempelajari pemakaian pupuk pada tanaman
C14 > Menentukan umur fosil dan mengetahui kecepatan fotosintesis

Isoton

Isoton adalah atom-atom unsur berbeda yang mempunyai jumlah neutron sama.

Isobar

Isobar adalah atom-atom dari unsur yang memiliki nomor atom berbeda namun mempunyai nomor massa sama yang disebut isobar.

Baca juga: Teknologi Digital Fisika

Pemahaman Akhir

Teori fisika atom telah berkembang dari waktu ke waktu dengan sumbangan berbagai ilmuwan dan penemuan-penemuan penting. Gagasan awal tentang atom diprakarsai oleh filsafat Demokritus dan Aristoteles. Demokritus menyatakan bahwa atom adalah bagian terkecil dari setiap zat yang tidak bisa dibagi lagi, sementara Aristoteles menyatakan bahwa atom merupakan unsur dasar alam yang bersifat kontinu atau dapat dibagi terus menerus.

Namun, teori atom modern dimulai dengan sumbangan John Dalton. Teori atom Dalton menjelaskan bahwa atom adalah partikel terkecil dari suatu materi berbentuk bola padat yang tidak dapat dibagi lagi. Setiap unsur benda memiliki atom dengan sifat yang berbeda. Dalton juga menyatakan bahwa atom tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, tetapi atom dapat berikatan membentuk senyawa baru. Teori atom Dalton berhasil menjelaskan hukum-hukum terkait massa zat sebelum dan sesudah reaksi, serta perbandingan massa atom pembentuk suatu senyawa yang selalu tetap.

Namun, teori atom Dalton memiliki keterbatasan dalam menjelaskan perbedaan sifat unsur dan bagaimana atom-atom dapat berikatan membentuk senyawa tertentu.

Kemudian, teori atom Thomson muncul dengan penemuan partikel bermuatan negatif pada atom (elektron). Thomson menggambarkan model atom sebagai bola pejal padat yang didalamnya terdapat muatan positif dan elektron yang saling menetralkan. Model atom ini disebut sebagai roti kismis atau plum pudding.

Selanjutnya, teori atom Rutherford muncul berkat percobaan hamburan sinar alfa pada lempeng emas tipis. Rutherford menemukan bahwa atom sebagian besar adalah ruang kosong dengan inti yang bermuatan positif (proton) di tengahnya. Model atom ini disebut sebagai model tata surya.

Kemudian, teori atom Bohr menyatakan bahwa elektron bergerak dalam lintasan stasioner melingkari inti atom. Lintasan-lintasan tersebut memiliki tingkat energi tertentu dan elektron dapat berpindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya dengan memancarkan atau menyerap energi. Teori atom Bohr berhasil menjelaskan kestabilan atom dan spektrum atom hidrogen.

Selanjutnya, teori atom mekanika kuantum mengemuka, yang menyatakan bahwa elektron memiliki sifat gelombang-partikel dan tidak dapat ditentukan secara pasti posisi dan momentumnya. Teori ini dijelaskan oleh beberapa ilmuwan seperti de Broglie, Schrödinger, dan Heisenberg.

Dengan perkembangan teori-teori atom ini, kita semakin memahami struktur dan sifat atom serta bagaimana atom membentuk materi di alam semesta. Pengenalan tentang isotop, isoton, dan isobar juga memberikan pemahaman lebih lanjut tentang variasi dan hubungan antara atom-atom dalam satu unsur atau antar unsur. Teori-teori ini menjadi dasar dalam memahami banyak fenomena dan aplikasi penting dalam fisika modern dan bidang ilmu lainnya.

Itu dia materi lengkap mengenai teori atom dan fisika atom serta dilengkapi pemanfaatan atom-atom dalam kehidupan sehari-hari. Ada yang ingin didiskusikan? Komen di bawah ya!

sumber :

materi 78. 2013. Fisika atom. Jakarta : SMAN 78.

Munzal, Mursid. 2014. Teori Mekanika Kuantum, Bandung : UIN Sunan Kalijaga.