Struktur Atom

1. Sejarah Perkembangan Model Atom

• Model Atom Dalton (1803): Atom adalah bola pejal yang tidak dapat dibagi lagi. Unsur yang sama memiliki atom yang sama, unsur berbeda memiliki atom berbeda.

• Model Atom Thomson (1904): Atom adalah bola bermuatan positif dengan elektron (bermuatan negatif) yang tersebar di dalamnya, seperti kismis di dalam roti ("plum pudding model"). Model ini ditemukan setelah penemuan elektron oleh Thomson melalui tabung sinar katoda.

• Model Atom Rutherford (1911): Atom terdiri dari inti yang sangat kecil, padat, dan bermuatan positif di pusatnya, dengan elektron bermuatan negatif yang berputar mengelilinginya. Sebagian besar volume atom adalah ruang kosong. Model ini didasarkan pada percobaan hamburan sinar alfa (partikel bermuatan positif) pada lempeng emas tipis. Sebagian besar partikel menembus, tetapi sebagian kecil memantul kembali, membuktikan adanya inti atom.

• Model Atom Bohr (1913): Elektron beredar mengelilingi inti pada lintasan-lintasan (kulit) tertentu dengan tingkat energi yang spesifik. Elektron tidak dapat berada di antara kulit-kulit tersebut. Perpindahan elektron dari kulit energi tinggi ke rendah memancarkan energi (cahaya), dan sebaliknya.

• Model Atom Mekanika Kuantum (Modern): Model ini dikembangkan oleh banyak ilmuwan, termasuk de Broglie, Heisenberg, dan Schrödinger. Model ini menyatakan bahwa posisi elektron tidak dapat ditentukan secara pasti, tetapi hanya probabilitasnya. Elektron berada dalam "orbital," yaitu ruang di sekitar inti di mana probabilitas menemukan elektron paling tinggi. Model ini menjelaskan konsep bilangan kuantum (utama, azimut, magnetik, dan spin) untuk mendeskripsikan keadaan elektron.

2. Partikel Dasar Penyusun Atom

Atom terdiri dari tiga partikel dasar:

• Proton (p+): Berada di inti atom, bermuatan positif (+1), massa sekitar 1,672×10−24 gram atau 1 sma (satuan massa atom).

• Neutron (n0): Berada di inti atom, tidak bermuatan (netral), massa sekitar 1,674×10−24 gram atau 1 sma.

• Elektron (e−): Berada di luar inti, bermuatan negatif (-1), massa sangat kecil, sekitar 9,11×10−28 gram atau sekitar 1/1836 sma.

3. Nomor Atom dan Nomor Massa

• Nomor Atom ($Z$): Menunjukkan jumlah proton dalam inti atom. Nomor atom juga menentukan identitas suatu unsur. Untuk atom netral, jumlah proton sama dengan jumlah elektron.

• Nomor Massa ($A$): Menunjukkan total jumlah proton dan neutron dalam inti atom. A=p++n0.

4. Isotop, Isobar, dan Isoton

• Isotop: Atom-atom dari unsur yang sama (Z sama) tetapi memiliki jumlah neutron berbeda, sehingga nomor massanya (A) berbeda. Contoh: 12C dan 14C.

• Isobar: Atom-atom dari unsur yang berbeda (Z berbeda) tetapi memiliki nomor massa (A) yang sama. Contoh: 40K dan 40Ca.

• Isoton: Atom-atom dari unsur yang berbeda (Z berbeda) tetapi memiliki jumlah neutron yang sama. Contoh: 39K ($n=20$) dan 40Ca ($n=20$).

---

Fakta Menarik di Balik Materi

1. Ruang Kosong dalam Atom: Jika sebuah atom diperbesar hingga seukuran stadion sepak bola, intinya akan berukuran seperti kelereng di tengah lapangan. Hal ini menunjukkan bahwa sebagian besar volume atom adalah ruang kosong, sebuah konsep yang awalnya sulit diterima.

2. Penemuan Kunci dari Kesalahan: Percobaan Rutherford hampir tidak berhasil. Awalnya, ia menyuruh mahasiswanya, Ernest Marsden, untuk mencari partikel alfa yang memantul kembali, yang diperkirakan oleh model Thomson tidak akan pernah terjadi. Ketika Marsden menemukan beberapa partikel memantul, Rutherford sangat terkejut, ia bahkan mengatakan itu "hampir tidak dapat dipercaya seperti menembakkan peluru 15 inci ke selembar tisu dan peluru itu memantul kembali dan mengenai Anda." Penemuan tak terduga inilah yang akhirnya membongkar model Thomson dan melahirkan model Rutherford.

3. Elektron yang Terlalu Cepat: Elektron bergerak dengan kecepatan yang sangat tinggi mengelilingi inti. Kecepatannya bisa mencapai jutaan kilometer per jam. Ini menjadi alasan mengapa model Bohr yang menyatakan elektron berada pada "jalur" yang tetap akhirnya digantikan. Karena kecepatan yang sangat tinggi ini, tidak mungkin untuk menentukan posisi dan momentum elektron secara bersamaan, sebuah prinsip yang dikenal sebagai Prinsip Ketidakpastian Heisenberg.

4. Bukan "Bumi Mengelilingi Matahari": Model Rutherford sering digambarkan seperti planet yang mengelilingi matahari. Namun, gambaran ini tidak sepenuhnya akurat. Menurut fisika klasik, elektron yang berputar akan terus memancarkan energi dan akhirnya jatuh ke inti. Hal ini tidak terjadi. Model Bohr dan Mekanika Kuantum menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh. Mereka berada pada tingkat energi kuantum yang stabil, dan perpindahan antar tingkat energi hanya dapat terjadi dengan menyerap atau melepaskan energi dalam jumlah diskrit (kuanta).

5. Materi yang Menguap: Setiap atom memiliki karakteristik unik berdasarkan jumlah proton, neutron, dan elektronnya. Sebagian besar unsur yang ada di alam semesta, termasuk atom yang menyusun tubuh kita, diyakini terbentuk di dalam bintang-bintang melalui proses fusi nuklir. Jadi, kita semua terbuat dari "debu bintang."

6. Kegunaan Isotop: Isotop radioaktif, seperti Carbon-14 (14C) dan Uranium-235 (235U), memiliki banyak manfaat. 14C digunakan untuk menentukan usia fosil dan artefak kuno (penanggalan radiokarbon), sedangkan 235U digunakan sebagai bahan bakar reaktor nuklir untuk menghasilkan energi.

Tweet