TEORI ATOM DAN PERKEMBANGANNYA

 

Dari zaman yunani kuno hingga sekarang, model dan teori atom terus berkembang. Melalui model dan teori atom, kita dapat mengetahui struktur suatu atom. Perkembangan tersebut tidak dapat dilepaskan dari upaya para ilmuwan diantaranya Democritus, John Dalton, J.J. Thomson, Rutherford, Niels Bohr, Schrodinger, de Broglie dan lain sebagainya.

1.      Leukippos dan Demokritus (460 – 380 SM)

Leukippos merupakan orang pertama yang mencetuskan tentang keberadaan atom. Beliau bersama dengan Demokritus muridnya mengemukakan bahwa materi terbentuk dari partikel yang sudah tidak terbagi lagi. Yang kemudian mereka namai dengan sebutan atom (Yunani: atomos = tak terbagi). Namun, Pendapat ini ditolak oleh Aristoteles, Dia berpendapat bahwa materi bersifat kuntinu (materi dapat dibelah terus-menerus sampai tidak berhingga). Oleh karena Aristosteles termasuk orang yang sangat berpengaruh pada masa itu, gagasan tentang atom memudar dan tidak mengalami perkembangan selama berabad-abad lamanya.

2.      Gassendi (1592-1655 M)

Pemikiran tentang keberadaan atom muncul kembali. Sekitar tahun 1592 – 1655 Gasendi mengemukakan bahwa atom merupakan bagian terkecil suatu zat. Isaac Newton (1642 – 1727), seorang ilmuwan yang sangat berpengaruh pada masa itu, mengemukakan dukungannya tentang keberadaan atom.

3.      Teori atom Dalton (1808 M)

Berdasarkan berbagai penemuan pada masa itu, John Dalton merumuskan teori atom yang pertama sekitar tahun 1803-1807, yang kita kenal sebagai teori atom Dalton. Berikut adalah postulat-postulat dalam teori atom Dalton.

1. Setiap unsur terdiri atas partikel yang sudah tak terbagi yang dinamai atom.
2. Atom-atom dari suatu unsur adalah identik. Atom-atom dari unsur yang berbeda mempunyai sifat-sifat yang berbeda, teimasuk mempunyai massa yang berbeda.
3. Atom dari suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain, tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan. Reaksi kimia hanya merupakan penataan ulang atom- atom.
4. Senyawa terbentuk ketika atom-atom dari dua jenis unsur atau lebih bergabung dengan perbandingan tertentu.

Namun pada perkembangannya, terdapat kelemahan dari teori atom Dalton ini, di antaranya :

1. Tidak dapat menjelaskan sifat listrik materi.
2. Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan.
3. Tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan unsur yang lain.

Meskipun demikian, Teori atom Dalton diterima karena dapat menjelaskan dengan baik beberapa fakta eksperimen pada masa itu, di antaranya Hukum Kekekalan Massa dan Hukum Perbandingan Tetap dengan baik.

4.      Hipotesa Prout (1785-1855)

Hipotesis Prout adalah upaya yang dilakukan di awal abad kesembilan belas untuk menjelaskan keberadaan beberapa unsur kimia melalui hipotesis tentang struktur internal dari atom . Pada 1815 dan 1816 , kimiawan Inggris William Prout menerbitkan dua artikel di mana ia mencatat bahwa berat atom yang telah ditetapkan untuk unsur yang dikenal pada saat itu tampaknya menjadi beberapa dari semua berat atom hidrogen . Akibatnya, hipotesis bahwa atom hidrogen adalah satu-satunya benar-benar mendasar, dan bahwa atom elemen lain sebenarnya kelompok dari beberapa atom hidrogen.

5.      Model Atom Thomson

Pada Tahun 1900, J. J Thomson menemukan Elektron. Penemuan elektron berkaitan dengan percobaan-percobaan tentang hantaran listrik melalui tabung hampa. Melalui percobaan dapat ditunjukkan bahwa perpendaran itu disebabkan oleh suatu radiasi yang memancar dari permukaan katode menuju anode.Oleh karena berasal dari katode, maka radiasi ini disebut sinar katode. Percobaan lebih lanjut menunujukan bahwa sinar  katode merupakan radiasi partikel yang bermuatan listrik negatif. Selanjutnya, Thomson menamakanya elektron. Berdasarkan hal itu, Thomson menyimpulkan bahwa elektron merupakan partikel dasar penyusun atom.

Setelah penemuan elektron pada tahun 1900, J. J Thomson mengajukan model atom yang menyerupai roti kismis. Menurut Thomson, atom terdiri dari materi bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis.

6.      Model Atom Rutherford

Pada tahun 1910, Ernest Rutherford bersama dua orang asistennya, yaitu Hans Geiger dan Ernest Marsden, melakukan serangkaian percobaan untuk mengetahui lebih banyak tentang susunan atom. Mereka menembaki lempeng emas yang sangat tipis dengan partikel sinar alfa berenergi tinggi.

 menemukan bahwa sebagian besar partikel alfa dapat menembus lempeng emas tanpa pembelokkan berarti, seolah-olah lempeng emas itu tidak ada. Akan tetapi, kemudian mereka menemukan bahwa sebagian kecil dari partikel alfa mengalami pembelokan yang cukup besar, bahkan di antaranya dipantulkan.

Adanya partikel alfa yang terpantul mengejutkan Rutherford. Partikel alfa yang terpantul itu pastilah telah menabrak sesuatu yang sangat padat dalam atom. Fakta ini tidak sesuai dengan model yang dikemukakan oleh J. J Thomson, dimana atom digambarkan bersifat homogen pada seluruh bagiannya.

Pada tahun 1911, Rutherford menjelaskan penghamburan sinar  alfa dengan mengajukan gagasan tentang inti atom. Menurut Rutherford, sebagian besar dari massa dan muatan positif atom terkonsentrasi pada bagian pusat atom yang selanjutnya disebut inti atom. Elektron beredar mengitari inti pada jarak yang relatif sangat jauh. Lintasan elektron itu disebut kulit atom.

             Namun, terdapat kelemahan pada teori atom Rutherford yakni tidak dapat menjelaskan elektron itu tidak jatuh ke intinya. Menurut teori fisika klasik, gerakan elektron mengitari inti akan disertai pemancaran energi berupa radiasi elektromagnet. Dengan demikian, energi elektron semakin berkurang dan gerakannya melambat sehingga membentuk lintasan spiral dan akhirnya jatuh ke inti atom.

                                                                                                        

7.      Model atom bohr (1913), Spektrum hidrogen

Pada tahun 1913, berdasarkan analisis spektrum atom dan teori kuantum yang dikemukakan oleh Max Planck, Niels Bohr mengajukan model atom hidrogen. Model atom hidrogen menurut Bohr menyerupai sistem tata surya. Elektron dalam atom hanya dapat berada pada tingkat energi tertentu. Artinya, elektron hanya dapat beredar pada lintasan tertentu saja. Elektron dapat berpindah dari satu kulit ke kulit lain disertai pemancaran atau penyerapan sejumlah tertentu energi.

8.      Model Atom Mekanika Kuantum (1926), Hipotesa de Broglie

Teori atom Bohr hanya sesuai untuk atom hidrogen. Selain itu, pada perkembangan selanjutnya diketahui bahwa gerakan elektron menyerupai gelombang. Oleh karena itu, posisi elektron tidak mungkin dapat dipastikan. Dengan kata lain, orbit elektron yang berbentuk lingkaran dengan jari-jari tertentu seperti yang dikemukakan Niels Bohr tidak dapat diterima.

Pada tahun 1926, dengan menggunakan pemikiran Louis de Broglie bahwa partikel berperilaku seperti gelombang, Erwin Schrödinger mengembangkan suatu model atom matematis yang menggambarkan elektron sebagai gelombang tiga dimensi daripada sebagai titik-titik partikel. Menurut teori atom mekanika kuantum, meski elektron mempunyai tingkat energi tertentu, posisinya tidak dapat dipastikan. Yang dikatakan tentang posisi elektron adalah peluang untuk menemukannya. Daerah dengan peluang terbesar untuk menemukan elektron tersebut disebut orbital. Orbital biasanya digambarkan berupa awan dengan ketebalan yang bervariasi. Awan yang lebih tebal menyatakan peluang yang lebih besar untuk menemukan elektron dan sebaliknya. Teori atom mekanika kuantum dapat menjelaskan struktur atom yang lebih kompleks (atom multielektron).

MANFAAT RADIO AKTIF

            Di negara-negara maju penggunaan dan penerapan radioisotop telah dilakukan dalam berbagai  bidang. Radioisotop adalah isotop suatu unsur radioaktif yang memancarkan sinar radioaktif. Isotop suatu unsur baik stabil maupun yang radioaktif memiliki sifat kimia yang sama. Penggunaan radioisotop dapat dibagi ke dalam penggunaan sebagai perunut dan penggunaan sebagai sumber radiasi.

Radioisotop sebagai perunut digunakan untuk mengikuti unsur dalam suatu proses yang menyangkut senyawa atau sekelompok senyawa. Radioisotop dapat digunakan sebagai sumber sinar sebagai pengganti sumber lain misal sumber sinar X. Radioisotop dapat digunakan sebagai perunut sebab energy sinar yang dipancarkan serta waktu paruhnya merupakan sifat khas radioisotop tersebut. Pada contoh di bawah ini akan diberikan beberapa contoh penggunaan radioisotop baik sebagai perunut maupun sebagai sumber radiasi.

1. Bidang Kimia

a. Teknik Perunut

Teknik perunut dapat dipakai untuk mempelajari mekanisme berbagai reaksi kimia.   Misal pada reaksi esterifikasi. Dengan oksigen-18 dapat diikuti reaksi antara asam karboksilat dan alkohol.

Dari analisis spektroskopi massa, reaksi esterifikasi yang terjadi dapat ditulis seperti berikut. (isotop oksigen-18 diberi warna).

Hasil analisis ini menunjukkan bahwa molekul air tidak mengandung oksigen-18. Adapun jika O – 18 berada dalam alkohol maka reaksi yang terjadi seperti berikut.

Penggunaan radioisotop yang lain sebagai perunut mekanisme reaksi fotosintesis.

Penggunaan radioisotop yang lain sebagai perunut mekanisme reaksi fotosintesis.

Untuk mengetahui mekanisme reaksi tersebut digunakan perunut karbon-14 yang terdapat pada CO2 dan oksigen-18 yang terdapat dalam air.

b. Penggunaan Isotop dalam Bidang Kimia Analisis

Penggunaan isotop dalam analisis digunakan untuk menentukan unsur-unsur kelumit dalam cuplikan. Analisis dengan radioisotop atau disebut radiometrik dapat dilakukan dengan dua cara yaitu, sebagai berikut.

1) Analisis Pengeceran Isotop

Larutan yang akan dianalisis dan larutan standar ditambahkan sejumlah larutan yang mengandung suatu spesi radioaktif. Kemudian zat tersebut dipisahkan dan ditentukan aktivitasnya. Konsentrasi larutan yang dianalisis ditentukan dengan membandingkannya dengan larutan standar.

2) Analisis Aktivasi Neutron (AAN)

Analisis aktivasi neutron dapat digunakan untuk menentukan unsur kelumit dalam cuplikan yang berupa padatan. Misal untuk menentukan logam berat (Cd) dalam sampel ikan laut. Sampel diiradiasi dengan neutron dalam reactor sehingga menjadi radioaktif. Salah satu radiasi yang dipancarkan adalah sinar gamma . Selanjutnya sampel dicacah dengan spektrometer gamma  untuk menentukan aktivitas dari unsur yang akan ditentukan.

2. Bidang Kedokteran

Berikut unsur radioisotop yang sering digunakan dalam dunia kedokteran.

a. Radioisotop natrium-24 dapat digunakan untuk mengikuti peredaran darah dalam tubuh manusia. Larutan NaCl yang tersusun atas Na-24 dan Cl yang stabil disuntikkan ke dalam darah dan aliran darah dapat diikuti dengan mendeteksi sinar yang dipancarkan, sehingga dapat diketahui jika terjadi penyumbatan aliran darah.

b. Untuk mempelajari kelainan pada kelenjar tiroid digunakan radioisotop 131I.

c. Radioisotop fosfor dapat dipakai untuk menentukan tempat tumor di otak.

d. Radioisotop 59 Fe dapat digunakan untuk mengukur laju pembentukan sel darah merah dalam tubuh dan untuk menentukan apakah zat besi dalam makanan dapat digunakan dengan baik oleh tubuh.

e. Sejak lama diketahui bahwa radiasi dari radium dapat dipakai untuk pengobatan kanker. Oleh karena radium-60 dapat mematikan sel kanker dan sel yang sehat maka diperlukan teknik tertentu sehingga tempat di sekeliling kanker mendapat radiasi seminimal mungkin.

f. Radiasi gamma dapat membunuh organisme hidup termasuk bakteri. Oleh karena itu, radiasi gamma digunakan untuk sterilisasi alat-alat kedokteran. Sterilisasi digunakan juga di industri makanan. Sterilisasi dengan cara radiasi, menjadikan makanan dapat tahan empat atau lima kali lebih lama dari cara sterilisasi biasa.

3. Bidang Pertanian

a. Pembentukan Bibit Unggul

Dalam bidang pertanian, radiasi gamma dapat digunakan untuk memperoleh bibit unggul. Sinar gamma menyebabkan perubahan dalam struktur dan sifat kromosom sehingga memungkinkan menghasilkan generasi yang lebih baik, misalnya gandum dengan yang umur lebih pendek.

b. Pemupukan dan Pemberantasan Hama dengan Serangga Mandul Radioisotop fosfor dapat dipakai untuk mempelajari pemakaian pupuk oleh tanaman. Ada jenis tanaman yang mengambil fosfor sebagian dari tanah dan sebagian dari pupuk. Berdasarkan hal inilah digunakan fosfor radioaktif untuk mengetahui efesiensi pengambilan fosfor dari pupuk oleh tanaman. Teknik iradiasi juga dapat digunakan untuk memberantas hama dengan menjadikan serangga mandul. Dengan radiasi dapat mengakibatkan efek biologis, sehingga timbul kemandulan pada serangga jantan. Kemandulan ini dibuat di laboratorium dengan cara hama serangga diradiasi sehingga serangga jantan menjadi mandul. Setelah disinari hama tersebut dilepas di daerah yang terserang hama, sehingga diharapkan akan terjadi perkawinan antara hama setempat dengan jantan mandul yang dilepas, sehingga telur itu tidak akan menetas.

c. Pengawetan Makanan

Pada musim panen, hasil produksi pertanian melimpah. Beberapa dari hasil pertanian itu mudah busuk atau bahkan dapt tumbuh tunas, contohnya kentang. Oleh karen aitu diperlukan teknologi untuk mengawetkan bahan pangan tersebut. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan irradiasi sinar radioaktif. Irradiasi ini juga dapat mencegah pertumbuhan bakteri dan jamur.

4. Bidang Industri

Penggunaan radioisotop dalam bidang industri antara lain untuk mendeteksi kebocoran pipa yang ditanam di dalam tanah atau dalam beton. Dengan menggunakan radioisotop yang dimasukkan ke dalam aliran pipa kebocoran pipa dapat dideteksi tanpa penggalian tanah atau pembongkaran beton.

Penyinaran radiasi dapat digunakan untuk menentukan keausan atau kekeroposan yang terjadi pada bagian pengelasan antarlogam. Jika bahan ini disinari dengan sinar gamma dan dibalik bahan itu diletakkan film foto maka pada bagian yang aus atau keropos akan memberikan gambar yang tidak merata. Radiasi sinar gamma juga digunakan dalam vulkanisasi lateks alam. Penggunaan zat radioaktif dalam bidang industri yang lainnya adalah untuk mengatur ketebalan besi baja, kertas, dan plastik; dan untuk menentukan sumber minyak bumi.

5. Pengukuran Usia Bahan Organik

Radioisotop karbon-14, terbentuk di bagian atas atmosfer dari penembakan atom nitrogen dengan neutron yang terbentuk oleh radiasi kosmik.

Karbon radioaktif tersebut di permukaan bumi sebagai karbon dioksida dalam udara dan sebagai ion hidrogen karbonat di laut. Oleh karena itu karbon radioaktif itu menyertai pertumbuhan melalui fotosintesis. Lama kelamaan terdapat kesetimbangan antara karbon-14 yang diterima dan yang meluruh dalam tumbuh-tumbuhan maupun hewan, sehingga mencapai 15,3 dis/menit gram karbon. Keaktifan ini tetap dalam beberapa ribu tahun. Apabila organisme hidup mati, pengambilan 14C terhenti dan keaktifan ini berkurang. Oleh karena itu umur bahan yang mengandung karbon dapat diperkirakan dari pengukuran keaktifan jenisnya dan waktu paruh 14C. ( 12 T = 5.730 tahun).