Sebuah atom adalah bahan dasar bangunan dari semua benda. Segala sesuatunya yang ada terdiri dari atom. Pelajari lebih lanjut tentang atom, sejarah dan struktur, untuk menambah lebih banyak dalam pengetahuan Anda dengan menyimak uraian berikut ini. Atom adalah partikel yang sangat kecil yang membentuk segala sesuatu di alam semesta. Sejauh yang kita tahu, ada 118 unsur yang berbeda, sekitar 92 yang terjadi secara alami dan 26 lain bahwa para ilmuwan telah dibuat dalam laboratorium (meskipun jumlah ini berfluktuasi para ilmuwan menemukan dan menciptakan unsur baru).
Setiap unsur terdiri dari atom yang unik untuk unsur tersebut; atom hidrogen berbeda dari atom emas, yang berbeda dari atom neon.
Sejarah Atom
Kata ‘atom’ berasal dari kata Yunani yang berarti ‘tak dapat dibagi’, dan pertama kali digunakan untuk menggambarkan gagasan bahwa ada ti-tik di mana materi tidak bisa dibuat lebih kecil lagi. Partikel-partikel kecil yang disebut atom, dan bahkan kemudian ketika ditemukan bahwa atom memiliki potongan-potongan dengan baik dan bukan unit terkecil dari materi, nama itu disimpan untuk menghindari kebingungan.
Pada awal 1900-an, dua ilmuwan mengembangkan model atom yang didasarkan pada tata surya, dengan inti di tengah (seperti matahari) dan badan mengorbit di sekitarnya (seperti planet). Para ilmuwan telah menyadari bahwa model ini terlalu sederhana untuk benar-benar menggambarkan struktur atom, namun model Rutherford-Bohr dari atom merupakan ti-tik awal yang berguna untuk memahami struktur atom.
Atom Democritus
Materi terdiri dari blok bangunan yang tidak dapat dibagi. Gagasan ini dicatat pada abad kelima SM oleh Leucippus dan Democritus. Orang Yunani menyebut partikel-partikel ini atomos, yang berarti tidak dapat dibagi, dan kata modern “atom” berasal dari istilah ini. Democritus mengusulkan bahwa berbagai jenis dan kombinasi partikel-partikel ini bertanggung jawab atas berbagai bentuk materi. Namun, ide-ide ini sebagian besar diabaikan pada saat itu, karena sebagian besar filsuf menyukai perspektif Aristotelian.
Atom Dalton
Konsep atom ditinjau kembali dan dielaborasi oleh banyak ilmuwan dan filsuf, termasuk Galileo, Newton, Boyle, dan Lavoisier. Pada 1661, Boyle mempresentasikan diskusi tentang atom dalam bukunya The Skeptical Chymist. Namun, ahli kimia dan meteorologi Inggris John Dalton dikreditkan dengan teori atom modern pertama, seperti yang dijelaskan dalam A New System of Chemical Philosophy.
Eksperimen Dalton dengan gas menyebabkan beberapa pengukuran massa atom paling awal dan konsep struktur atom dan reaktivitas. Teori atom Dalton mengandung ide-ide berikut:
- Semua atom dari unsur yang diberikan identik.
- Atom-atom dari unsur yang berbeda bervariasi dalam massa dan ukuran.
- Atom tidak bisa dihancurkan. Reaksi kimia dapat menyebabkan penataan ulang, tetapi tidak penciptaan atau penghancuran mereka.
Dalton juga menguraikan hukum proporsi ganda, yang menjelaskan bagaimana reaktan akan bergabung dalam rasio yang ditetapkan. Seperti para filsuf awal, teori-teori Dalton tidak populer diterima untuk sebagian besar abad ke-19, tetapi gagasan-gagasannya sejak itu telah diterima, dengan amandemen yang membahas partikel-partikel sub-atomik dan interkonversi energi dan massa.
Atom Thomson
Terobosan pertama terjadi pada akhir 1800-an ketika fisikawan Inggris Joseph John (JJ) Thomson menemukan bahwa atom tidak dapat dibagi seperti yang diklaim sebelumnya. Dia melakukan percobaan menggunakan sinar katoda yang diproduksi dalam tabung pelepasan, dan menemukan bahwa sinar tertarik oleh pelat logam bermuatan positif tetapi ditolak oleh yang bermuatan negatif. Dari sini ia menyimpulkan sinar harus dibebankan secara negatif.
Dengan mengukur muatan pada partikel-partikel dalam sinar, ia dapat menyimpulkan bahwa partikel-partikel itu dua ribu kali lebih ringan daripada hidrogen, dan dengan mengubah logam, katoda dibuat dari bahan tersebut. Ia dapat mengatakan bahwa partikel-partikel ini hadir dalam banyak jenis atom. Dia telah menemukan elektron (meskipun dia menyebutnya sebagai ‘sel darah’), dan menunjukkan bahwa atom tidak dapat dibagi, tetapi memiliki bagian penyusun yang lebih kecil. Penemuan ini akan memenangkannya Hadiah Nobel pada tahun 1906.
Pada tahun 1904, ia mengajukan model atom berdasarkan temuannya. Dijuluki ‘Model Plum Puding’ (meskipun bukan oleh Thomson sendiri), ia membayangkan atom sebagai bidang muatan positif, dengan elektron tersebar di seluruh seperti plum dalam puding. Para ilmuwan telah mulai mengintip ke dalam jeroan atom, tetapi model Thomson tidak akan lama berkeliaran – dan salah satu muridnya yang memberikan bukti untuk memasukkannya ke dalam sejarah.
Atom Rutherford
Ernest Rutherford adalah seorang ahli fisika dari Selandia Baru yang belajar di Universitas Cambridge di bawah Thomson. Itu adalah karyanya kemudian di Universitas Manchester yang akan memberikan wawasan lebih lanjut ke bagian dalam atom. Pekerjaan ini datang setelah ia telah menerima Hadiah Nobel pada tahun 1908 untuk penyelidikannya dalam kimia zat radioaktif.
Rutherford menyusun percobaan untuk menyelidiki struktur atom yang melibatkan penembakan partikel alfa bermuatan positif pada selembar kertas emas tipis. Partikel alfa sangat kecil sehingga dapat melewati foil emas, dan menurut model Thomson yang menunjukkan muatan positif tersebar di seluruh atom, seharusnya dilakukan dengan sedikit atau tanpa defleksi. Dengan melakukan percobaan ini, dia berharap dapat mengkonfirmasi model Thomson, tetapi dia akhirnya melakukan hal yang sebaliknya.
Selama percobaan, sebagian besar partikel alfa melewati foil dengan sedikit atau tanpa defleksi. Namun, sejumlah kecil partikel dibelokkan dari jalur aslinya pada sudut yang sangat besar. Ini benar-benar tidak terduga; seperti yang diamati Rutherford sendiri, “Itu hampir luar biasa seolah-olah Anda menembakkan selongsong 15 inci pada selembar kertas tisu dan kertas itu kembali dan mengenai Anda”. Satu-satunya penjelasan yang mungkin adalah bahwa muatan positif tidak menyebar ke seluruh atom, tetapi terkonsentrasi di pusat padat kecil: nukleus. Sebagian besar sisa atom hanyalah ruang kosong.
Penemuan nukleus Rutherford berarti model atom memerlukan pemikiran ulang. Dia mengusulkan model di mana elektron mengorbit inti bermuatan positif. Sementara ini merupakan peningkatan pada model Thomson, itu tidak menjelaskan apa yang membuat elektron mengorbit bukannya hanya berputar ke inti.
Atom Bohr
Masukkan Niels Bohr. Bohr adalah seorang fisikawan Denmark yang mulai mencoba menyelesaikan masalah dengan model Rutherford. Dia menyadari bahwa fisika klasik tidak dapat menjelaskan dengan tepat apa yang sedang terjadi di tingkat atom; alih-alih, ia menggunakan teori kuantum untuk mencoba dan menjelaskan pengaturan elektron. Modelnya mendalilkan keberadaan tingkat energi atau cangkang elektron. Elektron hanya dapat ditemukan pada tingkat energi spesifik ini; dengan kata lain, energi mereka terkuak, dan tidak bisa mengambil nilai apa pun. Elektron dapat bergerak di antara tingkat energi ini (disebut oleh Bohr sebagai ‘keadaan diam’), tetapi harus melakukannya dengan menyerap atau memancarkan energi.
Saran Bohr untuk tingkat energi stabil membahas masalah elektron yang berputar ke dalam nukleus sampai batas tertentu, tetapi tidak sepenuhnya. Alasan tepatnya sedikit lebih kompleks daripada yang akan kita bahas di sini, karena kita memasuki dunia mekanika kuantum yang kompleks; dan seperti yang dikatakan Bohr sendiri, “Jika mekanika kuantum belum mengejutkan Anda, Anda belum memahaminya”. Dengan kata lain, itu jadi agak aneh.
Model Bohr tidak menyelesaikan semua masalah model atom. Itu bekerja dengan baik untuk atom hidrogen, tetapi tidak bisa menjelaskan pengamatan unsur yang lebih berat. Itu juga melanggar Prinsip Ketidakpastian Heisenberg, salah satu landasan mekanika kuantum, yang menyatakan kita tidak bisa mengetahui posisi dan momentum tepat dari sebuah elektron. Namun, prinsip ini tidak didalilkan sampai beberapa tahun setelah Bohr mengusulkan modelnya. Terlepas dari semua ini, Bohr mungkin masih merupakan model atom yang paling Anda kenal, karena sering kali atom yang pertama kali diperkenalkan selama kursus kimia SMA atau sekolah menengah. Masih memiliki kegunaannya juga; ini cukup berguna untuk menjelaskan ikatan kimia dan reaktivitas beberapa kelompok elemen pada tingkat yang sederhana.
Atom Schrödinger
Bagaimanapun, model masih membutuhkan pemurnian. Pada titik ini, banyak ilmuwan sedang menyelidiki dan mencoba mengembangkan model kuantum atom. Salah satunya adalah fisikawan Austria Erwin Schrödinger, yang mungkin pernah Anda dengar sebelumnya (dia pria dengan kucing dan kotak). Pada tahun 1926 Schrödinger mengusulkan bahwa, alih-alih elektron yang bergerak dalam orbit atau cangkang tetap, elektron berperilaku sebagai gelombang. Ini sepertinya sedikit aneh, tetapi Anda mungkin sudah ingat bahwa cahaya dapat berperilaku baik sebagai gelombang dan partikel (yang dikenal sebagai dualitas gelombang-partikel), dan ternyata elektron juga bisa.
Schrödinger memecahkan serangkaian persamaan matematika untuk menghasilkan model distribusi elektron dalam atom. Modelnya menunjukkan inti yang dikelilingi oleh awan kerapatan elektron. Awan-awan ini adalah awan probabilitas; meskipun kami tidak tahu persis di mana elektron berada, kami tahu mereka cenderung ditemukan di wilayah ruang tertentu. Daerah ruang ini disebut sebagai orbital elektron. Mungkin dapat dimengerti mengapa pelajaran kimia di sekolah menengah tidak mengarah langsung dengan model ini, meskipun ini model yang diterima saat ini, karena dibutuhkan sedikit waktu lebih banyak untuk menggerakkan kepala Anda!
Atom Chadwick
Schrödinger bukan kata terakhir pada atom. Pada tahun 1932, fisikawan Inggris James Chadwick (seorang mahasiswa Ernest Rutherford) menemukan keberadaan neutron, melengkapi gambaran kita tentang partikel subatomik yang membentuk atom. Kisah itu tidak berakhir di sana juga; fisikawan telah menemukan bahwa proton dan neutron yang membentuk nukleus itu sendiri dapat dibagi menjadi partikel yang disebut quark – tetapi itu berada di luar cakupan tulisan ini! Bagaimanapun, atom memberi kita contoh yang bagus tentang bagaimana model ilmiah dapat berubah dari waktu ke waktu, dan menunjukkan bagaimana bukti baru dapat mengarah pada model baru.
Komponen Atom
Setiap atom terdiri dari tiga partikel subatom:
- Elektron – bagian terkecil dari atom, partikel-partikel ini terlalu kecil untuk diukur. Mereka adalah ‘planet’ dalam model Rutherford-Bohr atom ketika mereka berputar di sekitar inti di awan. Elektron bermuatan negatif.
- Proton – ditemukan dalam inti atom, partikel-partikel ini adalah komponen bermuatan positif dari atom.
- Neutron – juga ditemukan dalam inti, neutron tidak memiliki muatan. Keduanya neutron dan proton hampir 2.000 kali lebih besar dari elektron.
Setiap unsur berbeda berdasarkan jumlah proton dan elektron yang dikandungnya. Sebuah atom hidrogen hanya berisi satu proton dan satu elektron, sedangkan atom karbon berisi enam dari masing-masing dan sebuah atom perak berisi 47 proton dan 47 elektron.
Ukuran dan Bentuk Atom
Massa atom terutama berasal dari proton dan neutron. Jumlah partikel ini sama dengan jumlah massa atom. Karena atom sangat kecil, para ilmuwan melakukan perhitungan mengenai atom dengan menggunakan unit ‘mol‘, yang sama dengan 6,02 X 10 ^ 23 atom.
Ukuran atom tidak tetap, tetapi tergantung pada posisi elektron, yang terus bergerak. Batas luar gerakan mereka disebut awan elektron dan menyerupai bola. Elektron jarang bergerak di luar batas ini karena muatan negatif mereka tertarik ke muatan positif dari proton dalam inti.
Elektron paling dekat dengan tepi luar dari bola dapat berinteraksi dengan atom lain membentuk ikatan antara keduanya. Ini adalah bagaimana molekul kompleks dan makhluk diciptakan. Pada tingkat terkecil, atom yang berbeda bersatu untuk membentuk senyawa dengan sifat mereka sendiri yang unik, mulai dari air untuk tubuh manusia adalah hanya sekelompok unsur yang berbeda bekerja sama.
