Pernahkah anda terfikir dari apa benda-benda di sekeliling anda dibuat? Katakan anda melihat meja, anda mungkin memanggil meja yang terbuat dari kayu. Walaupun begitu ketika melihat cermin, anda akan mengatakan bahawa ia terbuat dari kaca. Pada dasarnya, kedua-dua bahan ini mempunyai ciri yang berbeza, tetapi tahukah anda bahawa kedua-duanya terdiri daripada bahan yang sama? Namanya adalah atom.
Atom adalah zarah terkecil dari unsur yang mengambil bahagian dalam tindak balas kimia. Ukurannya yang sangat kecil menjadikan mereka tidak dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop cahaya terkuat sekalipun. Dari jumlah tersebut, yang terkecil adalah atom dalam hidrogen.
Model atom
Para saintis telah mengkaji zarah terkecil ini selama berabad-abad, tetapi mereka tidak dapat menentukan penampilannya. Baru pada tahun 1808 Dalton menerbitkan teorinya mengenai struktur atom. Sejak itu, model atom telah berkembang bersama dengan penemuan terbaru. Kali ini, kita akan membincangkan pelbagai model atom yang dicadangkan oleh para saintis.
Teori Dalton
John Dalton adalah ahli kimia, ahli fizik dan ahli meteorologi Britain yang pertama kali menerbitkan penyelidikan mengenai keberadaan atom. Dalton menjelaskan bahawa jirim terdiri daripada zarah-zarah yang tidak dapat dipisahkan yang disebut atom.
Malangnya, penyelidikan selanjutnya membuktikan bahawa atom itu sendiri boleh dibahagi dan terdiri daripada zarah subatom. Zarah-zarah subatom terdiri daripada elektron, proton dan neutron. Sejak itu, saintis telah berusaha untuk mencadangkan model yang berbeza dengan mempertimbangkan kedudukan zarah subatom ini, termasuk JJ Thomson dan Rutherford.
Model atom menunjukkan struktur atom dan susunan zarah subatom dalam atom. Penemuan proton dan elektron menyebabkan para saintis berpendapat bahawa atom terdiri daripada proton dan elektron yang menyeimbangkan casnya. Mereka mendapati bahawa proton berada di bahagian dalam atom, sementara elektron berada di luar dan mudah terlepas.
Terdapat 4 model atom yang diusulkan oleh saintis, yaitu model yang diusulkan oleh Thomson, Rutherford, Bohr, dan model mekanik kuantum.
Model Atom Thomson
Joseph John Thomson adalah ahli fizik pemenang Hadiah Nobel Britain yang pertama kali mencadangkan model atom. Sebenarnya, dia menerbitkannya sebelum penemuan proton dan inti atom. Dalam teorinya, Thomson menganggap atom itu seperti roti kismis atau model puding plum kerana elektron dalam sfera muatan positif kelihatan seperti buah kering dalam puding Krismas.
(Baca juga: Mengetahui Lapisan Bumi dan Susunan Kimia mereka)
Model ini menganggap atom terdiri daripada sfera bermuatan positif dengan elektron yang tertanam di dalamnya. Atom boleh mempunyai cas neutral kerana mempunyai cas negatif dan positif yang sama.
Model Rutherford Atom Nuklear
Ernest Rutherford adalah seorang ahli fizik dan ahli kimia kelahiran New Zealand yang berpusat di England. Dia mencadangkan model atom setelah menjalankan eksperimen yang dikenali sebagai eksperimen penyebaran Rutherford. Dia dan dua pelajarnya melakukan eksperimen penyebaran sinar alfa pada pinggan emas nipis.
Rutherford menganggap bahawa muatan positif keseluruhan atom tertumpu di kawasan yang sangat kecil yang dikenali sebagai nukleus. Elektron berputar mengelilingi nukleus atom pada kelajuan tinggi di jalur bulat yang disebut orbit. Daya tarikan elektrostatik antara nukleus dan elektron menjadikan elektron berada dalam lintasannya.
Model Rutherford juga mendedahkan bahawa bilangan proton sama dengan bilangan elektron dan dikenali sebagai nombor atom. Sementara itu, jika bilangan proton dan bilangan neutron digabungkan, nilainya sama dengan nombor jisim atom.
Malangnya, model atom Rutherford tidak dapat menjelaskan kestabilan atom. Menurut teori elektromagnetik, zarah bermuatan kehilangan tenaga semasa pecutan. Kehilangan tenaga dapat melambatkan kelajuan elektron dan akhirnya, elektron akan tertarik ke nukleus dan atomnya musnah. Selain itu, model atom Rutherford juga tidak menjelaskan apa-apa mengenai pengedaran elektron dan tenaga elektron. Lebih-lebih lagi, model atom ini juga tidak dapat menjelaskan spektrum garis yang disediakan oleh setiap elemen.
Model Atom Bohr
Untuk menjawab kekurangan dalam model atom Rutherford, terutama mengenai spektrum garis dan kestabilan atom, Niels Bohr kemudian menerbitkan model atomnya sendiri. Dia mengatakan bahawa elektron berputar di sekitar inti atom dalam orbit bulat tertentu yang disebut cengkerang tenaga atau tahap tenaga. Elektron yang berputar di dalam shell tenaga dikaitkan dengan jumlah tenaga yang tetap. Cengkerang tenaga ini bernombor 1, 2, 3, dan seterusnya dari nukleus atom atau dinyatakan sebagai cengkerang k, l, m, dan sebagainya.
Susunan elektron dalam atom dikenali sebagai konfigurasi elektron. Konfigurasi elektron dapat membantu menjelaskan bagaimana atom bergabung. Pengisian elektron dalam shell atom bermula dari mengisi shell paling dalam atau yang mempunyai tenaga paling rendah. Bilangan maksimum elektron yang dapat menempati cengkerang adalah 2n2.
Teori Atomik Mekanik Kuantum
Malangnya, model atom yang dicadangkan oleh Bohr tidak dapat menjelaskan spektrum atom hidrogen di medan magnet dan elektrik. Ahli fizik Austria Erwin Schrödinger cuba menjawabnya. Dia mengembangkan teori atom berdasarkan prinsip mekanik kuantum. Model yang dikemukakan oleh Schrödinger tidak begitu berbeza dengan Bohr, kerana atom tersebut mempunyai nukleus bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron bermuatan negatif. Perbezaannya adalah pada kedudukan elektron yang mengelilingi nukleus atom.
Dalam teorinya, Bohr berpendapat bahawa elektron mengelilingi nukleus atom di orbit dengan jarak tertentu dari nukleus atom yang disebut radius atom. Tetapi dalam teori mekanik kuantum, kedudukan elektron yang mengelilingi nukleus atom tidak dapat diketahui dengan pasti, menurut prinsip ketidakpastian Heisenberg. Oleh itu, kebarangkalian terbesar kedudukan elektron berada di orbit itu. Maksudnya, dapat dikatakan bahawa kawasan kebarangkalian terbesar untuk mencari elektron dalam atom berada di orbital.
Model mekanik kuantum juga menyatakan bahawa pergerakan elektron di sekitar inti atom mempunyai sifat dualisme, seperti yang dikemukakan oleh de Broglie. Oleh kerana pergerakan elektron di sekitar nukleus mempunyai sifat seperti gelombang, persamaan untuk pergerakan elektron di sekitar nukleus mesti berkaitan dengan fungsi gelombang.
Schrödinger melengkapkan teorinya dengan persamaan yang menyatakan bahawa pergerakan elektron di sekitar nukleus atom yang berkaitan dengan sifat dualistik jirim dapat dinyatakan dalam koordinat Cartesian. Persamaan ini mula dikenali sebagai persamaan Schrödinger.
Dari persamaan ini, Schrödinger menghasilkan tiga nombor kuantum, iaitu kuantum utama (n), kuantum azimuth (A), dan kuantum magnetik (m). Ketiga-tiga nombor kuantum ini adalah bilangan bulat sederhana yang menunjukkan kebarangkalian elektron di sekitar nukleus atom. Penyelesaian untuk persamaan Schrödinger menghasilkan tiga nombor kuantum. Orbit berasal dari persamaan Schrödinger sehingga ada hubungan antara orbital dan ketiga-tiga nombor.
