KIMIA DASAR MATERI 1 - ATOM

    kimia adalah ilmu yang mempelajari tentang materi, begitulah yang dikatakan oleh Raymond Chang dalam bukunya yang berjudul "general chemistry" namun demikian, kita tentu akan bertanya terkait definisi dari materi, materi sendiri didefinisikan oleh Raymond chang sebagai segala sesuatu yang memiliki massa dan menempati ruang, contohnya Anda sendiri, rambut Anda, tangan Anda, handphone Anda, kursi yang Anda sedang duduki, termasuk laptop yang Anda gunakan juga adalah materi.

   berdasarkan definisi tersebut kita tahu bahwa materi adalah segala sesuatu dilingkup kita kecuali kepercayaan terhadap hal-hal gaib yang tidak dapat dinalar secara objektif, misalnya kepercayaan akan adanya entitas yang memiliki massa dan menempati ruang lalu entitas tersebut menciptakan dunia ini, itu ranah subjektif yang tidak dipelajari dikimia. Kimia mempelajari materi objektif, materi yang dapat diukur dan dapat dinalar baik secara empiris maupun secara rasional, materi yang tentunya dapat dijangkau oleh indra manusia baik menggunakan alat bantu atau tidak.

  materi sendiri diketahui tersusun dari atom, oleh karena itu, seseorang yang belajar kimia juga harus belajar tentang atom baik itu definisi, konsep, hingga sifat-sifat atom. atom sendiri berasal dari  kata "a" dan "tomos" dimana dalam terminologi yunani "a" diartikan sebagai "tidak" dan "tomos" diartikan sebagai dibagi sehingga jika digabungkan maka atom artinya tidak dapat dibagi, yang pertama menamai ini adalah seorang filsuf Yunani yang bernama Leucippus dimana pada saat itu Leucippus meyakini bahwa kehidupan ini memiliki susunan paling kecil sebagai awal dari semuanya, pemikiran seperti ini tentunya muncul karena pada zaman itu para filsuf berdebat tentang asal-usul dan sifat keberadaan dari segala sesuatu yang ada didunia ini termasuk benda dan makhluk hidup seperti manusia (diketagorikan sebagai hewan dalam ilmu biologi), hewan, dan tumbuhan.

   namun saat itu Leucippus tidak tahu atom itu modelnya seperti apa, Leucippus hanya menyatakan bahwa ada sesuatu yang sangat kecil yang bahkan tidak bisa dilihat dengan teknologi saat itu, entah bentuknya dan sifatnya bagaimana, Leucippus juga tidak tahu. Model atom pertama, muncul dari seorang ilmuwan yang bernama Dalton, pada saat itu Dalton memodelkan atom dengan bentuk bola dan tidak dapat dibagi lagi, sesederhana itu Dalton merumuskan atom karena ia sendiri juga tidak punya gambaran yang jelas tentang atom, namun bentuk bola ini sangat berguna karena dikemudian hari pemodelan seperti ini kemudian dikembangkan. Pemodelan Dalton, kemudian ditambahkan oleh Thomson setelah ia berhasil mengetahui bahwa atom ternyata memiliki sub partikel yang kemudian kita kenal dengan elektron.

  elektron sendiri diketahui sebagai partikel subatomik yang memiliki muatan listrik negatif, saat itu Thomson eksperimen dengan tabung sinar katoda dan dapat membuktikan hal ini secara ilmiah. sebenarnya metode ini sangat sederhana, Thomson hanya menggunakan sebuah tabung kaca kosong yang direkayasa sedemikian rupa supaya tabung ini dalam kondisi hampa udara, kemudian Thomson memodel tabung ini dengan menempatkan dua plat logam didalamnya dimana kedua plat logam ini memiliki muatan listrik yang berbeda, plat pertama bermuatan listrik negatif yang kemudian disebut sebagai katode dan plat kedua memiliki muatan listrik positif yang disebut anode. Thomson kemudian mengaliri plat yang ada didalam tabung tersebut dengan listrik hingga akhirnya muncul sebuah sinar, namun demikian, sinar ini tidak dapat kita lihat dengan indra penglihatan kita sebagai manusia normal kecuali kita menggunakan alat bantu.

  jeniusnya Thomson, ia memahami hal ini dan kemudian dia menggunakan alat bantu berupa layar fosfor untuk dapat melihat sinar ini. layar fosfor sendiri bisa membantu Thomson karena layar fosfor memiliki sifat luminesensi, dimana sifat ini memungkinkan layar fosfor untuk membuat cahaya terlihat ketika terkena atau terdampak energi. Ketika Thomson melihat tabung tersebut, Thomson melihat bahwa katode menyala sedangkan anode tidak, yang artinya ada muatan listrik negatif tetapi tidak ada muatan listrik positif dalam eksperimen thomson.

  ketika saya berada disekolah menengah atas, saya pernah menanyakan kepada guru saya, mengapa tabung tersebut harus dibuat hampa udara? namun guru saya tidak bisa menjawab hal tersebut, ini terulang lagi ketika saya menempuh pendidikan S1, saya begitu miris bahwa para pengajar tersebut tidak memahami konsep tetapi mereka hanya mengisi otak mereka dengan hafalan sehingga pertanyaan sederhana saya tidak terjawab sampai akhirnya saya harus mencarinya sendiri di text book dan beberapa reseach paper. 

  saya kemudian mengetahui bahwa udara itu juga adalah partikel dan kalau partikel ini masuk maka akan mengganggu elektron yang sedang diamati oleh Thomson karena partikelnya akan bertumbukan dengan molekul udara, kalau ini dibiarkan maka pengamatan Thomson akan mendapatkan kritik karena dianggap tidak valid secara metodologi, ini yang membuat saya mengagumi Thomson, Thomson sangat memahami metodologi sains dan bukan sekedar menghafal seperti guru SMA dan dosen S1 saya yang otaknya lebih kecil dari titlenya yang besar.

  kembali ke model atom, setelah eksperimen Thomson yang berhasil memberikan bukti bahwa ada sub atomik yang bernama elektron, Thomson kemudian membuat model atom baru dengan memodifikasi model atom dalton. Jika Dalton mengatakan bahwa atom adalah sesuatu yang seperti bola maka Thomson membuat model plum pudding atau di Indonesia dikenal sebagai roti kismis, jadi bentuk bolanya Dalton ditambahkan bulatan bulatan kecil seperti kismis yang dimana bulatan-bulatan kecil ini adalah elektron penemuan Thomson itu sendiri.

  sebenarnya saya berpikir, bahwa atom sebagai sesuatu yang tidak dapat dibagi lagi telah gugur sejak Thomson menemukan elektron namun saya memang heran mengapa definisi atom masih sebagai unit terkecil yang tidak dapat dibagi lagi sementara kita mengetahui kalau dizaman sekarang ilmu pengetahuan sudah sangat berkembang dan bukan hanya elektron yang kita ketahui tetapi sudah sampai dalam taraf quantum, tetapi mungkin definisi ini tidak dirubah mengingat ini sudah menjadi persetujuan banyak ilmuwan termasuk ilmuwan kimia dan fisika itu sendiri, setidaknya itu opini saya terlepas dari benar dan salah opini tersebut.

  setelah model Thomson diterima, ilmuwan kemudian berlomba-lomba membuat pengamatan tentang atom, sampai satu ilmuwan bernama Rutherford bersama beberapa mahasiswanya berhasil menemukan proton, dizaman itu kemudian diketahui bahwa atom tidak hanya memiliki muatan negatif saja tetapi juga memiliki muatan positif. Rutherford membuktikkan proton dengan menembakkan partikel alpha ke arah gold foil atau lapisan emas tipis, dimana saat itu Rutherford ingin memvalidasi karena ia mendukung model atom Thomson. Rutherford membuat hipotesis bahwa ketika partikel alpha ditembakkan ke dalam materi (seperti gas nitrogen), mereka akan menembus atom dengan sedikit pembelokan, sesuai dengan model atom yang diterima saat itu (model puding plum Thomson).

  namun ternyata Rutherford melalui eksperiman tersebut malah membuktikkan sebaliknya, ketika partikel alpha ditembakkan ke lapisan emas tipis, sebagian besar partikel alpha memang menembus dengan sedikit pembelokan, tetapi sejumlah kecil partikel alpha mengalami pembelokan besar atau bahkan pantulan balik (refleksi). pengamatan Rutherford ini kemudian membuktikkan jika atom tidak hanya memiliki muatan negatif tetapi juga muatan positif sehingga gugurlah model Dalton dan disempurnakan oleh Rutherford yang ia sebut sebagai nuclear model dimana atom memiliki inti yang memiliki muatan positif dan inti ini dikelilingi oleh elektron yang memiliki muatan negatif.

  namun model nuclear yang dikemukakan oleh Rutherford kemudian ditentang oleh banyak ilmuwan saat itu karena dianggap tidak masuk akal, ilmuwan saat itu berpikir bahwa jika elektron dianggap bergerak mengelilingi inti atom seperti analogi planet mengorbit matahari maka ini sangat bertentangan dengan hukum elektrodinamika klasik, menurut hukum elektrodinamika klasik (terutama hukum radiasi elektromagnetik), sebuah partikel bermuatan seperti elektron yang bergerak dalam lintasan melingkar akan menghasilkan radiasi elektromagnetik. Ini akan menyebabkan elektron kehilangan energi secara terus-menerus dan akhirnya jatuh ke dalam inti atom.

  sederhananya, model yang dikemukakan oleh Rutherford akan menciptakan atom yang tidak stabil sementara benda dan makhluk hidup yang ada memulai pengamatan empiris dan rasional selalu dalam keadaan stabil, dalam artian tidak ada fenomena umum ataupun outlier yang memperlihatkan bentuk benda atau manusia tiba-tiba berubah tanpa dampak tertentu dan hanya karena ia kehilangan energi pada sistem penyusun atomnya.

  setelah perdebatan panjang, datanglah Bohr untuk membuat penjelasan atas semua ini menjadi lebih baik. Bohr mengusulkan pandangan bahwa elektron mengorbit inti atom dalam lintasan atau orbit terpisah yang disebut orbit kuantum. Setiap orbit memiliki energi tertentu yang tidak dapat berubah secara bebas. Berbeda dengan model atom Rutherford, Bohr menyatakan bahwa elektron yang berada dalam orbit stabil tidak akan memancarkan energi atau radiasi. Oleh karena itu, elektron tidak akan kehilangan energi dan jatuh ke inti, dengan demikian, elektron tidak akan bergerak dalam lintasan yang memancarkan radiasi secara terus-menerus, yang membuat atom stabil.

  tentunya model Bohr cukup sukses, terutama ketika model ini dibuktikkan dengan mengambil contoh atom Hidrogen, sampai disini Bohr dianggap jenius karena bisa menyelesaikan permasalahan Rutherford. Jenisunya Bohr sama seperti Eisntein, ia tidak perlu ribet-ribet bereksperimen, ia cukup membuat model dengan pikirannya. Namun tentu kejeniusan seseorang ada batasnya, begitu juga kejeniusan dengan pendekatan rasional yang dibuat oleh Bohr karena kemudian model Bohr terbentur masalah lain, walaupun model ini cukup sukses dengan atom-atom kecil namun model bohr ini tidak mampu digunakan sebagai pendekatan ilmiah untuk menjelaskan atom-atom yang cukup besar dengan multi elektron, multi proton.

  disinilah Schrodinger muncul, Schrödinger memperkenalkan konsep dualitas gelombang-partikel yang dipengaruhi oleh prinsip de Broglie, yang menyatakan bahwa elektron (dan partikel lainnya) memiliki sifat gelombang serta partikel. Schrödinger mengembangkan persamaan gelombang Schrödinger pada tahun 1926, yang menggambarkan bagaimana fungsi gelombang elektron berubah seiring waktu dalam ruang. Persamaan ini adalah dasar dari mekanika kuantum dan menggantikan model orbit klasik Bohr yang terlalu sederhana. 

  hingga saat ini teori Schrodinger tersebut adalah teori pemodelan yang masih kita anggap benar, belum ada lagi ilmuwan yang merevolusi teori tersebut dan itulah konsep atom yang digunakan sebagai basis atau dasar pengembangan teori atom, jika teori Schrodinger dapat diruntuhkan, tentunya ini akan menjadi hal yang luar biasa merevolusi dunia sains utamanya ilmu dasar kimia dan fisika.