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.
- Setiap unsur terdiri atas partikel yang sudah tak terbagi yang dinamai atom.
- Atom-atom dari suatu unsur adalah identik. Atom-atom dari unsur yang berbeda mempunyai sifat-sifat yang berbeda, teimasuk mempunyai massa yang berbeda.
- Atom dari suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain, tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan. Reaksi kimia hanya merupakan penataan ulang atom- atom.
- 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 :
- Tidak dapat menjelaskan sifat listrik materi.
- Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan.
- 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).
