Teori Atom

Bagaimana konsep dasar tentang Atom itu?


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.

Model Atom Modern


Model atom modern adalah hasil karya para peneliti dari tahun 1920an hingga saat ini. Model atom tersebut menyatakan bahwa elektron tidak bergerak pada lintasan tertentu dan lintasan yang tepat dari elektron tidak dapat ditentukan. Teori saat ini menyatakan bahwa ada daerah di dalam atom di mana terdapat elektron. Daerah ini disebut dengan awan elektron

Teori relativitas

Teori relativitas Albert Einstein adalah sebuat set yang terdiri dari dua teori fisika: relativitas umum dan relativitas khusus. Kedua teori ini diciptakan untuk menjelaskan bahwa gelombang elektromagnetis tidak sesuai dengan teori gerakan Newton.

Gelombang elektromagnetis dibuktikan bergerak pada kecepatan yang konstan, tanpa dipengaruhi gerakan sang pengamat. Inti pemikiran dari kedua teori ini adalah bahwa dua pengamat yang bergerak relatif terhadap masing-masing akan mendapatkan waktu dan interval ruang yang berbeda untuk kejadian yang sama, namun isi hukum fisik akan terlihat sama oleh keduanya.

Relativitas khusus

Tulisan Einstein tahun 1905, "Dalam Elektrodinamika Benda Bergerak", memperkenalkan teori relativitas khusus. Relativitas khusus mempertimbangkan bahwa pengamat dalam inertial reference frame yang bergerak seragam relatif terhadap satu sama lain tidak dapat melakukan eksperimen apa pun untuk menentukan salah satu dari mereka dalam "gerakan absolute". Teori ini menyimpulkan bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa akan sama dengan pengamat ini (yaitu, sebuah kecepatan invariant pengamat).

Salah satu dari kekuatan relativitas khusus adalah dia dapat diturunkan hanya dari beberapa premis:

• Kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah konstan dan sama dengan ke 299.792.458 meter per detik.
• Hukum fisika adalah sama bagi seluruh pengamat dalam "frame inertial."

Relativitas umum

Relativitas umum diterbitkan oleh Einstein pada 1916 (diserahkan sebagai satu seri pengajaran sebelum "Prussian Academy of Science" 25 November 1915). Tetapi, matematikawan Jerman David Hilbert menulis dan menyebarluaskan persamaan sejenis sebelum Einstein. Ini tidak menyebabkan tuduhan pemalsuan oleh Einstein, tetapi kemungkinan mereka merupakan para pencipta relativitas umum.

Teori ini memberikan perkenalan persamaan yang mengganti Hukum gravitasi Newton. Teori ini menggunakan matematika differential geometri dan tensor untuk menjelaskan gravitasi. Teori ini mempertimbangkan seluruh pengamat sama, tidak hanya bagi mereka yang bergerak dengan kecepatan seragam. Hukum relativitas umum adalah sama bagi semua pengamat, meskipun mereka melaju saling berpengaruh satu sama lain. Dalam relativitas umum, gravitasi bukan lagi sebuah gaya (seperti dalam Hukum gravitasi Newton) tetapi merupakan konsekuensi dari "curvature" ruang-waktu. Relativitas umum adalah sebuah teori geometrikal yang menyimpulkan bahwa kehadiran "kurva" ruangwaktu massa dan energi, dan kurvatur ini mempengaruhi jalur partikel bebas (dan bahkan jalur cahaya).

Mekanika Kuantum

Mekanika kuantum
Mekanika kuantum adalah cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik pada tataran atom dan subatom. Ilmu ini memberikan kerangka matematika untuk berbagai cabang fisika dan kimia, termasuk fisika atom, fisika molekular, kimia komputasi, kimia kuantum, fisika partikel, dan fisika nuklir. Mekanika kuantum adalah bagian dari teori medan kuantum dan fisika kuantum umumnya, yang, bersama relativitas umum, merupakan salah satu pilar fisika modern. Dasar dari mekanika kuantum adalah bahwa energi itu tidak kontinyu, tapi diskrit -- berupa 'paket' atau 'kuanta'. Konsep ini revolusioner -- bertentangan dengan fisika klasik yang berasumsi bahwa energi itu berkesinambungan.
Sejarah
Pada tahun 1900, Max Planck memperkenalkan ide bahwa energi dapat dibagi-bagi menjadi beberapa paket atau kuanta. Ide ini secara khusus digunakan untuk menjelaskan sebaran intensitas radiasi yang dipancarkan oleh benda hitam. Pada tahun 1905, Albert Einstein menjelaskan efek fotoelektrik dengan menyimpulkan bahwa energi cahaya datang dalam bentuk kuanta yang disebut foton. Pada tahun 1913, Niels Bohr menjelaskan garis spektrum dari atom hidrogen, lagi dengan menggunakan kuantisasi. Pada tahun 1924, Louis de Broglie memberikan teorinya tentang gelombang benda.
Teori-teori di atas, meskipun sukses, tetapi sangat fenomenologikal: tidak ada penjelasan jelas untuk kuantisasi. Mereka dikenal sebagai teori kuantum lama.
Frase "Fisika kuantum" pertama kali digunakan oleh Johnston dalam tulisannya Planck's Universe in Light of Modern Physics (Alam Planck dalam cahaya Fisika Modern).
Mekanika kuantum modern lahir pada tahun 1925, ketika Werner Karl Heisenberg mengembangkan mekanika matriks dan Erwin Schrödinger menemukan mekanika gelombang dan persamaan Schrödinger. Schrödinger beberapa kali menunjukkan bahwa kedua pendekatan tersebut sama.
Heisenberg merumuskan prinsip ketidakpastiannya pada tahun 1927, dan interpretasi Kopenhagen terbentuk dalam waktu yang hampir bersamaan. Pada 1927, Paul Dirac menggabungkan mekanika kuantum dengan relativitas khusus. Dia juga membuka penggunaan teori operator, termasuk notasi bra-ket yang berpengaruh. Pada tahun 1932, Neumann Janos merumuskan dasar matematika yang kuat untuk mekanika kuantum sebagai teori operator.
Bidang kimia kuantum dibuka oleh Walter Heitler dan Fritz London, yang mempublikasikan penelitian ikatan kovalen dari molekul hidrogen pada tahun 1927. Kimia kuantum beberapa kali dikembangkan oleh pekerja dalam jumlah besar, termasuk kimiawan Amerika Linus Pauling.
Berawal pada 1927, percobaan dimulai untuk menggunakan mekanika kuantum ke dalam bidang di luar partikel satuan, yang menghasilkan teori medan kuantum. Pekerja awal dalam bidang ini termasuk Dirac, Wolfgang Pauli, Victor Weisskopf dan Pascaul Jordan. Bidang riset area ini dikembangkan dalam formulasi elektrodinamika kuantum oleh Richard Feynman, Freeman Dyson, Julian Schwinger, dan Tomonaga Shin'ichirō pada tahun 1940-an. Elektrodinamika kuantum adalah teori kuantum elektron, positron, dan Medan elektromagnetik, dan berlaku sebagai contoh untuk teori kuantum berikutnya.
Interpretasi banyak dunia diformulasikan oleh Hugh Everett pada tahun 1956.
Teori Kromodinamika kuantum diformulasikan pada awal 1960an. Teori yang kita kenal sekarang ini diformulasikan oleh Polizter, Gross and Wilzcek pada tahun 1975. Pengembangan awal oleh Schwinger, Peter Higgs, Goldstone dan lain-lain. Sheldon Lee Glashow, Steven Weinberg dan Abdus Salam menunjukan secara independen bagaimana gaya nuklir lemah dan elektrodinamika kuantum dapat digabungkan menjadi satu gaya lemah elektro.
Eksperimen penemuan
• Eksperimen celah-ganda Thomas Young membuktikan sifat gelombang dari cahaya. (sekitar 1805)
• Henri Becquerel menemukan radioaktivitas (1896)
• Joseph John Thomson - eksperimen tabung sinar kathoda (menemukan elektron dan muatan negatifnya) (1897)
• Penelitian radiasi benda hitam antara 1850 dan 1900, yang tidak dapat dijelaskan tanpa konsep kuantum.
• Robert Millikan - eksperimen tetesan oli, membuktikan bahwa muatan listrik terjadi dalam kuanta (seluruh unit), (1909)
• Ernest Rutherford - eksperimen lembaran emas menggagalkan model puding plum atom yang menyarankan bahwa muatan positif dan masa atom tersebar dengan rata. (1911)
• Otto Stern dan Walter Gerlach melakukan eksperimen Stern-Gerlach, yang menunjukkan sifat kuantisasi partikel spin (1920)
• Clyde L. Cowan dan Frederick Reines meyakinkan keberadaan neutrino dalam eksperimen neutrino (1955)
Bukti dari mekanika kuantum
Mekanika kuantum sangat berguna untuk menjelaskan apa yang terjadi di mikroskopic level, misalnya elektron di dalam atom. Atom biasanya digambarkan sebagai sebuah sistem di mana elektron (yang bermuatan listrik negatif) beredar seputar nukleus (yang bermuatan listrik positif). Mengapa elektron tidak tertarik menuju nukleus dan melepaskan energinya? Mengapa ada diskrit energi level? Menurut mekanika kuantum, ketika sebuah elektron berpindah dari energi level yang lebih tinggi (misalnya n=2) ke energi level yang lebih rendah (misalnya n=1), energi berupa sebuah cahaya partikel, foton, dilepaskan:

di mana
• adalah energi (J),
• adalah tetapan Planck, (Js), dan
• adalah frekuensi dari cahaya (Hz).
Dalam spektrometer masa, telah dibuktikan bahwa garis-garis spektrum dari atom yang di-ionisasi tidak kontinyu; hanya pada frekuensi/panjang gelombang tertentu garis-garis spektrum dapat dilihat. Ini adalah salah satu bukti dari teori mekanika kuantum.

L'Arc~en~Ciel ラルク アン シエル (Raruku An Shieru?) adalah nama grup musik Jepang beraliran J-Rock. Band ini beranggotakan hyde (vokal), ken (gitar), tetsu (bass), dan yukihiro (drum). Grup musik ini didirikan oleh Tetsu pada Februari 1991. Nama "L'Arc~en~Ciel" berasal dari sebuah kata dalam bahasa Perancis yang berarti "lengkungan di langit" atau "pelangi", nama ini diambil dari judul sebuah film Perancis yang pernah ditonton oleh Tetsu.

Di Jepang saja, band ini telah menjual lebih dari 25 juta kopi album dan singel.

Mantan personel yang sempat memperkuat band ini:
Sakura (drum) (1992-1997) digantikan oleh Yukihiro karena memakai narkoba dan masuk penjara.
Hiro (gitar) (1991-1992)
Pero (drum) (1991-1992)