Teori atom telah berkembang jauh selama beberapa ribu tahun terakhir. Dimulai pada abad ke-5 SM dengan teori Democritus tentang "sel-sel" yang tidak terpisahkan yang berinteraksi satu sama lain secara mekanis, kemudian beralih ke model atom Dalton pada abad ke-18, dan kemudian jatuh tempo pada abad ke-20 dengan penemuan partikel subatom dan teori kuantum, perjalanan penemuan telah lama dan berliku.
Bisa dibilang, salah satu tonggak paling penting di sepanjang jalan adalah model atom Bohr, yang kadang-kadang disebut sebagai model atom Rutherford-Bohr. Diusulkan oleh fisikawan Denmark Niels Bohr pada tahun 1913, model ini menggambarkan atom sebagai inti kecil bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron yang bergerak dalam orbit melingkar (ditentukan oleh tingkat energinya) di sekitar pusat.
Teori Atom ke Abad ke-19:
Contoh-contoh teori atom yang paling awal diketahui berasal dari Yunani kuno dan India, di mana para filsuf seperti Democritus mendalilkan bahwa semua materi terdiri dari unit-unit kecil, tak terpisahkan, dan tidak bisa dihancurkan. Istilah "atom" diciptakan di Yunani kuno dan memunculkan aliran pemikiran yang dikenal sebagai "atomisme". Namun, teori ini lebih merupakan konsep filosofis daripada konsep ilmiah.
Baru pada abad ke-19 teori atom diartikulasikan sebagai masalah ilmiah, dengan eksperimen berbasis bukti pertama dilakukan. Misalnya, pada awal 1800-an, ilmuwan Inggris John Dalton menggunakan konsep atom untuk menjelaskan mengapa unsur-unsur kimia bereaksi dengan cara-cara tertentu yang dapat diamati dan diprediksi. Melalui serangkaian percobaan yang melibatkan gas, Dalton melanjutkan untuk mengembangkan apa yang dikenal sebagai Teori Atom Dalton.
Teori ini berkembang pada hukum-hukum percakapan massa dan proporsi tertentu dan turun ke lima premis: elemen, dalam keadaan paling murni, terdiri dari partikel yang disebut atom; atom-atom dari unsur tertentu semuanya sama, sampai ke atom terakhir; atom-atom dari unsur-unsur yang berbeda dapat dipisahkan oleh bobot atomnya; atom unsur bergabung untuk membentuk senyawa kimia; atom tidak dapat dibuat atau dihancurkan dalam reaksi kimia, hanya pengelompokan yang pernah berubah.
Penemuan Elektron:
Pada akhir abad ke-19, para ilmuwan juga mulai berteori bahwa atom terdiri dari lebih dari satu unit mendasar. Namun, sebagian besar ilmuwan memberanikan diri bahwa unit ini akan menjadi ukuran atom-hidrogen terkecil yang diketahui. Pada akhir abad ke-19, ini akan berubah secara drastis, berkat penelitian yang dilakukan oleh para ilmuwan seperti Sir Joseph John Thomson.
Melalui serangkaian percobaan menggunakan tabung sinar katoda (dikenal sebagai Crookes 'Tube), Thomson mengamati bahwa sinar katoda dapat dibelokkan oleh medan listrik dan magnet. Dia menyimpulkan bahwa alih-alih tersusun dari cahaya, mereka terdiri dari partikel bermuatan negatif yang 1ooo kali lebih kecil dan 1800 kali lebih ringan dari hidrogen.
Ini secara efektif membantah anggapan bahwa atom hidrogen adalah satuan terkecil dari materi, dan Thompson melangkah lebih jauh dengan menyatakan bahwa atom dapat dibagi. Untuk menjelaskan muatan atom secara keseluruhan, yang terdiri dari muatan positif dan negatif, Thompson mengusulkan sebuah model di mana "sel-sel darah" bermuatan negatif didistribusikan dalam lautan seragam muatan positif - yang dikenal sebagai Model Puding Plum.
Sel-sel ini kemudian dinamai “elektron”, berdasarkan pada partikel teoretis yang diprediksi oleh fisikawan Anglo-Irlandia George Johnstone Stoney pada tahun 1874. Dan dari sini, Plum Pudding Model lahir, dinamakan demikian karena sangat mirip dengan gurun Inggris yang terdiri dari kue prem dan kismis. Konsep ini diperkenalkan kepada dunia di Inggris edisi Maret 1904 Majalah Filsafat, untuk pengakuan luas.
Model Rutherford:
Eksperimen selanjutnya mengungkapkan sejumlah masalah ilmiah dengan model Plum Pudding. Sebagai permulaan, ada masalah menunjukkan bahwa atom memiliki muatan latar belakang positif seragam, yang kemudian dikenal sebagai "Masalah Thomson". Lima tahun kemudian, model itu akan dibantah oleh Hans Geiger dan Ernest Marsden, yang melakukan serangkaian percobaan menggunakan partikel alfa dan kertas emas - alias. "percobaan foil emas."
Dalam percobaan ini, Geiger dan Marsden mengukur pola hamburan partikel alfa dengan layar neon. Jika model Thomson benar, partikel alfa akan melewati struktur atom foil tanpa hambatan. Namun, mereka mencatat bahwa sementara sebagian besar menembak langsung, beberapa dari mereka tersebar di berbagai arah, dengan beberapa kembali ke arah sumber.
Geiger dan Marsden menyimpulkan bahwa partikel-partikel itu mengalami gaya elektrostatik yang jauh lebih besar daripada yang diizinkan oleh model Thomson. Karena partikel alfa hanyalah inti helium (yang bermuatan positif) ini menyiratkan bahwa muatan positif dalam atom tidak tersebar luas, tetapi terkonsentrasi dalam volume kecil. Selain itu, fakta bahwa partikel-partikel yang tidak dibelokkan melewati tanpa hambatan berarti bahwa ruang-ruang positif ini dipisahkan oleh jurang ruang kosong yang luas.
Pada 1911, fisikawan Ernest Rutherford menafsirkan eksperimen Geiger-Marsden dan menolak model atom Thomson. Sebaliknya, ia mengusulkan sebuah model di mana atom sebagian besar terdiri dari ruang kosong, dengan semua muatan positifnya terkonsentrasi di pusatnya dalam volume yang sangat kecil, yang dikelilingi oleh awan elektron. Ini kemudian dikenal sebagai Model atom Rutherford.
Model Bohr:
Eksperimen selanjutnya oleh Antonius Van den Broek dan Niels Bohr menyempurnakan model lebih lanjut. Sementara Van den Broek menyarankan bahwa nomor atom suatu unsur sangat mirip dengan muatan nuklirnya, yang terakhir mengusulkan model atom mirip Sistem Surya, di mana nukleus mengandung jumlah atom muatan positif dan dikelilingi oleh persamaan jumlah elektron dalam kulit orbit (alias. the Bohr Model).
Selain itu, model Bohr memperbaiki elemen-elemen tertentu dari model Rutherford yang bermasalah. Ini termasuk masalah yang timbul dari mekanika klasik, yang meramalkan bahwa elektron akan melepaskan radiasi elektromagnetik sambil mengorbit inti. Karena kehilangan energi, elektron seharusnya dengan cepat berputar ke dalam dan runtuh ke dalam nukleus. Singkatnya, model atom ini menyiratkan bahwa semua atom tidak stabil.
Model ini juga meramalkan bahwa ketika elektron berputar ke dalam, emisinya akan meningkat dengan cepat ketika orbit semakin kecil dan lebih cepat. Namun, percobaan dengan pelepasan listrik pada akhir abad ke-19 menunjukkan bahwa atom hanya memancarkan energi elektromagnetik pada frekuensi diskrit tertentu.
Bohr menyelesaikan ini dengan mengusulkan bahwa elektron yang mengorbit inti dengan cara yang konsisten dengan teori radiasi kuantum Planck. Dalam model ini, elektron hanya dapat menempati orbital yang diizinkan dengan energi tertentu. Selain itu, mereka hanya dapat memperoleh dan kehilangan energi dengan melompat dari satu orbit yang diizinkan ke yang lain, menyerap atau memancarkan radiasi elektromagnetik dalam proses tersebut.
Orbit ini dikaitkan dengan energi tertentu, yang disebutnya sebagai kerang energi atau tingkat energi. Dengan kata lain, energi elektron di dalam atom tidak kontinu, tetapi “terkuantisasi”. Level-level ini dengan demikian dilabeli dengan bilangan kuantum n (n = 1, 2, 3, dll.) yang ia klaim dapat ditentukan dengan menggunakan rumus Ryberg - aturan yang dirumuskan pada tahun 1888 oleh fisikawan Swedia Johannes Ryberg untuk menggambarkan panjang gelombang garis spektral dari banyak unsur kimia.
Pengaruh Model Bohr:
Sementara model Bohr memang terbukti menjadi terobosan dalam beberapa hal - menggabungkan konstanta Ryberg dan konstanta Planck (alias. Teori kuantum) dengan Model Rutherford - model tersebut mengalami beberapa kelemahan yang nantinya akan diilustrasikan oleh eksperimen. Sebagai permulaan, diasumsikan bahwa elektron memiliki jari-jari dan orbit yang diketahui, sesuatu yang akan disangkal Werner Heisenberg satu dekade kemudian dengan Prinsip Ketidakpastiannya.
Selain itu, sementara itu berguna untuk memprediksi perilaku elektron dalam atom hidrogen, model Bohr tidak terlalu berguna dalam memprediksi spektrum atom yang lebih besar. Dalam kasus ini, di mana atom memiliki banyak elektron, tingkat energi tidak konsisten dengan apa yang diprediksi Bohr. Model ini juga tidak bekerja dengan atom helium netral.
Model Bohr juga tidak dapat menjelaskan Efek Zeeman, sebuah fenomena yang dicatat oleh fisikawan Belanda Pieter Zeeman pada tahun 1902, di mana garis spektrum dipecah menjadi dua atau lebih di hadapan medan magnet statis eksternal. Karena ini, beberapa penyempurnaan dicoba dengan model atom Bohr, tetapi ini juga terbukti bermasalah.
Pada akhirnya, ini akan menyebabkan model Bohr digantikan oleh teori kuantum - konsisten dengan karya Heisenberg dan Erwin Schrodinger. Namun demikian, model Bohr tetap berguna sebagai alat pengajaran untuk memperkenalkan siswa pada teori yang lebih modern - seperti mekanika kuantum dan model atom shell valensi.
Itu juga akan terbukti menjadi tonggak utama dalam pengembangan Model Standar fisika partikel, model yang ditandai oleh "awan elektron", partikel elementer, dan ketidakpastian.
Kami telah menulis banyak artikel menarik tentang teori atom di sini di Space Magazine. Inilah Model Atom John Dalton, Apa itu Model Plum Pudding, Apa Model Cloud Elektron ?, Siapa itu Democritus ?, dan Apa Bagian-Bagian Atom?
Pemain Astronomi juga memiliki beberapa episode tentang subjek: Episode 138: Mekanika Kuantum, Episode 139: Tingkat dan Spektrum Energi, Episode 378: Rutherford dan Atom dan Episode 392: Model Standar - Intro.
Sumber:
- Niels Bohr (1913) "Tentang Konstitusi Atom dan Molekul, Bagian I"
- Niels Bohr (1913) “Tentang Konstitusi Atom dan Molekul, Bagian II Sistem Yang Mengandung Hanya Satu Nukleus”
- Encyclopaedia Britannica: Borh Atomic Model
- Hyperphysics - Bohr Model
- University of Tennessee, Knoxville - Model Borh
- University of Toronto - Model Bohr dari Atom
- NASA - Imagine the Universe - Latar Belakang: Atom dan Energi Cahaya
- Tentang Pendidikan - Model Bohr of the Atom
