Teori mengenai struktur atom telah banyak dikemukakan oleh para ilmuwan. Teori atom pertama dikemukakan oleh Democritus pada zaman Yunani Kuno. Democritus mengatakan bahwa segala sesuatu dapat bagi menjadi bagian yang lebih kecil hingga suatu saat bagian tersebut tak dapat terbagi lagi sehingga dia menyebutnya “atom”, “a” artinya tidak dan “tomos” artinya terbagi.
Berikut beberapa karakteristik lengkap model atom Democritus yang dikemukakan di 400 tahun sebelum masehi (400 BC):
- Terdapat partikel mikroskopis (atom) yang menyusun segala sesuatu materi di dunia ini
- Partikel tersebut tidak dapat diciptakan, tidak dapat dipisahkan, dan tidak dapat dihancurkan
- Terdapat ruang kosong antar atom
- Atom selalu berada dalam gerakan yang konstan
Kelemahan model atom Democritus pada zaman itu adalah teori tersebut belum dapat dibuktikan secara saintifik. Namun, teori ini dipercaya menjadi asas dasar munculnya teori atom di era berikutnya.
Model Atom Dalton
Teori atom dalton menyatakan bahwa atom seperti bola pejal bulat dan tak ada ruang kosong di dalamnya. Selain itu, Dalton juga mengatakan bahwa setiap unsur memiliki atom yang berbeda, namun unsur yang sama pasti memiliki atom yang sama.
Beberapa karakteristik dari atom teori Dalton adalah :
- Tidak ada bagian sub-atomik
- Atom berbentuk bola pejal
- Setiap unsur memiliki atom yang berbeda
- Unsur yang sama akan memiliki atom yang sama
Hipotesis Boltzmann dan Gerak Brown
Pada model atom dalton, tidak banyak berpengaruh terhadap sifat fisik dari materi dan hingga saat itu pun orang masih ragu akan adanya atom sebab tidak ada satu eksperimen pun yang dapat membuktikan adanya atom. Pada akhir abad 18, Ludwig Boltzmann menemukan rumusan teori kinetik gas dan entropi yang sangat berpengaruh dalam bidang industri. Pada gagasan tersebut, Boltzmann mengasumsikan bahwa terdapat atom sehingga rumusan tersebut dapat dihasilkan, namun ilmuwan lain belum dapat mempercayai bahwa atom itu ada.
Pada awal abad 19, Einstein menjelaskan fenomena gerak Brown. Dia berkata bahwa gerak acak (Gerak Brown) terjadi akibat adanya tumbukan antara molekul yang ada di dalam air dengan partikel serbuk sehingga melalui penjelasan ini, para ilmuwan sepakat bahwa atom itu ada.
Model Atom Thomson
“Atom seperti roti kismis”. Model atom ini didasarkan pada penemuan elektron oleh Thomson sendiri. Teori atom J.J Thomson menyatakan bahwa atom itu berisi elektron yang bermuatan negatif dan tersebar di atom seperti kismis dalam roti kismis, sedangkan muatan positifnya tersebar di permukaan atom.
Hal ini berdasarkan percobaan Tabung sinar katoda yang dilakukan oleh Thomson yang membuktikan bahwa terdapat partikel yang lebih kecil dari atom dan partikel tersebut bermuatan negatif, yang sekarang dikenal dengan nama elektron.
Model Atom Rutherford
“Atom seperti tata surya”. Atom memiliki satu inti di tengah yang bermuatan positif dan elektron yang mengelilinginya. Model atom yang diusulkan Rutherford berbentuk seperti tata surya. Atom sebagian besar merupakan ruang kosong.
Hal ini didasarkan pada percobaannya ketika menembakkan sinar radioaktif ke arah lempengan emas dan sebagian besar sinar melewati lempengan tersebut. Pada eksperimen ini juga membuktikan keberadaan inti atom. Pada eksperimen selanjutnya, Goldstein (murid Rutherford) menemukan bahwa dalam inti atom terdapat proton dan neutron.
Pada model atom Rutherford, telah diketahui bahwa unsur yang sama dapat memiliki struktur yang berbeda. Atom dengan unsur yang sama akan memiliki jumlah proton yang sama namun dapat memiliki jumlah neutron yang berbeda, keadaan ini disebut isotop. Adanya isotop diantara unsur-unsur, menggugurkan model atom dalton beserta teorinya yang menyatakan bahwa unsur yang sama akan memiliki atom yang sama. Isotop dari suatu atom dapat ditulis
AX
- A = nomor massa
- X = lambang unsur
Konsep isotop, isobar, isoton
Adanya nomor massa dan nomor atom memungkinkan suatu unsur memiliki nomor massa yang berbeda sehingga disebut isotop yang telah dijelaskan sebelumnya. Beberapa unsur yang berbeda juga dapat memiliki nomor massa yang sama yang disebut sebagai isobar, sedangkan jika terdapat unsur yang berbeda dan memiliki jumlah neutron yang sama, maka hal ini disebut sebagai isoton.
Dua buah atom yang isobar tetaplah merupakan unsur yang berbeda sehingga memiliki sifat yang berbeda pula. Namun, pada atom yang isotop, meskipun memiliki massa yang berbeda tetap memiliki sifat yang sama. Sebuah analogi dari 2 buah atom yang isobar seperti kacang hijau dan kacang tanah yang memiliki massa yang sama, meskipun massa keduanya sama namun keduanya merupakan sesuatu yang berbeda. Hal ini sangat berbeda dengan isotop.
Model Atom Neils Bohr
“Elektron berada pada tingkat energi tertentu, ketika berpindah dari menuju ke tingkat energi yang lebih tinggi maka akan menyerap energi namun akan melepaskan energi jika berpindah ke tingkat energi yang lebih rendah”
Teori atom Niels Bohr
Energi yang dilepaskan biasanya berupa foton dengan panjang gelombang ( λ ) tertentu. Hal ini ditandai dengan adanya spektrum emisi atom yang berupa garis sehingga disimpulkan bahwa energi dari elektron adalah diskrit (tertentu). Nilai ( λ ) yang dipancarkan dapat dihitung dengan persamaan
\(\frac{1}{\lambda} = R_HZ^2 \left( \frac{1}{n_1} – \frac{1}{n_2}\right)\)
- RH = konstanta Rydberg ( 1,097 x 107 m-1)
- λ = panjang gelombang (m)
- Z = nomor atom
- n1 = kulit elektron awal
- n2 = kulit elektron akhir
Persamaan di atas hanya dapat digunakan untuk sistem atom/ion yang memiliki 1 elektron. Jika sistem lebih dari 1 elektron, maka persamaan tersebut tidak dapat digunakan disebabkan adanya sifat spin. Model atom bohr bisa dikatakan merupakan perkembangan dari model atom Rutherford.
Model Atom Mekanika Kuantum
“Elektron tidak bisa dipastikan keberadaannya tetapi hanya sebuah probabilitas”. Pada model atom mekanika kuantum, lintasan elektron tidak diketahui pasti. Elektron hanya bisa ditentukan peluang untuk ditemukannya dalam suatu daerah. Pada model ini, terkenal dengan persamaan Schrodinger untuk menentukan sifat dari elektron. Model atom mekanika kuantum dibuat berdasarkan persamaan Schrodinger
\(E\psi = -\frac{\hbar^2}{2m}\nabla^2\psi+ V\psi \)
- E = Energi total (J)
- \(\psi \) = fungsi gelombang
- \(\hbar \) = \(\frac{h}{a\pi} \)
- h = konstanta Plack (6,626 x 10-34 J
- m = massa partikel (kg)
- V = operator energi potensial
Konsekuensi dari model atom ini adalah munculnya bilangan kuantum utama (n), azimuth (l), magnetik (ml), dan spin (s). Lebih lengkap mengenai pembahasan bab ini dapat dilihat dalam artikel bilangan kuantum dan konfigurasi elektron.
