[Makalah] Fisika Atom

Mei 11, 2012 , 2 Comments

 BAB I
PENDAHULUAN
A.     Latar Belakang
Nhingz, BLOG--Atom adalah satuan unit terkecil dari sebuah unsur yang memiliki sifat-sifat dasar tertentu. Setiap atom terdiri dari sebuah inti kecil yang terdiri dari proton dan neutron dan sejumlah elektron pada jarak yang jauh. Dalam kehidupan sehari-hari misalnya kita melihat rumah boneka terdiri atas beberapa tingkat dan tiap  tingkat terdiri atas beberapa kamar. Energi elektron dalam atopun bertingkat-tingkat. Untuk menempatkan elektron kesetiap ‘Kamar’, harus memenuhi aturan tertentu.
Jika suatu batuan dihancurkan, batuan itu terpecah-pecah menjadi partikel-partikel kecil. Apa pun benda yang kita lihat tersusun dari bagian-bagian kecil materi. Sejak zaman purba, orang telah mencari satuan dasar dari materi. Pada zaman dahulu,orang-orang Yunani menganggap bahwa materi  tersusun dari berbagai gabungan dari empat unsur dasar, yaitu tanah, api, udara, dan air. Akan tetapi, Filsuf Yunani Democritus memiliki teori lain mengemukakan bahwa materi tersusun dari partikel kecil yang disebut dengan atom, yang berarti tidak dapat dibagi-bagi. Selama hampir 2000 tahun, teori Democritus diabaikan. Baru pada tahun 1802, seorang kimiawan-fisikawan Inggris John Dalton, menghidupkan kembali teori atom itu.
B.     Rumusan Masalah
Rumusan masalah yang diangkat dalam makalah ini adalah:
1.      Bagaimanakah perkembangan teori  atom?
2.      Apa kelebihan dan kelemahan dari model-model atom yang berkembang tersebut?
3.      Bagaimana cara untuk membedakan elektron-elekron dalam suatu atom berelektron banyak?
C.     Tujuan
Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah untuk mengetahui perkembangan teori atom, kebihan dan kelemahan model atom, dan dapat membedakan elektron-elektron dalam suatu atom berelektron banyak.

BAB II
PEMBAHASAN
A.     PERKEMBANGAN TEORI ATOM
Istilah atom dikenal oleh bangsa Yunani sebelum Masehi. Ahli fisika Yunani bernama Leucippus pada abad ke-5 SM dan Democritus (460-370 SM) telah mengemukakan teori tentang atom. Mereka menggambarkan atom sebagai materi terkecil yang sedemikian kecilnya sehingga tidak dapat dibagi-bagi lagi.
Selama hampir 2000 tahun, teori Democritus diabaikan. Kemudian muncul lagi ilmuan-ilmuan lain yang menghidupkan kembali teori atom itu, yaitu:
1.      Model Atom Dalton
Perkembangan selanjutnya yang dicatat sejarah ilmu pengetahuan adalah konsep atom yang dikemukakan oleh John Dalton (1766-1844). Dalton mengemukakan teorinya sebagai berikut:
a.      Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi
b.      Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda
c.       Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen.
d.      Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru. Seperti gambar berikut ini:

Gambar 2.1. Model Atom Dalton

2.      Model Atom Thomson
      Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William Crookers, maka J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil percobaan ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom (partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.
      Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positifuntuk menetrallkan muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya tersebut, Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson. Yang menyatakan bahwa: "Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektron".
      Model atom ini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas kulitnya. biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar marata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada model atom Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal. Model atom Thomson dapat digambarkan sebagai berikut:
Gambar 2.2. Model Atom Thomson
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 beberapa berikut:
*      Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan.
*      Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.
*      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.
                        Model atom Rutherford dapat digambarkan sebagai berikut:
        Gambar 2.3. Model Atom Rutherford
4.      Model Atom Bohr
      Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:
a.      Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti.
b.      Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.
c.       Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, ΔE = hv.
d.      Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2∏ atau nh/2∏, dengan n adalah bilangan bulat dan h tetapan planck.

      Menurut model atom bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.
Gambar 2.4. Model Atom Bohr
5.      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”.
      Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.

      x,y dan z= Posisi dalam tiga dimensi
      Y          = Fungsi gelombang
      M         = massa

Ђ   = h/2p dimana h = konstanta plank dan p = 3,14
 E   = Energi total
 V   = Energi potensial
      Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini.
Gambar 2.5. Model atom mutakhir atau model atom mekanika gelombang
      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
a.      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).
b.      Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut).
c.       Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.

B.     KELEBIHAN DAN KELEMAHAN MODEL ATOM
1.      Model Atom Dalton
a.      Kelebihan
*      Mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom
b.      Kelemahan
*      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.

2.      Model Atom Thomson
a.      Kelebihan
*      Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur.
b.      Kelemahan
*      Model Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.
3.      Model Atom Rutherford
a.      Kelebihan
*      Membuat hipotesa bahwa atom tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilingi inti
b.      Kelemahan
*      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.
4.      Model Atom Bohr
a.      Kelebihan
*      Atom Bohr adalah bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat berpindahnya elektron.
b.      Kelemahan
*      Model atom ini adalah tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek Strack.
5.      Model Atom Modern
a.      Kelemahan
*      Persamaan gelombang Schrodinger hanya dapat diterapkan secara eksak untuk partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal.

C.     ATOM BERELEKTRON BANYAK
Untuk membedakan elektron-elektron dalam suatu atom berelektron banyak digunakan antara lain:
1.      Bilangan Kuantum
Elektron mengelilingi inti atom menurut lintasan tertentu. Selain kedudukannya dalam lintasan elektron juga memiliki keadaan-keadaan yang lain. Untuk menyatakan keadaan dan energi elektron digunakan bilangan kuantum. Ada empat macam bilangan kuantum yaitu:
a.      Bilangan Kuantum Utama
Dalam model atom Bohr, elektron dikatakan berada di dalam lintasan stasioner dengan tingkat energi tertentu. Tingkat energi ini berkaitan dengan bilangan kuantum utama dari elektron. Bilangan kuantum utama dinyatakan dengan lambang n sebagaimana tingkat energi elektron pada lintasan atau kulit ke-n. untuk atom hidrogen, sebagaimana dalam model atom Bohr, elektron pada kulit ke-n memiliki energi sebesar


Adapun untuk atom berelektron banyak (terdiri atas lebih dari satu elektron), energi elektron pada kulit ke-n adalah


Dimana Z adalah nomor atom. Nilai-nilai bilangan kuantum utama n adalah bilangan bulat mulai dari 1.

n = 1, 2, 3, 4, ….

Bisa dikatakan bahwa bilangan kuantum utama berkaitan dengan kulit elektron di dalam atom. Bilangan kuantum utama membatasi jumlah elektron yang dapat menempati satu lintasan atau kulit berdasarkan persamaan berikut.

Jumlah maksimum elektron pada kulit ke-n adalah 2n2.
b.      Bilangan Kuantum Orbital
Elektron yang bergerak mengelilingi inti atom memiliki momentum sudut. Efek Zeeman yang teramati ketika atom berada di dalam medan magnet berkaitan dengan orientasi atau arah momentum sudut dari gerak elektron mengelilingi inti atom. Terpecahnya garis spektum atomik menandakan orientasi momentum sudut elektron yang berbeda ketika elektron berada di dalam medan magnet.

Tiap orientasi momentum sudut elektron memiliki tingkat energi yang berbeda. Meskipun kecil perbedaan tingkat energi akan teramati apabila atom berada di dalam medan magnet. Momentum sudut elektron dapat dinyatakan sebagai
Dimana,

Bilangan l disebut bilangan kuantum orbital. Jadi, bilangan kuantum orbital l menentukan besar momentum sudut elektron. Nilai bilangan kuantum orbital l adalah

l = 0, 1, 2, 3, … (n – 1)

misalnya, untuk n = 2, nilai l yang diperbolehkan adalah l = 0 dan l = 1.
c.       Bilangan Kuantum Magnetik
Momentum sudut elektron L merupakan sebuah vektor. Jika vektor momentum sudut L diproyeksikan ke arah sumbu yang tegak atau sumbu-z secara tiga dimensi akan didapatkan besar komponen momentum sudut arah sumbu-z dinyatakan sebagai Lz. bilangan bulat yang berkaitan dengan besar Lz adalah m. bilangan ini disebut bilangan kuantum magnetik. Karena besar Lz bergantung pada besar momentum sudut elektron L, maka nilai m juga berkaitan dengan nilai l.

m = −l, … , 0, … , +l

misalnya, untuk nilai l = 1, nilai m yang diperbolehkan adalah −1, 0, +1.

d.      Bilangan Kuantum Spin
Bilangan kuantum spin diperlukan untuk menjelaskan efek Zeeman anomali. Anomali ini berupa terpecahnya garis spektrum menjadi lebih banyak garis dibanding yang diperkirakan. Jika efek Zeeman disebabkan oleh adanya medan magnet eksternal, maka efek Zeeman anomali disebabkan oleh rotasi dari elektron pada porosnya. Rotasi atau spin elektron menghasilkan momentum sudut intrinsik elektron. Momentum sudut spin juga mempunyai dua orientasi yang berbeda, yaitu spin atas dan spin bawah. Tiap orientasi spin elektron memiliki energi yang berbeda tipis sehingga terlihat sebagai garis spektrum yang terpisah.
Spin elektron diwakili oleh bilangan kuantum tersendiri yang disebut bilangan kuantum magnetik spin (atau biasa disebut spin saja). Nilai bilangan kuantum spin hanya boleh satu dari dua nilai +½ atau −½. jika ms adalah bilangan kuantum spin, komponen momentum sudut arah sumbu-z dituliskan sebagai
Sz = msћ
Dimana,

Spin ke atas dinyatakan dengan


Spin ke bawah dinyatakan dengan
2.      Sifat Atom
Sifat-sifat suatu unsur dapat diketahui melalui struktur atomnya. Susunan elektron dalam suatu atom dapat dipakai sebagai dasar untuk mengetahui sifat-sifat atom tertentu. Pada sebagian unsur, kulit-kulit ada yang terisi elektron dengan penuh dan ada  yang tidak penuh. Kulit yang tidak penuh terisi elektron berada pada kulit paling luar. Elektron pada kulit terluar ini dinamakan elektron valensi.
Pengisian elektron dimulai dari tingkat energi terendah. Konfigurasi yang mantap terdapat pada sub kulit yang terisi penuh, jika subkulit telah terisi penuh, sisa elektron akan  mengisi sub kulit selanjutnya.
3.      Sistem Periodik
Sistem periodik unsur disusun berdasarkan kenaikan nomor atomnya atau berdasarkan urutan jumlah elektron. Ternyata, sistem periodik ini dapat menjelaskan sifat-sifat unsur pada periode dan golongan tertentu dan menjelaskan mengapa unsur-unsur dalam satu periode memiliki sifat-sifat yang berbeda antara golongan yang satu dan golongan yang lainnya.
Untuk memahami keteraturan susunan elektron atau subkulit dalam daftar bekala yang sangat membantu ialah sebagai berikut:
a.      Aturan Aufbau
Penempatan elektron dimuali dari subkulit yang memilki tingkat energi yang paling rendah sampai penuh. Setelah itu dilanjutkan dengan sub kulit yang tingkat energinya lebih tinggi dan seterusnya sesuai dengan jumlah elektron yang ada.
b.      Kaidah Hund
Penempatan elektron pada orbital-orbital p, d, f yang memilki tingkat energi yang sama (pada subkulit yang sama), masing-masing diisi dengan satu elektron terlebih dahulu dengan arah spin yang sama, kemudian diisi dengan elekron berikutnya dengan arah yang berlawanan.
c.       Asas Larangan Pauli
Wolfgang Pauli  mengemukakan aturan pengisian elektron pada atom yaitu elektron-elektron cinderung akan menempati energi terendah yag masih mungkin dalam suatu orbital. Oleh karena itu jumlah elektron maksimum dapat mengisi subkulit tertentu  terbatas maka Pauli mengemukakan aturan yang dikenal dengan ekskusi asas larangan Pauli, yaitu dalam sebuah atom tidak boleh ada dua elektron yang menempati keadaan yang sam artinya tidak boleh memiliki keempat bilangan kuantum yang sama (n, l, m, dan ms).
4.      Energi Ionisasi dan Elektron Valensi
Dalam pembentukan senyawa atom akan menerima dan melepaskan elektronnya. Pelepasan dan penerimaan elektron ini berhubungan dengan energi, yaitu :
a.      Energi Ionasisasi
Jika dalam suatu atom terdapat satu elektron diluar subkulit yang mantap maka elektron ini cinderung mudah lepas agar memiliki konfigurasi seperti gas mulia. Sehingga, dalam pelepasan elektron ini diperlukan energi.
b.      Afinitas Elektron
Afinitas elektron merupakan energi yang terlibat dalam peristiwa apabila suatu atom menerima elektron dari luar. Atom-atom yang memilki gaya tarik antar intinya kecil menunjukan bahwa afinitas elektron juga kecil.
c.       Elektron Valensi
Elekron valensi merupakan elektron yang yang berperan dalam menentukan sifat-sifat fisika dan kimia. Elektron ini sangat berperan dalam menentukan pembentukan senyawa.
BAB III
PENUTUP
A.     Kesimpulan
Atom adalah satuan unit terkecil dari sebuah unsur yang memiliki sifat-sifat dasar tertentu. Perkembangan teorinya mulai dari Model atom Dalton, Model atom Thomson, Model atom Rutherford, Model atom Bohr, dan Model atom Modern. Masing-masing atom ini memiliki kelebihan dan kekurangan. Dan Untuk membedakan elektron-elektron dalam suatu atom berelektron banyak digunakan bilangan kuantum, diketahui sifat atomnya, sistem periodik dan Energi Ionisasi dan Elektron Valensi.

B.     Saran
Saya sadar dalam penyusunan makalah ini masih sangat jauh dari kesempurnaan, maka  dari itu saran dan bimbingan dari para bapak ibu dosen selaku pembina, kami harapkan demi kesempurnaan karya penulis selanjutnya.
DAFTAR PUSTAKA
Drajat. 2007. Fisika untuk SMA/MA kelas XII. Bandung: PT. Sutra Benta Perkasa.
Parning. 2004. Kimia SMA Kelas X Semester Pertama. Jakarta: Yudistira.

Arman.2007. Model-model atom. www.google.com, 03 April 2012.   http://webcache.googleusercontant.com/search?q=cache, (03 juni 2007).

Nhingzhdt

Saya adalah seorang individu yang sedang berusaha mengejar tujuan untuk menjadi sukses, dan berharap hal itu segera terealisasi. Aktivitas saya sehari-hari sebagai seorang guru mata pelajaran IPA, saya mempunyai dedikasi tinggi terhadap dunia pendidikan dan semoga menjadi teladan bagi murid saya.

Langganan: Posting Komentar (Atom)