teori atom dalton

Perkembangan Model Atom
Kegiatan Belajar 1
“Lampu Neon” merupakan istilah umum
untuk emisi atom yang melibatkan gas
mulia (helium, neon, argon), merkuri, dan
fosfor. Sinar UV dari eksitasi atom merkuri
menyebabkan tabung fosfor menjadi
berwarna.
Sumber : Raymond Chang, Chemistry 10th
Edtion
Setelah mempelajari materi ini, Anda akan dapat :
1. Mendeskripsikan teori atom Dalton
2. Menganalisis sifat sinar katoda dari percobaan
Thompson
3. Menganalisis sifat sinar alfa dari percobaan
Rutherford
4. Menjelaskan teori atom Bohr
5. Menentukan keterkaitan antara nomor atom
dengan elektron valensi
6. Menentukan keterkaitan nomor atom, nomor
massa, dan isotop dengan jumlah partikel
penyusun atom (proton, elektron, dan neutron)
7. Membedakan unsur isotop, isoton, dan isobar
8. Menghitung kelimpahan isotop berdasarkan dari
massa isotop
1
1
TEORI ATOM DALTON
Istilah atom pertama kali dikemukakan oleh seorang filsuf Yunani yang bernama Democritus pada abad ke lima sebelum masehi. Democritus meyakini bahwa semua materi mengandung partikel yang sangat kecil yang disebut atom, yang berarti Gambar 1. Model atom Dalton
tidak dapat dibagi lagi.
Pada tahun 1808 seorang ilmuwan Inggris bernama John
Dalton mengemukakan bahwa bagian materi yang tidak dapat
(Sumber :
http://www.myrightspot.com/
2016/06/perkembanganmodel-atom.html)
dibagi dinamakan Atom. Hasil pemikiran Dalton menjadi awal
dari era kimia modern. Beberapa teori Dalton dapat diringkas
sebagai berikut :
1. Unsur terbentuk dari partikel kecil yang dinamakan
Atom. Atom merupakan bagian terkecil dari suatu
materi dan tidak dapat dibagi (indivisible).
2. Atom-atom dari suatu unsur adalah identik. Atom-atom
dari suatu unsur sejenis memiliki sifat dan
karakteristik yang sama, sedangkan atom-atom dari
unsur yang berbeda memiliki sifat dan karakteristik
yang berbeda pula.
3. Senyawa terbentuk dari penggabungan atom-atom
dengan perbandingan bulat tertentu.
4. Atom dari suatu unsur tidak dapat diciptakan dan tidak
dapat dimusnahkan. Reaksi kimia hanya melibatkan
penataan ulang atom-atom sehingga tidak ada atom
yang terbentuk maupun hilang akibat reaksi kimia.
Dari 3 postulat terakhir kemudian munculah suatu hukum
yang dikenal sebagai Hukum Perbandingan Berganda yang menyatakan bahwa “Bila dua unsur membentuk lebih dari satu senyawa
dan jika massa salah satu unsur dalam senyawa-senyawa itu sama
maka perbandingan massa unsur yang ke dua berbanding sebagai
bilangan bulat sederhana. Namun dalam perkembangannya
diketahui bahwa Teori Atom Dalton ternyata kurang tepat.
1. Atom dapat dbagi lagi menjadi beberapa partikel subatom,
unsur X
unsur Y
(a)
Senyawa X2Y
(b)
Gambar 2.
(a) Sesuai dengan postulat
Dalton yang ke dua bahwa
Atom-atom dari suatu unsur
adalah identik. Atom-atom
dari suatu unsur sejenis
memiliki sifat dan karakteristik yang sama, sedangkan atom-atom dari unsur
yang berbeda memiliki sifat
dan karakteristik yang
berbeda pula.
(b) Sesuai dengan postulat
Dalton yang ke tiga, senyawa
yang dibentuk dari unsur X
dan Y dengan perbandingan
jumlah atom 2:1
(Sumber : Chang, Raymond,
2011 : 30)
yaitu proton, elektron, dan neutron.
2. Walaupun mempunyai sifat dan karakteristik yang sama,
atom-atom dari unsur yang sama dapat memiliki massa yang
2
berbeda.
3. Melalui reaksi nuklir, atom dari suatu unsur dapat diubah
menjadi atom unsur lain.
2
TEORI ATOM THOMSON
Penemuan J. J Thomson abad ke-20 atas partikel lain yang
bermuatan negatif yang disebut dengan elektron memberikan bukti ketidaksempurnaan model atom Dalton. Eksperimen Thomson
dilakukan dengan mengamati dua plat elektrode dalam tabung vakum. Ketika kedua plat tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi, sinar bergerak dari Katode (elektroda negatif)
menuju ke Anode (elektroda positif). Sinar yang keluar dari katoda disebut sinar katoda. Sinar katoda dibelokkan oleh medan
magnet ke arah kutub positif. Dari eksperimen ini diperoleh
kesimpulan bahwa sinar katoda yang dibelokkan oleh muatan listrik
ke arah kutub positif merupakan partikel yang bermuatan listrik
negatif yang dinamakan elektron.
Gambar 3. Eksperimen Thomson
(Sumber : http://irpanpurnamansyah0077.blogspot.co.id/2015/04/partikel-dasar-atom.html)
Thomson mengemukakan bahwa di dalam atom terdapat
partikel listrik bermuatan negatif yang disebut elektron. Secara
rinci, teori atom Thomson dapat diringkas sebagai berikut :
1. Atom berupa bola yang bermuatan positif yang
homogen
2. Elektron bermuatan negatif tersebar di
sekelilingnya
3. Muatan positif dan negatif pada atom besarnya
sama. Hal ini menjadikan atom bermuatan
netral.
Gambar 4. Model atom Thomson
(Sumber :
http://www.myrightspot.com/
2016/06/perkembanganmodel-atom.html)
3
Karena bentuknya yang menyerupai bola yang bermuatan
positif dengan elektron di sekelilingnya, maka model atom
Thomson dapat diumpamakan sebagai roti kismis. Meskipun
demikian, teori atom Thomson tidak menjelaskan susunan inti
atom dalam atom tersebut.
3
TEORI ATOM RUTHERFORD
Melalui eksperimen penembakan sinar alfa (α) pada
lempengan emas, pada tahun 1911 seorang fisikawan Inggris
bernama Rutherford menemukan bukti bahwa dalam atom
terdapat inti atom yang bermuatan positif, yang berukuran jauh
lebih kecil daripada ukuran atom. Saat lempengan emas di tembak
dengan sinar alfa (α), partikel dari sinar tersebut sebagian besar
diteruskan dan sebagian kecil dibelokkan dengan sudut tertentu.
Gambar 5. Eksperimen Rutherford
(Sumber :
http://perpustakaancyber.blogspot.co.id/2013/03/sejarahpercobaan-penemuan-proton-elektron-neutron-dan-intiatom.html)
Dari percobaan tersebut, secara ringkas teori Rutherford
dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Atom merupakan ruang kosong atau hampa.
2. Atom tersusun dari tiga partikel subatomik, yaitu
proton, neutron, dan elekron.
Gambar 6. Model atom Rutherford
(Sumber :
https://id.wikipedia.org/wiki/St
ruktur_atom)
3. Proton dan neutron terletak dalam inti atom
dengan volume yang sangat kecil.
4. Inti atom merupakan pusat massa atom yang
dinamakan nukleus.
5. Elektron bergerak mengelilingi inti.
4
Seiring dengan berkembangnya zaman, teori atom Rutherford
mempunyai beberapa kelemahan.
1. Teori atom Rutherford tidak bisa menjelaskan
elektron tidak jatuh ke inti.
2. Model atom rutherford ini belum mampu
menjelaskan dimana letak elektron dan cara
rotasinya terhadap inti atom.
3. Tidak dapat menjelaskan gejala eksperimental
dari spektrum atom.
4
TEORI ATOM BOHR
Tahun 1913 Bohr mengusulkan model atom yang dapat memperbaiki kelemahan teori atom Rutherford. Teori atom Bohr dapat
menjelaskan elektron yang bergerak spiral tidak akan jatuh ke inti
dengan menggunakan dasar teori Planck.
Postulat Bohr berbunyi:
1. Elektron bergerak mengelilingi inti pada orbit
atau tingkat energi tertentu. Tingkat energi ini
dilambangkan dengan n=1 (K), n=2 (L), n=3 (M),
dan seterusnya.
(Perhatikan gambar 7)
2. Selama elektron berada dalam lintasan
stasioner, energi akan tetap, sehingga tidak
ada energi yang diserap ataupun dipancarkan.
3. Elektron dapat pindah ke lintasan lain disertai
perubahan energi.
(Perhatikan gambar 8)
Dalam keadaan stabil atom hidrogen memiliki energi terendah,
yakni elektron berada pada tingkat energi dasar (n = 1). Jika
elektron terletak pada tingkat energi n>1, dinamakan keadaan
tereksitasi. Keadaan tereksitasi ini tidak stabil dan terjadi jika
Gambar 7. Menurut Bohr, elektron berada
pada tingkat energi tertentu.
Selain itu, perpindahan
elektron ke tingkat energi
yang lebih tinggi akan
menyerap energi. Dan
sebaliknya, perpindahan
elektron ke tingkat energi
yang lebih rendah akan
memancarkan energi.
Keadaan tersebut dinamakan
keadaan eksitasi.
(Sumber :
http://fisikazone.com/atommodel-atom/model-atombohr/)
atom hidrogen menyerap sejumlah energi.
5
Seiring dengan berjalannya waktu ternyata teori yang diungkapkan
oleh Bohr memiliki kelemahan, diantaranya:
1. Teori atom Bohr hanya mampu menjelaskan
spektrum atom hidrogen tapi tidak mampu
menjelaskan spektrum yang berelektron
Banyak.
2. Orbit dari elektron yang mengelilingi inti bukan
berbetuk lingkaran, melainkan elips.
3. Elektron dalam atom tidak berpindah-pindah
dalam sebuah orbit, melainkan merupakan
sesuatu kebolehjadian dalam atom.
4.
Spektrum Atom Hidrogen
Dalam ilmu fisika, jika sinar matahari mengenai prisma,
maka akan nampak gabungan dari berbagai warna yaitu merahjingga-kuning-hijau-biru-ungu. Warna yang berkesinambungan
tersebut dinamakan spektrum kontinyu.
(a)
(b)
Gambar 8.
(a) Spektrum Kontinyu
(b) Spektrum Diskontinyu
(Sumber : Mc Murry and Fay, 2012 : 154)
Berbeda dengan spektrum kontinyu, spektrum diskontinyu
dihasilkan dari gas yang berpijar yang mengandung beberapa
panjang gelombang secara terputus yang disebut dengan spektrum
diskontinyu atau spektrum garis.
6
5
TEORI ATOM MEKANIKA KUANTUM
Pada tahun 1920an, diketahui bahwa teori atom Bohr
ternyata memiliki beberapa kekurangan, oleh karena itu perlu
adanya pendekatan lain. Tiga ilmuwan yaitu Heisenberg (19011976), de Broglie (1892-1987), dan Schrodinger (1887-1961)
membuat sebuah pendekatan yang lebih dikenal dengan mekanika
kuantum atau mekanika gelombang.
De Broglie (1923) mengungkapkan bahwa elektron dianggap
sebagai partikel dan menunjukkan sifat gelombang. Dengan adanya
gerak gelombang dari elektron, maka diperlukan teori kuantum
yang dapat menerangkan gerak elektron dalam atom dan
menghitung energi yang mungkin.
Dengan adanya gagasan teori gelombang dari elektron, maka
kedudukan elektron di sekeliling inti tak menentu. Hal ini tercakup
dalam Prinsip ketidakpastian Heisenberg (1927).
Sebagai akibat dari penemuan de Broglie dan Prinsip
Ketidakpastian Heisenberg, maka muncullah ide dari Schrodinger
yang dapat memberikan perhitungan mengenai energi elektron
dalam atom dan kedudukan elektron yang digambarkan sebagai
kebolehjadian.
Partikel Penyusun Atom
Pada awal abad ke-20 para ahli meyakini bahwa atom terdiri
atas inti atom yang berukuran kecil dan elektron-elektron yang
berada di seputar inti atom. Atom terdiri dari tiga macam partikel
dasar, yaitu proton, neutron, dan elektron. Proton dan neutron
berada di dalam inti atom, sedangkan elektron berada di dalam
ruang seputar inti.
1. Elektron
Eksperimen Thompson dilakukan dengan mengamati dua plat
elektrode dalam tabung vakum. Ketika kedua plat tersebut
dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi, sinar akan
bergerak dari katoda (elektroda negatif) menuju ke anoda
(elektroda positif). Sinar yang keluar dari katoda disebut sinar
7
katoda. Sinar katoda dibelokkan oleh medan magnet ke arah kutub
positif. Dari eksperimen ini diperoleh kesimpulan bahwa sinar
katoda yang dibelokkan merupakan partikel yang bermuatan listrik
negatif (elektron).
Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Thomson,
fisikawan asal Amerika yang bernama Robert Andrew Milikan
melakukan percobaan untuk mengukur massa elektron. Dalam
percobaannya, beberapa tetes minyak disemprotkan ke dalam
suatu wadah dan mengalami atomisasi. Tetesan tersebut akan
mengenai sinar X yang menyebabkan molekul-molekul udara dapat
memindahkan elektronnya pada tiap tetesan. Ketika muatan listrik
telah diatur, gaya elektrostatik yang mengumpulkan tetesantetesan ke bagian atas yang diseimbangkan oleh gaya gravitasi
yang mengumpulkan tetesan-tetesan ke bagian bawah. Milikan
menghitung tiap tetesan yang mengandung muatan yang berbedabeda. Dari hasil perhitungan diperoleh massa elektron 9,1.10-28
1
gram atau 1840 massa 1 atom hidrogen.
Gambar 9.
Percobaan Thomson
dengan
mendekatkan
magnet ke tabung
katoda. Sinar katoda
akan berbelok sesuai
dengan arah medan
magnet.
(Sumber: Chang, 2011 :
32)
Gambar 10 . Percobaan Milikan
(Sumber: http://www.nafiun.com/2012/12/struktur-atomterbaru.html)
2. Proton
Tahun 1886, fisikawan Jerman, Eugene Goldstein melakukan eksperimen dengan tabung sinar katoda yang telah dimodifikasi, yaitu diberi lubang di tengah katoda. Ternyata ada seberkas sinar yang berbeda dengan sinar katode yang melewati lubang
katode dan bergerak dari arah anode. Sinar tersebut dinamakan
sinar terusan atau sinar anode atau sinar positif. Kemudian pada
tahun 1920 partikel tersebut diberi nama Proton oleh Rutherford.
8
Setiap gas yang digunakan dalam tabung memberikan rasio q/m
yang berbeda-beda. Hasil percobaan menunjukkan bahwa proton
memiliki massa 1,6726.10-24 gram.
Gambar 11. Percobaan Goldstein
(Sumber: http://mafia.mafiaol.com/2013/06/sejarah-penemuanproton.html)
3. Neutron
James Chadwick melalui eksperimennya berhasil membuktikan adanya neutron dengan cara menembaki atom Berilium
dengan sinar alfa. Dari hasil penembakan itu terdeteksi adanya
partikel tidak bermuatan yang memiliki massa yang hampir sama
dengan proton. Karena sifatnya yang netral, partikel tersebut
dinamakan neutron. Massa neutron adalah 1,6749.10-24 gram.
Gambar 12
Percobaan Chadwick dengan menembakkan sinar alfa ke
lempeng berilium
(Sumber: http://belajar-fun.blogspot.co.id/2012/09/penemuanneuron-oleh-chadwick.html)
Sifat Partikel Subatomik
Partikel
elektron
Simbol
e-
Letak
Pada ruang
disekitar
Muatan
1-
Massa
Massa
Relatif
Sesungguhnya
1
1840
9,1.10-28
nukleus
9
Partikel
Proton
Simbol
P
1
Letak
Di dalam
Muatan
Massa
Massa
Relatif
sesungghunya
1+
1
1,6726.10-24
0
1
1,6749.10-24
nukleus
Neutron
N0
Di dalam
nukleus
NOMOR ATOM, NOMOR MASSA, DAN ISOTOP
?
Pernahkah kalian mengamati sebuah tabel
periodik unsur kimia ?
1
1H
Nomor massa

Menunjukkan jumlah proton dan neutron dalam inti
atom
Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron

Jumlah neutron dalam atom sama dengan selisih jumlah
nomor massa dengan nomor atom. Jumlah neutron
Nomor massa
𝐴
𝑍𝑋
dirumuskan sebagai berikut.
Jumlah neutron = A - Z
Nomor atom
10
Nomor atom

Menunjukkan jumlah proton dalam inti atom

Dalam atom yang tidak bermuatan atau netral, nomer
atom juga menyatakan jumlah elektron
Nomor atom = jumlah proton = jumlah elektron

39
K19 artinya atom kalium memiliki nomor atom 19. Jadi,
dalam inti atom K terdapat 19 proton dan pada kulit
atom terdapat 19 elektron juga

Atom juga dapat melepas atau menerima elektron tanpa
mengubah unsurnya. Atom yang melepas elektron
berubah menjadi ion positif, sebaliknya atom yang
menerima elektron berubah menjadi ion negatif

S (belerang) mempunyai nomor atom 16. Berarti
memiliki 16 proton dan 16 elektron. S4+ memiliki 16
proton dan 12 elektron. Sedangkan S2- memiliki 16
proton dan 18 elektron
Dalam beberapa hal, atom dari unsur tertentu tidak semua
memiliki massa yang sama. Atom yang memiliki nomor atom
yang sama tetapi nomor massa berbeda disebut isotop.
Isotop adalah unsur yang mempunyai nomor atom sama ,
tetapi nomor massa berbeda.
Isobar adalah unsur yang mempunyai nomor massa yang
sama tetapi nomor atom berbeda
Contoh: 2411Na dan 2412Mg
Isoton adalah atom unsur yang memiliki jumlah neutron
sama tetapi nomor atom berbeda.
Contoh: 146C dan 168O
11