1.
Pengertian Atom
Atom adalah suatu satuan dasar materi, yang
terdiri atas inti atom serta awan elektron bermuatan
negatif yang mengelilinginya. Inti atom terdiri atas proton yang
bermuatan positif, dan neutron yang
bermuatan netral (kecuali pada inti atom Hidrogen-1, yang tidak
memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom
oleh gaya elektromagnetik. Sekumpulan atom demikian pula
dapat berikatan satu sama lainnya, dan membentuk sebuah molekul. Atom yang
mengandung jumlah proton dan elektron yang sama bersifat netral, sedangkan yang
mengandung jumlah proton dan elektron yang berbeda bersifat positif atau
negatif dan disebut sebagai ion. Atom dikelompokkan berdasarkan
jumlah proton dan neutron yang terdapat pada inti atom tersebut. Jumlah proton
pada atom menentukan unsur kimia atom
tersebut, dan jumlah neutron menentukan isotop unsur
tersebut.
Istilah atom
berasal dari Bahasa Yunani
(ἄτομος/átomos, α-τεμνω), yang berarti tidak dapat dipotong ataupun sesuatu
yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Konsep atom sebagai komponen yang tak dapat
dibagi-bagi lagi pertama kali diajukan oleh para filsuf India dan Yunani. Pada abad
ke-17 dan ke-18, para kimiawan meletakkan
dasar-dasar pemikiran ini dengan menunjukkan bahwa zat-zat tertentu tidak dapat
dibagi-bagi lebih jauh lagi menggunakan metode-metode kimia. Selama akhir abad
ke-19 dan awal abad ke-20, para fisikawan berhasil
menemukan struktur dan komponen-komponen subatom di dalam atom, membuktikan
bahwa 'atom' tidaklah tak dapat dibagi-bagi lagi. Prinsip-prinsip mekanika kuantum yang digunakan para fisikawan
kemudian berhasil memodelkan atom.
Dalam
pengamatan sehari-hari, secara relatif atom dianggap sebuah objek yang sangat
kecil yang memiliki massa yang secara proporsional kecil pula. Atom hanya dapat
dipantau dengan menggunakan peralatan khusus seperti mikroskop gaya atom. Lebih dari 99,9% massa atom berpusat
pada inti atom,dengan proton dan neutron yang bermassa hampir sama. Setiap
unsur paling tidak memiliki satu isotop dengan inti yang tidak stabil, yang
dapat mengalami peluruhan radioaktif. Hal ini dapat mengakibatkan transmutasi, yang mengubah jumlah proton dan
neutron pada inti.Elektron yang terikat pada atom mengandung sejumlah aras energi, ataupun orbital, yang
stabil dan dapat mengalami transisi di antara aras tersebut dengan menyerap
ataupun memancarkan foton yang sesuai
dengan perbedaan energi antara aras. Elektron pada atom menentukan sifat-sifat
kimiawi sebuah unsur, dan memengaruhi sifat-sifat magnetis atom
tersebut.
2. Sejarah Atom
Konsep bahwa
materi terdiri dari satuan-satuan terpisah yang tidak dapat dibagi lagi menjadi
satuan yang lebih kecil telah ada selama satu milenium. Namun,
pemikiran tersebut masihlah bersifat abstrak dan filosofis, daripada
berdasarkan pengamatan empiris dan eksperimen. Secara
filosofis, deskripsi sifat-sifat atom bervariasi tergantung pada budaya dan
aliran filosofi tersebut, dan seringkali pula mengandung unsur-unsur spiritual
di dalamnya. Walaupun demikian, pemikiran dasar mengenai atom dapat diterima
oleh para ilmuwan ribuan tahun kemudian, karena ia secara elegan dapat
menjelaskan penemuan-penemuan baru pada bidang kimia.
Rujukan
paling awal mengenai konsep atom dapat ditilik kembali kepada zaman India kuno pada tahun 800 sebelum masehi, yang
dijelaskan dalam naskah filsafat Jainisme sebagai anu
dan paramanu. Aliran mazhab Nyaya dan Vaisesika
mengembangkan teori yang menjelaskan bagaimana atom-atom bergabung menjadi
benda-benda yang lebih kompleks. Satu abad kemudian muncul rujukan mengenai
atom di dunia Barat oleh Leukippos, yang
kemudian oleh muridnya Demokritos pandangan
tersebut disistematiskan. Kira-kira pada tahun 450 SM, Demokritos
menciptakan istilah átomos (bahasa Yunani: ἄτομος), yang berarti "tidak dapat dipotong"
ataupun "tidak dapat dibagi-bagi lagi". Teori Demokritos mengenai
atom bukanlah usaha untuk menjabarkan suatu fenomena fisis secara rinci,
melainkan suatu filosofi yang mencoba untuk memberikan jawaban atas
perubahan-perubahan yang terjadi pada alam. Filosofi serupa juga terjadi di
India, namun demikian ilmu pengetahuan modern memutuskan untuk menggunakan
istilah "atom" yang dicetuskan oleh Demokritos.
Kemajuan
lebih jauh pada pemahaman mengenai atom dimulai dengan berkembangnya ilmu kimia. Pada tahun
1661, Robert Boyle mempublikasikan
buku The Sceptical Chymist yang
berargumen bahwa materi-materi di dunia ini terdiri dari berbagai kombinasi "corpuscules",
yaitu atom-atom yang berbeda. Hal ini berbeda dengan pandangan klasik yang
berpendapat bahwa materi terdiri dari unsur-unsur udara, tanah, api, dan air.
Pada tahun 1789, istilah element (unsur) didefinisikan oleh
seorang bangsawan dan peneliti Perancis, Antoine Lavoisier, sebagai
bahan dasar yang tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi dengan menggunakan
metode-metode kimia.
Rujukan
paling awal mengenai konsep atom dapat ditilik kembali kepada zaman India kuno pada tahun 800 sebelum masehi, yang
dijelaskan dalam naskah filsafat Jainisme sebagai anu
dan paramanu. Aliran mazhab Nyaya dan Vaisesika
mengembangkan teori yang menjelaskan bagaimana atom-atom bergabung menjadi
benda-benda yang lebih kompleks. Satu abad kemudian muncul rujukan mengenai
atom di dunia Barat oleh Leukippos, yang
kemudian oleh muridnya Demokritos pandangan
tersebut disistematiskan. Kira-kira pada tahun 450 SM, Demokritos
menciptakan istilah átomos (bahasa Yunani: ἄτομος), yang berarti "tidak dapat dipotong"
ataupun "tidak dapat dibagi-bagi lagi". Teori Demokritos mengenai
atom bukanlah usaha untuk menjabarkan suatu fenomena fisis secara rinci,
melainkan suatu filosofi yang mencoba untuk memberikan jawaban atas
perubahan-perubahan yang terjadi pada alam. Filosofi serupa juga terjadi di
India, namun demikian ilmu pengetahuan modern memutuskan untuk menggunakan
istilah "atom" yang dicetuskan oleh Demokritos.
Kemajuan
lebih jauh pada pemahaman mengenai atom dimulai dengan berkembangnya ilmu kimia. Pada tahun
1661, Robert Boyle mempublikasikan
buku The Sceptical Chymist yang
berargumen bahwa materi-materi di dunia ini terdiri dari berbagai kombinasi "corpuscules",
yaitu atom-atom yang berbeda. Hal ini berbeda dengan pandangan klasik yang
berpendapat bahwa materi terdiri dari unsur-unsur udara, tanah, api, dan air.
Pada tahun 1789, istilah element (unsur) didefinisikan oleh
seorang bangsawan dan peneliti Perancis, Antoine Lavoisier, sebagai
bahan dasar yang tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi dengan menggunakan
metode-metode kimia.
Berbagai atom dan molekul yang
digambarkan pada buku John Dalton, A New
System of Chemical Philosophy (1808).
Pada tahun
1803, John Dalton menggunakan
konsep atom untuk menjelaskan mengapa unsur-unsur selalu bereaksi dalam
perbandingan yang bulat dan tetap, serta mengapa gas-gas tertentu lebih larut
dalam air dibandingkan dengan gas-gas lainnya. Ia mengajukan pendapat bahwa
setiap unsur mengandung atom-atom tunggal unik, dan atom-atom tersebut
selanjutnya dapat bergabung untuk membentuk senyawa-senyawa kimia.
Teori
partikel ini kemudian dikonfirmasikan lebih jauh lagi pada tahun 1827, yaitu
ketika botaniwan Robert Brown menggunakan
mikroskop untuk
mengamati debu-debu yang mengambang di atas air dan menemukan bahwa debu-debu
tersebut bergerak secara acak. Fenomena ini kemudian dikenal sebagai "Gerak Brown". Pada
tahun 1877, J. Desaulx mengajukan pendapat bahwa fenomena ini disebabkan oleh
gerak termal molekul air, dan pada tahun 1905 Albert Einstein membuat
analisis matematika terhadap gerak ini. Fisikawan Perancis Jean Perrin kemudian
menggunakan hasil kerja Einstein untuk menentukan massa dan dimensi atom secara
eksperimen, yang kemudian dengan pasti menjadi verifikasi atas teori atom
Dalton.
Berdasarkan
hasil penelitiannya terhadap sinar katode, pada tahun
1897 J. J. Thomson menemukan elektron dan sifat-sifat
subatomiknya. Hal ini meruntuhkan konsep atom sebagai satuan yang tidak dapat
dibagi-bagi lagi. Thomson percaya bahwa elektron-elektron terdistribusi secara
merata di seluruh atom, dan muatan-muatannya diseimbangkan oleh keberadaan
lautan muatan positif (model puding prem).
Namun pada tahun 1909, para peneliti di bawah arahan Ernest Rutherford menembakkan ion helium ke lembaran
tipis emas, dan menemukan bahwa sebagian kecil ion tersebut dipantulkan dengan
sudut pantulan yang lebih tajam dari yang apa yang diprediksikan oleh teori
Thomson. Rutherford kemudian mengajukan pendapat bahwa muatan positif suatu
atom dan kebanyakan massanya terkonsentrasi pada inti atom, dengan elektron
yang mengitari inti atom seperti planet mengitari matahari. Muatan positif ion
helium yang melewati inti padat ini haruslah dipantulkan dengan sudut pantulan
yang lebih tajam. Pada tahun 1913, ketika bereksperimen dengan hasil proses peluruhan radioaktif, Frederick Soddy menemukan bahwa
terdapat lebih dari satu jenis atom pada setiap posisi tabel periodik. Istilah isotop kemudian
diciptakan oleh Margaret Todd sebagai
nama yang tepat untuk atom-atom yang berbeda namun merupakan satu unsur yang
sama. J.J. Thomson selanjutnya menemukan teknik untuk memisahkan jenis-jenis
atom tersebut melalui hasil kerjanya pada gas yang terionisasi.
Percobaan Stern-Gerlach pada tahun 1922 memberikan bukti
lebih jauh mengenai sifat-sifat kuantum atom. Ketika seberkas atom perak
ditembakkan melalui medan magnet, berkas tersebut terpisah-pisah sesuai dengan
arah momentum sudut atom (spin). Oleh karena arah spin adalah acak,
berkas ini diharapkan menyebar menjadi satu garis. Namun pada kenyataannya
berkas ini terbagi menjadi dua bagian, tergantung dari apakah spin atom
tersebut berorientasi ke atas ataupun ke bawah.
Pada tahun 1926, dengan menggunakan pemikiran Louis de Broglie bahwa
partikel berperilaku seperti gelombang, Erwin Schrödinger mengembangkan suatu
model atom matematis yang menggambarkan elektron sebagai gelombang tiga
dimensi daripada sebagai titik-titik partikel. Konsekuensi penggunaan bentuk
gelombang untuk menjelaskan elektron ini adalah bahwa adalah tidak mungkin
untuk secara matematis menghitung posisi dan momentum partikel secara
bersamaan. Hal ini kemudian dikenal sebagai prinsip ketidakpastian, yang
dirumuskan oleh Werner Heisenberg pada 1926.
Menurut konsep ini, untuk setiap pengukuran suatu posisi, seseorang hanya bisa
mendapatkan kisaran nilai-nilai probabilitas momentum, demikian pula sebaliknya.
Walaupun model ini sulit untuk divisualisasikan, ia dapat dengan baik
menjelaskan sifat-sifat atom yang terpantau yang sebelumnya tidak dapat
dijelaskan oleh teori mana pun. Oleh sebab itu, model atom yang menggambarkan
elektron mengitari inti atom seperti planet mengitari matahari digugurkan dan
digantikan oleh model orbital atom di sekitar
inti di mana elektron paling berkemungkinan berada.
Diagram skema spetrometer massa sederhana.
Perkembangan
pada spektrometri massa mengijinkan dilakukannya pengukuran
massa atom secara tepat. Peralatan spektrometer ini menggunakan magnet untuk
membelokkan trayektori berkas ion, dan banyaknya defleksi ditentukan dengan
rasio massa atom terhadap muatannya. Kimiawan Francis William Aston menggunakan peralatan ini untuk
menunjukkan bahwa isotop mempunyai massa yang berbeda. Perbedaan massa antar
isotop ini berupa bilangan bulat, dan ia disebut sebagai kaidah bilangan bulat. Penjelasan pada perbedaan massa
isotop ini berhasil dipecahkan setelah ditemukannya neutron, suatu
partikel bermuatan netral dengan massa yang hampir sama dengan proton, yaitu oleh
James Chadwick pada tahun 1932. Isotop kemudian
dijelaskan sebagai unsur dengan jumlah proton yang sama, namun memiliki jumlah
neutron yang berbeda dalam inti atom.
Pada tahun
1950-an, perkembangan pemercepat partikel dan detektor partikel mengijinkan
para ilmuwan mempelajari dampak-dampak dari atom yang bergerak dengan energi
yang tinggi. Neutron dan proton kemudian diketahui sebagai hadron, yaitu komposit
partikel-partikel kecil yang disebut sebagai kuark.
Model-model standar fisika nuklir kemudian dikembangkan untuk menjelaskan
sifat-sifat inti atom dalam hal interaksi partikel subatom ini.
Sekitar
tahun 1985, Steven Chu dkk. di Bell Labs
mengembangkan sebuah teknik untuk menurunkan temperatur atom menggunakan laser. Pada tahun
yang sama, sekelompok ilmuwan yang diketuai oleh William D. Phillips berhasil memerangkap atom natrium
dalam perangkap magnet. Claude Cohen-Tannoudji kemudian menggabungkan kedua teknik
tersebut untuk mendinginkan sejumlah kecil atom sampai beberapa mikrokelvin. Hal ini
mengijinkan ilmuwan mempelajari atom dengan presisi yang sangat tinggi, yang
pada akhirnya membawa para ilmuwan menemukan kondensasi Bose-Einstein.
Dalam sejarahnya, sebuah atom tunggal sangatlah kecil
untuk digunakan dalam aplikasi ilmiah. Namun baru-baru ini, berbagai peranti
yang menggunakan sebuah atom tunggal logam yang dihubungkan dengan ligan-ligan
organik (transistor elektron tunggal) telah
dibuat. Berbagai penelitian telah dilakukan untuk memerangkap dan memperlambat
laju atom menggunakan pendinginan laser untuk
mendapatkan pemahaman yang lebih baik mengenai sifat-sifat atom.
3.
Komponen-komponen
atom
Walaupun
awalnya kata atom berarti suatu partikel yang tidak dapat
dipotong-potong lagi menjadi partikel yang lebih kecil, dalam terminologi ilmu
pengetahuan modern, atom tersusun atas berbagai partikel subatom.
Partikel-partikel penyusun atom ini adalah elektron, proton, dan neutron. Namun hidrogen-1 tidak
mempunyai neutron. Demikian pula halnya pada ion hidrogen positif H+.
Dari kesemua
partikel subatom ini, elektron adalah yang paling ringan, dengan massa elektron
sebesar 9,11 × 10−31 kg dan mempunyai muatan negatif.
Ukuran elektron sangatlah kecil sedemikiannya tiada teknik pengukuran yang
dapat digunakan untuk mengukur ukurannya. Proton memiliki muatan positif dan
massa 1.836 kali lebih berat daripada elektron (1,6726 × 10−27 kg).
Neutron tidak bermuatan listrik dan bermassa bebas 1.839 kali massa elektron
atau (1,6929 × 10−27 kg).
Dalam model standar fisika, baik proton dan neutron
terdiri dari partikel elementer yang disebut kuark. Kuark
termasuk kedalam golongan partikel fermion dan
merupakan salah satu dari dua bahan penyusun materi dasar (yang lainnya adalah lepton). Terdapat
enam jenis kuark dan tiap-tiap kuark tersebut memiliki muatan listri fraksional
sebesar +2/3 ataupun −1/3. Proton terdiri dari dua kuark naik dan satu kuark turun, manakala
neutron terdiri dari satu kuark naik dan dua kuark turun. Perbedaan komposisi
kuark ini memengaruhi perbedaan massa dan muatan antara dua partikel tersebut.
Kuark terikat bersama oleh gaya nuklir kuat yang
diperantarai oleh gluon. Gluon
adalah anggota dari boson tolok yang
merupakan perantara gaya-gaya fisika.
tes percobaan
ReplyDelete