Studi
mengenai atom setidaknya sudah dimulai pada tahun 1800-an. Kata “atom” sendiri
berasal dari Bahasa Yunani Kuno yang berarti “tidak terpisahkan”. Teori Yunani Kuno ini paling sering dikaitkan dengan Democritus
(460–370 SM) dan mentornya Leucippus. Meskipun gagasan mereka tentang atom
belum sempurna dibandingkan dengan konsep kita saat ini, mereka menguraikan
gagasan bahwa segala sesuatu terbuat dari atom, bidang materi yang tak terlihat
dan tak terpisahkan dengan jenis dan jumlah tak terbatas.
Para ilmuwan terdahulu, membayangkan atom memiliki
bentuk yang berbeda-beda tergantung pada jenis atomnya. Misalnya mereka
membayangkan atom besi memiliki kait yang menguncinya, sehingga besi berbentuk
padat pada suhu kamar. Contoh
lain, atom air bersifat halus dan licin sehingga air berbentuk cair pada suhu kamar dan
dapat dituangkan. Gagasan ini kemudian dikembangkan
lagi oleh ilmuwan-ilmuwan lain, hingga sampai pada teori atom yang kita kenal
sekarang.
 |
| Sejarah Perkembangan Teroi Atom |
1. John Dalton
Pada tahun 1803 ahli kimia Inggris John Dalton mulai mengembangkan
definisi atom yang lebih ilmiah. Dalton menggunakan ide-ide orang Yunani Kuno dalam
menggambarkan atom sebagai bola kecil dan keras yang tidak dapat dibagi, dan
bahwa atom dari suatu unsur tertentu identik satu sama lain. Poin terakhir
adalah salah satu yang masih berlaku, dengan pengecualian isotop dari berbagai
elemen, yang berbeda dalam jumlah neutronnya. Namun, karena neutron tidak akan
ditemukan hingga tahun 1932, kita mungkin dapat memaafkan kekeliruan ini. Dalton juga
menemukan teori tentang bagaimana atom bergabung untuk membuat senyawa, dan
juga menemukan rangkaian simbol kimia pertama untuk unsur-unsur yang diketahui.
2. Joseph John Thomson
Terobosan pertama datang pada akhir 1800-an
ketika fisikawan Inggris Joseph John (JJ) Thomson menemukan bahwa atom tidak
dapat dibagi seperti yang diklaim sebelumnya. Thomson melakukan
eksperimen dengan menggunakan sinar katoda yang dihasilkan dalam tabung, dan
menemukan bahwa sinar itu ditarik oleh pelat logam bermuatan positif tetapi
ditolak oleh pelat bermuatan negatif. Dari sini ia menyimpulkan bahwa sinar dari katoda bermuatan
negatif.
Dengan mengukur muatan pada partikel dalam
sinar, Thomson menyimpulkan bahwa sinar tersebut dua ribu kali lebih ringan dari
hidrogen, dan dengan mengubah bahan logam untuk membuat katoda, dia
dapat menyimpulkan bahwa partikel ini juga ada dalam banyak jenis atom. Dia telah
menemukan elektron, dan menunjukkan bahwa atom tidak dapat dibagi-bagi, tetapi memiliki
bagian penyusun yang lebih kecil. Penemuan ini membuatnya memenangkan Hadiah Nobel
pada tahun 1906.
Secara
garis besar, teori atom Thompson menggambarkan atom
sebagai bola bermuatan positif, dengan elektron tersebar di seluruh bagiannya. Namun model
Thomson tidak bertahan lama dan salah satu muridnya yang memberikan teori selanjutnya.
3. Ernest Rutherford
Ernest Rutherford adalah seorang fisikawan dari
Selandia Baru yang belajar di Universitas Cambridge dan merupakan murid dari J.J. Thomson. Karyanya kemudian di University of Manchester yang akan
memberikan wawasan lebih lanjut tentang bagian dalam atom. Karya ini muncul
setelah dia menerima Hadiah Nobel pada tahun 1908 untuk penyelidikannya dalam
kimia zat radioaktif.
Rutherford merancang percobaan untuk
menyelidiki struktur atom yang melibatkan penembakan partikel alfa bermuatan
positif pada lembaran tipis kertas emas. Partikel alfa sangat kecil sehingga
dapat melewati kertas emas. Menurut Thomson muatan positif menyebar di seluruh atom, karena partikel alfa dapat sebagian besar atau seluruhnya
melewati kertas tipis emas. Dengan melakukan eksperimen
ini, dia berharap dapat memastikan model Thomson, tetapi dia malah melakukan
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 oleh Rutherford sendiri, "Itu hampir sama
luar biasa seolah-olah Anda menembakkan selongsong berukuran 15 inci ke
selembar kertas tisu dan itu kembali dan mengenai Anda". Satu-satunya
penjelasan yang mungkin adalah bahwa muatan positif tidak menyebar ke seluruh
atom, tetapi terkonsentrasi di pusat yang kecil dan padat: nukleus. Sebagian
besar sisa atom hanyalah ruang kosong.
Penemuan nukleus oleh Rutherford berarti model
atom perlu dipikirkan ulang. Dia mengusulkan model di mana elektron mengorbit
inti bermuatan positif. Meskipun ini merupakan peningkatan pada model Thomson,
itu tidak menjelaskan apa yang membuat elektron mengorbit alih-alih hanya
berputar ke dalam nukleus.
4. Niels Bohr
Niels Bohr adalah seorang fisikawan Denmark
yang mencoba memecahkan masalah dengan model Rutherford. Dia menggunakan
teori kuantum untuk mencoba dan menjelaskan susunan elektron. Modelnya
mendalilkan adanya tingkat energi atau kulit elektron. Elektron hanya dapat
ditemukan pada tingkat energi spesifik ini. Elektron dapat berpindah di
antara tingkat energi ini,
tetapi harus melakukannya dengan menyerap atau memancarkan
energi.
5. Erwin Schrödinger
Pada tahun 1926 Schrödinger seroang fisikawan Austria mengusulkan bahwa, daripada elektron yang bergerak dalam orbit atau
kulit tetap, elektron berperilaku sebagai gelombang. Ini tampak sedikit aneh,
tetapi Anda mungkin sudah ingat bahwa cahaya dapat berperilaku 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 ini adalah
awan kemungkinan. Meskipun tidak diketahui persis di mana elektron berada, tetapi dapat diketahui kemungkinan
besar wilayahnya. Wilayah ruang ini disebut sebagai orbital elektron. Mungkin dapat
dimengerti mengapa pelajaran kimia sekolah menengah tidak mengarah langsung
dengan model ini, meskipun itu adalah model yang diterima hari ini, karena
butuh sedikit lebih banyak waktu untuk memahaminya.
Schrödinger bukanlah kata terakhir tentang
atom. Pada tahun 1932, fisikawan Inggris James Chadwick, seorang mahasiswa Ernest
Rutherford, menemukan keberadaan neutron, melengkapi gambaran kita tentang
partikel subatom yang menyusun atom. Ceritanya tidak berakhir di situ juga, fisikawan
sejak itu menemukan bahwa proton dan neutron yang membentuk inti itu sendiri
dapat dibagi menjadi partikel yang disebut quark. Perkembanga teroi atom masih terus berkembang seiring waktu hingga saat ini.