ENERGI ATOM
Energi
atom adalah energi yang bersumber dari atom. Setiap atom memiliki
partikel-partikel energi. Inti atom yang merupakan sumber energi ini dilepaskan
ketika atom terbelah.
Energi
atom dapat diperoleh dengan dua cara, yaitu dengan penyatuan atom dan
pembelahan atom. Ketika dua atau lebih atom bergabung menjadi satu, dihasilkan
energi yang luar biasa dalam bentuk panas. Sebagian besar energi matahari
berasal dari reaksi penyatuan ini.
Sumber
lain energi atom adalah proses pembelahan atom. Ketika partikel-partikel atom
dibenturkan dengan partikel-partikel seperti neutron, sebagian atom akan
membelah menghasilkan energi yang luar biasa besarnya. Contohnya reaksi
pembelahan Uranium 235.
Tahukah
Anda, berapa banyak energi yang dilepaskan dari pembelahan atom di atas? Satu
kilogram Uranium menghasilkan energi sejuta kali lebih besar dibandingkan
energi yang diperoleh dari pembakaran satu kilogram batu bara ! Dan tahukah
Anda Uranium seukuran kerikil kecil dapat menjalankan sebuah kapal samudra,
pesawat, atau generator !
Kedahsyatan
energi pembelahan Uranium ini, ironisnya dikemudian hari disalahgunakan manusia
untuk membuat bom nuklir yang menewaskan jutaan manusia. Bagaimana pendapat
Anda mengenai hal ini? Sepengetahuan Anda apa saja kegunaan energi atom
ini?
Pada tahun 1803,
John Dalton mengemukakan pendapatnaya tentang atom. Teori atom Dalton
didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum Kekekalan Massa (hukum Lavoisier)
dan hukum Perbandingan Tetap (hukum Prouts).
Lavosier
mennyatakan bahwa "Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama
dengan massa total zat-zat hasil reaksi". Sedangkan Prouts menyatakan
bahwa "Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap".
Dari kedua hukum
tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai berikut: 1) Atom
merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi
2) Atom digambarkan
sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang
identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda
3) Atom-atom
bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana.
Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen
4) 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:
Hipotesa Dalton digambarkan dengan
model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak
peluru. Seperti
gambar berikut ini:
Kelebihan
dan Kelemahan Model Atom Dalton
Kelebihan :
Mulai membangkitkan minat terhadap
penelitian mengenai model atom
Kelemahan :
Teori atom Dalton tidak dapat
menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya
hantar arus listrik, jika atom
merupakan bagian terkecil dari suatu unsur dan tidak dapat dibagi lagi.
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 sub atom) 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 positif untuk 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:
Kelebihan
dan Kelemahan Model Atom Thomson
Kelebihan :
Membuktikan adanya partikel lain yang
bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom
bukan merupakan bagian terkecil dari
suatu unsur. Selain itu juga memastikan bahwa
atom tersusun dari partikel yang
bermuatan positif dan negative untuk membentuk atom
netral. Juga membuktikan bahwa
electron terdapat dalam semua unsur.
Kelemahan :
Model Thomson belum dapat dapat
menjelaskan susunan muatan positif dan negative dalam bola atom tersebut.
3.
MODEL ATOM RUTHERFORD
Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans
Geiger dan 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 sebagai berikut:
1) Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua
partikel alfa diteruskan
2) Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu
lapisanatom-atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat
kecil yang bermuatan positif.
3) 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 beriukut:
Percobaan Rutherford
Kelebihan dan Kelemahan
Model Atom Rutherford
Kelebihan : Membuat hipotesa bahwa atom tersusun
dari inti atom dan elektron yang mengelilingi inti.
Kelemahan : Tidak dapat menjelaskan mengapa
elektron tidak jatuh ke dalam inti atom sesuai dengan teori fisika klasik.
Berdasarkan teori fisika klasik, 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.
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:
1)
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.
2)
Selama
elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak
ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.
3)
Elektron
hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain.
Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan
persamaan planck, ∆E = hv.
4)
Lintasan
stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama
sifat yang disebut momentum sudut.
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.
Percobaan Bohr
Kelebihan dan Kelemahan
Kelebihan : Model atom Bohr mampu membuktikan
adanya lintasan elektron untuk atom Hidrogen dengan jari-jari bola =0,529
Angstrom = 0,529 x 10-10 m = 1 bohr.
Kelemahan : Model Atom Bohr hanya dapat
menerangkan atom-atom yang memiliki elektron tunggal seperti gas Hidrogen,
tetapi tidak dapat menerangkan spektrum warna dari atom-atom yang memiliki
banyak elektron.
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.
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.
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
1)
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
2)
Bentuk
dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya.
(Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)
3)
Posisi
elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang
pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya electron.