Atom

Definisi molekul yang sederhana yaitu bagian yang terkecil dari suatu zat yang masih mempunyai sifat yang sama dengan zat tersebut. Sebagai contoh, suatu molekul gula adalah bagian yang terkecil dari zat gula, yang masih mempunyai sifat gula meskipun secara fisik tidak tampak seperti butiran gula. Contoh lain adalah molekul air. Air adalah zat yang sangat penting bagi kehidupan kita, dan terdapat 2/3 bagian dari luas permukaan bumi kita. Zat ini tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa serta dapat ditemukan dalam 3 fase, yaitu fase cair (air kolam, air sungai, air hujan), fase gas (uap, awan/kabut) dan fase padat (es, salju). Air bisa menjadi padat pada temperatur di bawah 0°C dan menjadi gas pada temperatur di atas 100 °C yang merupakan sifat-sifat utam dari air. Seperti zat lain, air tersusun atas molekul-molekul. Jika dimungkinkan air bisa dibagi ke dalam bagian-bagian yang terkecil yang masih mempunyai sifat seperti air, kita sebut bagian yang terkecil itu adalah molekul air. Molekul air mempunyaisifat yang berbeda dari molekul gula.

Mungkinkah kita dapat menemukan bagian yang terkecil dari suatu molekul yang tak tampak? Jawabnya adalah sangat mungkin. Ada sekitar 100 jenis bagian yang lebih kecil dari molekul yang disebut atom. Di alam semesta terdapat sekitar 105 jenis atom. Semua zat dan molekul terdiri dari satu atau lebih atom, karena atom-atom adalah bahan dasar dari suatu zat. Atom ini juga biasa disebut elemen atau unsur. Contoh bebrapa unsur, antara lain : Hidrogen (H), Nitrogen (N), Oksigen (O), Uranium (U), Besi (Fe).

konsep dasar tentang Atom
Konsep dasar tentang atom sebenarnya sudah lama dikenal orang. Konsep tersebut antara lain berasal dari pemikiran orang Yunani kuno yang dipelopori oleh Democritus yang hidup pada akhir abad ke-4 dan awal abad ke-5 Sebelum Masehi. Menurut teori yang dikemukakannya, suatu benda dapat dibagi menjadi bagian-bagian yang sangat kecil yang akhirnya tidak dapat dibagi lagi yang disebut atom. Kata atom berasal dari bahasa Yunani yaitu ”atomos” yang berarti ”tidak dapat dibagi”.
Disebutkan bahwa alasan ini berasal dari observasi di mana butiran pasir dapat bersama-sama membentuk sebuah pantai. Dalam analoginya, pasir adalah atom, dan pantai adalah senyawa. Analogi ini kemudian dapat dihubungkan dengan pengertian Democritus terhadap atom yang tidak bisa dibagi lagi: walaupun sebuah pantai dapat dibagi ke dalam butiran-butiran pasirnya, butiran pasir ini tidak dapat dibagi. Democritus juga beralasan bahwa atom sepenuhnya padat, dan tidak memiliki struktur internal. Dia juga berpikir harus ada ruang kosong antar atom untuk memberikan ruang untuk pergerakannya (seperti pergerakan dalam air dan udara, atau fleksibilitas benda padat). Sebagai tambahan, Democritus juga menjelaskan bahwa untuk menjelaskan perbedaan sifat dari material yang berbeda, atom dibedakan ke dalam bentuk, massa dan ukurannya.

Dengan model atomnya, Democritus mampu menjelaskan bahwa semua yang kita lihat terdiri dari bagian/blok bangunan yang lebih kecil disebut atom. Namun model Democritus ini kurang memiliki bukti eksperimental, namun baru tahun 1800an bukti eksperimental muncul.

Model Atom John Dalton

Pada tahun 1803, John Dalton mengembangkan konsep atom modern pertama. Model Dalton menaruh perhatian utamanya pada sifat kimia atom, yaitu bagaimana atom membentuk senyawa, daripada mencoba untuk menjelaskan sifat fisika atom. Konsep utama dari model Dalton adalah sebagai berikut:
1. Sebuah elemen terdiri dari partikel yang sangat kecil dan tidak dapat dibagi lagi disebut atom.
2. Semua atom dari elemen tertentu memiliki karakteristik yang identik, yang membedakan mereka dengan atom elemen lain.
3. Atom tidak dapat diciptakan, dimusnahkan, atau diubah menjadi atom dari elemen lain.
4. Senyawa terbentuk ketika atom-atom elemen yang berbeda bergabung satu sama lain dalam sebuah rasio tertentu.
5. Jumlah dan jenis atom tersebut adalah konstan dalam senyawa tertentu.
Poin pertama dari teori Dalton berhubungan dengan pengertian orang Yunani tentang atom, yaitu sebuah unit kecil yang bekerja bersama atom lain untuk membentuk senyawa yang lebih besar. Dalton juga mampu untuk memahami tentang adanya sifat elemen yang berbeda-beda dapat dijelaskan dengan bukti adanya berbagai macam atom, yang masing-masing memiliki karakteristik yang berbeda-beda. Poin ke-3 dari model Dalton menunjukkan bahwa atom tidak dapat diubah dengan cara kimia. Ini ditunjukkan dengan bagaimana garam dapat diambil walaupun telah larut dalam air. Poin ke-4 dan ke-5 mendeskripsikan bagaimana atom-atom dapat membentuk senyawa kimia. Konsep-konsep ini secara tepat menjelaskan cara pembentukan senyawa, dan masih digunakan hingga sekarang. Model Dalton, sebagai contoh, dapat menjelaskan bahwa air merupakan senyawa yang berbeda (dengan sifat dan ciri yang berbeda) dari hidrogen hidroksida karena memiliki 1 atom hidrogen lebih sedikit dalam tiap senyawanya daripada yang dimiliki hidrogen hidroksida. Walaupun teori Dalton cukup untuk menjelaskan keberadaan atom, namun struktur atom masih belum dijelaskan dan alasan mengapa elemen yang berbeda memiliki sifat dan ciri yang berbeda masih belum terjawab.

Model Atom JJ. Thomson

Pada awal 1900an, J.J. Thomson mengusulkan model atom baru yang mengikutkan keberadaan partikel elektron dan proton. Karena eksperimen menunjukkan proton memiliki massa yang jauh lebih besar dibandingkan elektron, maka model Thomson menggambarkan atom sebagai proton tunggal yang besar. Di dalam partikel proton, Thomson memasukkan elektron yang menetralkan adanya muatan positif dari proton. Menurut Thomson, atom terdiri dari suatu bulatan bermuatan positif dengan rapat muatan yang merata. Di dalam muatan positif ini tersebar elektron dengan muatan negatif yang besarnya sama dengan muatan positif. Cara yang populer untuk menggambarkan model ini adalah dengan menganggap elektron sebagai kismis (plumb) di dalam kue puding proton, sehingga model ini diberi nama model kue kismis (plumb-pudding model).
Walaupun model atom Thomson adalah yang pertama yang memasukkan konsep adanya proton dan elektron yang bermuatan, model Thomson tidak mampu melewati pengamatan pada eksperimen-eksperimen berikutnya. Sebagai catatan, proton yang digunakan dalam model Thomson ini bukanlah partikel proton yang ditemukan di model yang lebih modern. Bahkan sesungguhnya dapat dikatakan model Thomson tidak memiliki proton, namun sebuah sel bermuatan positif.
Pengaruh model atom Dalton dapat dilihat dengan jelas pada model Thomson. Dalton berspekulasi bahwa atom adalah benda padat, dan Thomson mendukung gagasan ini dalam modelnya dengan mengelompokkan elektron dan proton bersama-sama.

Model Atom Rutherford

Pada tahun 1910, Ernest Rutherford melakukan percobaan pada kebenaran model ini dengan melakukan yang sekarang dikenal sebagai eksperimen hamburan Rutherford (Rutherford scattering experiment).
Rutherford menemukan partikel-α, sebuah partikel yang dipancarkan oleh atom radioaktif, pada tahun 1909. Partikel ini memiliki muatan positif, dan faktanya adalah kita sekarang tahu bahwa partikel-α seperti atom helium dilepaskan dari elektronnya, memberikannya muatan 2+. Dalam eksperimen hamburan ini, aliran partikel-α ini diarahkan ke lembaran emas. Lembaran emas ini dipilih oleh Rutherford karena dapat dibuat sangat tipis--hanya setebal beberapa atom emas. Saat partikel-α melintasi lembaran emas, Rutherford dapat mengukur berapa banyak partikel-α yang akan dihamburkan oleh atom emas dengan mengamati kilatan cahaya partikel-α menabrak layar scintilator. Di bawah teori atom Thomson, Rutherfod berhipotesa partikel-α akan dibelokkan sedikit, saat proton emas menolak partikel-α yang bermuatan positif tinggi.
Namun pada kenyataannya, eksperimen hamburan Rutherford menunjukkan hasil yang jelas-jelas menolak hipotesis tersebut dan tentunya model atom Thomson. Rutherfod menemukan sebagian besar partikel alfa mampu menembus lembaran emas tanpa dibelokkan. Bersamaan dengan itu, Rutherford juga menemukan partikel alfa yang dibelokkan sedikit, namun dengan sangat mengejutkan, Rutherford juga menemukan beberapa partikel alfa yang dibelokkan pada sudut yang sangat tajam kembali ke sumber radioaktif.
Untuk menjelaskan adanya sebagian besar partikel-α yang menembus lembaran emas tanpa dibelokkan, Rutherford kemudian mengembangkan model inti atom. Dalam model ini, Rutherford menempatkan sebuah proton yang besar (seperti eksperimen dan model sebelumnya) di pusat atom. Rutherford berteori bahwa di sekitar proton terdapat ruang besar yang kosong dari segala partikel kecuali elektron yang jarang-jarang. Ruang terbuka yang besar ini memberikan alasan adanya partikel alfa yang tidak terbelokkan. Partikel alfa yang dibelokkan sedikit diperkirakan telah lewat cukup dekat dari proton sehingga dibelokkan oleh gaya elektrostatik. Sedangkan beberapa partikel alfa yang dibelokkan kembali ke sumber diperkirakan telah mengalami tumbukan dengan inti sehingga dipantulkan kembali oleh gaya elektrostatik.

Model Atom Niels Bohr


Pada tahun 1913 Niels Bohr mencoba menjelaskan model atom Bohr melalui konsep elektron yang mengikuti orbit mengelilingi inti atom yang mengandung proton dan neutron. Menurut Bohr, hanya terdapat orbit dalam jumlah tertentu, dan perbedaan antar orbit satu dengan yang lain adalah jarak orbit dari inti atom. Keberadaan elektron baik di orbit yang rendah maupun yang tinggi sepenuhnya tergantung oleh tingkatan energi elektron. Sehingga elektron di orbit yang rendah akan memiliki energi yang lebih kecil daripada elektron di orbit yang lebih tinggi.
Bohr menghubungkan elektron yang mengorbit dan pengamatan terhadap spektrum gas melalui sebuah pemikiran bahwa sejumlah energi yang dikandung dalam elektron dapat berubah, dan karena itu elektron dapat mengubah orbitnya tergantung dari perubahan energinya. Dalam situasi pemakaian arus listrik melewati gas bertekanan rendah, elektron menjadi de-eksitasi dan berpindah ke orbit yang lebih rendah. Dalam perubahan ini, elektron kehilangan sejumlah energi yang merupakan perbedaan tingkat energi kedua orbit. Energi yang dipancarkan ini dapat dilihat dalam bentuk sebuah photon cahaya yang panjang gelombangnya berdasar pada perbedaan tingkat energi kedua orbit.
Secara ringkas, Bohr mengemukakan:
1. Elektron dalam atom bergerak mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu, tidak memancarkan energi. Lintasan-lintasan elektron itu disebut kulit atau tingkat energi elektron.
2. Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke lintasan yang lain.
3. Perpindahan elektron dari tingkat energi tinggi ke rendah disertai pemancaran energi. Sedang perpindahan elektron dari tingkat energi rendah ke tinggi disertai penyerapan energi.
4. Elektron yang bergerak pada lintasannya berada pada keadaan stasioner, artinya elektron tidak memancarkan atau menyerap energi.
Walaupun model atom Bohr cukup untuk memodelkan spektrum hidrogen, model ini terbukti tidak cukup untuk memprediksikan spektrum elemen yang lebih kompleks.

Model Atom James Chadwick

Pada tahun 1932, model atom Rutherford dimodifikasi sedikit oleh adanya penemuan neutron oleh James Chadwick. Chadwick menemukan bahwa penembakan partikel-α terhadap berilium dapat menghasilkan neutron, partikel tak bermuatan, namun dengan massa sedikit lebih besar dibandingkan massa proton. Sehingga, model atom kontemporer adalah model dengan inti atom besar yang mengandung proton dan neutron dikelilingi oleh awan tipis elektron. Adanya neutron juga menjelaskan mengapa massa atom lebih berat dari massa total proton dan elektronnya.
Dengan pengertian dasar tentang bagian fundamental atom seperti elektron, proton, dan neutron, maka dapat dimungkinkan adanya model yang lebih rumit dan lengkap lagi dari atom yang cukup dapat menjelaskan sifat dan karakteristik atom dan senyawa atom.

Apakah yang ada di dalam atom itu ?

Berdasarkan konsep fisika maupun kimia, atom adalah bagian terkecil dari suatu zat yang masih memiliki sifat dasar zat tersebut. Atom mempunyai ukuran (diameter) sekitar 1 Angstrom atau 0,00000008 (10 pangkat min 8) cm.

Dalam konsep fisika modern, atom terdiri atas 3 partikel dasar yang menyusunnya menjadi sebuah atom. Ketiga parikel dasar tersebut adalah :



a. Proton : partikel bermuatan positf, diameternya hanya 1/3 diameter elektron, tetapi memiliki massa sekitar 1840 kali massa elektron
b. Elektron : partikel bermuatan negatif, memiliki massa paling ringan yaitu hanya 1/1840 kali massa proton atau neutron
c. Neutron : partikel tidak bermuatan (netral), memiliki massa yang kira-kira sama dengan gabungan massa proton dan elektron.

Susunan ketiga partikel dasar atom tersebut seperti susunan sistem tata surya. Proton dan neutron yang terletak pada inti atom menjadi pusat orbit elektron-elektron yang berputar mengelilingi inti atom. Proton dan neutron disebut juga nukleon (partikel penyusun inti atom).

Atom-atom berbeda menurut jumlah masing-masing partikel dasar yang dimiliki. Jumlah proton dalam atom menentukan elemen dari atom tersebut. Dalam sebuah elemen tunggal, jumlah neutron bisa bermacam-macam, menentukan isotop dari elemen tersebut. Atom secara elektrik akan netral jika memiliki jumlah proton dan elektron yang sama. Elektron yang letaknya terjauh dari inti atom (inti atom) dapat dipindahkan ke atom terdekat lainnya atau bahkan digunakan bersama oleh beberapa atom. Atom yang kekurangan maupun kelebihan elektron disebut ion. Jumlah proton dan neutron di dalam inti atom juga dapat berubah, baik melalui reaksi fusi nuklir, reaksi fisi nuklir, maupun peluruhan radioaktif.

Atom dapat mengikatkan dirinya membentuk molekul dan ikatan kimia lainnya. Molekul dapat terbentuk dari beberapa atom; sebagai contoh, molekul air merupakan kombinasi dari 2 atom hidrogen dan 1 atom oksigen.
Atom memiliki beberapa sifat/karakteristik yang dapat membedakan antara satu atom dengan atom lainnya dan menentukan bagaimana perubahan atom terjadi pada kondisi tertentu.

Adakah istilah-istilah yang berkaitan dengan inti atom ?

Istilah lain yang digunakan untuk menyatakan suatu jenis inti atom adalah Nuklida. Nuklida atau jenis inti atom yang ada di alam ini jauh lebih banyak daripada unsur karena setiap unsur mungkin saja terdiri atas beberapa nuklida.

Berbeda halnya dengan penulisan unsur yang cukup dituliskan dengan lambang atomnya saja, misalnya unsur emas adalah Au dan unsur besi adalah Fe, penulisan nuklida atau jenis inti atom harus diikuti dengan jumlah proton dan jumlah neutronnya sebagaimana konvensi penulisan (notasi atomik) sebagai berikut :

di mana :
X = simbol atom
Z = nomor atom
A = nomor massa
Meskipun tidak dituliskan pada simbol nuklida, jumlah neutron sering dituliskan sebagai N dengan hubungan :
N = A - Z
Sebagai contoh nuklida 6C14 adalah inti atom Karbon (C) yang mempunyai enam buah proton (Z = 6) dan delapan buah neutron (N = A – Z = 8). Cara penulisan nuklida tersebut hanyalah merupakan konvensi atau kesepakatan saja dan bukan suatu ketentuan sehingga masih terdapat beberapa cara penulisan yang berbeda. Salah satu cara penulisan lain yang paling sering dijumpai adalah tanpa menuliskan nomor atomya seperti berikut ini :

Sebagai contoh nuklida He4 atau He-4 dan Co-60. Nomor atom dapat diketahui dari jenis atomnya karena setiap atom yang berbeda akan memiliki jumlah proton yang berbeda sehingga nomor atomnya pun berbeda. Dari Tabel Periodik dapat dilihat bahwa nomor atom Helium (He) adalah 2 sedangkan nomor atom Cobalt (Co) adalah 27, sehingga dengan cara penulisan tersebut juga dapat ditentukan jumlah proton maupun neutronnya. Sebagai contoh Ir-192 memiliki 77 proton dan 115 neutron, karena dengan melihat tabel periodik dapat ditentukan bahwa nomor atom Ir adalah 77. Penulisan Ir-192 sesuai dengan konvensi di atas adalah sebagai berikut :

Terdapat beberapa istilah yang berkaitan dengan komposisi jumlah proton dan jumlah neutron di dalam inti atom yaitu isotop, isobar, isoton dan isomer.
a. Isotop

Isotop adalah inti atom atau nuklida yang mempunyai nomor atom (jumlah proton) sama tetapi mempunyai nomor massa (jumlah neutron) berbeda.

Berdasarkan definisi tersebut dapat disimpulkan bahwa suatu unsur dapat memiliki berbagai macam bentuk atom. Contohnya adalah atom Helium yang mempunyai 3 macam isotop berupa :


b. Isobar

Isobar adalah inti atom atau nuklida yang mempunyai nomor massa (jumlah proton dan jumlah neutron) sama tetapi mempunyai nomor atom (jumlah proton) berbeda.

Contoh :


c. Isoton

Isoton adalah inti atom atau nuklida yang mempunyai jumlah neutron sama tetapi mempunyai nomor atom (jumlah proton) berbeda.

Contoh :


d. Isomer

Isomer adalah inti atom atau nuklidayang mempunyai nomor atom maupun nomor massa sama tetapi mempunyai tingkat energi yang berbeda. Inti atom yang memiliki tingkat energi lebih tinggi daripada tingkat energi dasarnya biasanya diberi tanda asterisk (*) atau m.

Contoh :


Kedua nuklida tersebut di atas mempunyai jumlah proton dan jumlah neutron yang sama tetapi tingkat energinya berbeda. Tingkat energi 28Ni60 berada pada keadaan dasarnya, sedangkan 28Ni60* tidak pada keadaan dasarnya atau pada keadaan tereksitasi.

Apakah yang dimaksud dengan Nomor Atom itu ?

Nomor Atom adalah jumlah proton di dalam suatu inti atom. Nomor Atom ini dinyatakan dengan simbol Z. Jadi :
Nomor Atom (Z) = jumlah proton dalam inti atom
Sebagai contoh :
Atom Hidrogen punya 1 proton -----> Z = 1
Atom Helium punya 2 proton -----> Z = 2
Atom Carbon punya 6 proton -----> Z = 6
Nomer atom menentukan elemen kimia dari atom tersebut. Semua atom yang memiliki nomer atom yang sama akan memiliki sifat fisika yang bermacam-macam dan menunjukkan sifat kimia yang sama. Berdasarkan tabel periodik, elemen kimia dapat diurutkan menurut peningkatan nomer atom.

Apakah yang dimaksud dengan Nomor Massa itu ?

Nomor Massa adalah jumlah proton dan neutron yang ada di dalam inti atom. Dalam hal ini massa elektron yang sangat kecil diabaikan. Nomor Massa ini dinyatakan dengan simbol A. Jadi :
Nomor Massa (A) = jumlah proton + jumlah neutron
Sebagai contoh untuk atom Hidrogen (H) akan diperoleh :
1 proton = 1
0 neutron = 0
1 elektron = - (diabaikan)
Nomor Massa = 1
Sedangkan untuk atom Helium (He) akan diperoleh:
2 proton = 2
2 neutron = 2
2 elektron = - (diabaikan)
Nomor Massa = 4

KESTABILAN INTI ATOM

Komposisi jumlah proton dan neutron di dalam inti atom sangat mempengaruhi kestabilan inti atom tersebut. Inti atom dikatakan stabil bila komposisi jumlah proton dan neutronnya sudah ”seimbang” serta tingkat energinya sudah berada pada keadaan dasar. Jumlah proton dan neutron maupun tingkat energi dari inti-inti yang stabil tidak akan mengalami perubahan selama tidak ada gangguan dari luar. Sebaliknya, inti atom dikatakan tidak stabil bila komposisi jumlah proton dan neutronnya “tidak seimbang” atau tingkat energinya tidak berada pada keadaan dasar. Perlu dicatat bahwa komposisi proton dan neutron yang “seimbang” atau “tidak seimbang” di atas tidak berarti mempunyai jumlah yang sama ataupun tidak sama. Setiap inti atom mempunyai “kesetimbangan” yang berbeda.



Secara umum, kestabilan inti-inti ringan terjadi bila jumlah protonnya sama dengan jumlah neutronnya. Sedangkan kestabilan inti-inti berat terjadi bila jumlah neutron maksimum 1,5 kali jumlah protonnya.

Tabel periodik merupakan suatu tabel yang mencantumkan semua kemungkinan posisi nuklida baik yang stabil maupun yang tidak stabil. Nuklida-nuklida yang tidak stabil disebut sebagai radionuklida.

Tabel nuklida juga dapat menunjukkan posisi dari nuklida-nuklida yang merupakan isotop yaitu petak-petak yang horisontal, misalnya Na-20, Na-21, Na-22 dan seterusnya. Isotop yang tidak stabil disebut sebagai radioisotop. Pada dasarnya, radioisotop dan radionuklida adalah istilah yang sama yaitu menunjukkan inti-inti atom yang tidak stabil. Bahan yang terdiri atas radionuklida dengan jumlah cukup banyak disebut bahan radioaktif.

Inti-inti atom yang tidak stabil, baik karena komposisi jumlah proton dan neutronnya yang tidak seimbang ataupun karena tingkat energinya yang tidak berada pada keadaan dasarnya, cenderung untuk berubah menjadi stabil. Bila ketidakstabilan inti disebabkan karena komposisi jumlah proton dan neutronnya yang tidak seimbang, maka inti tersebut akan berubah dengan memancarkan radiasi alpha atau radiasi beta (β). Kalau ketidakstabilannya disebabkan karena tingkat energinya yang berada pada keadaan tereksitasi maka akan berubah dengan memancarkan radiasi gamma. Proses perubahan atau transformasi inti atom yang tidak stabil menjadi atom yang lebih stabil tersebut dinamakan peluruhan radioaktif.

Proses peluruhan radioaktif seringkali harus melalui beberapa intermediate (antara) sebelum menjadi inti atom yang stabil. Jadi seringkali suatu radionuklida tidak berubah langsung menjadi nuklida yang stabil, melainkan mengalami beberapa perubahan lebih dulu menjadi radionuklida yang lain sebelum akhirnya menjadi nuklida yang stabil. Misalnya dari nuklida X yang tidak stabil berubah menjadi nuklida Y yang juga masih tidak stabil kemudian berubah lagi menjadi nuklida Z yang stabil. Peluruhan seperti ini dinamakan peluruhan berantai.