2. Teori Atom Mekanika Kuatum

            Model atom Bohr telah berhasil menerangkan terjadinya spektrum yang terjadi pada suatu unsur dan senyawa. Namun demikian model atom Bohr menjadi lemah karena munculnya teori ahli fisika lain.

 

Gambar 2.2 Berkas Cahaya Jika Dilewatkan Prisma Akan Dibiaskan Menjadi Spektrum

 

            Max Planck (dikenal Planck) pada tahun 1900 mengemukakan pendapatnya bahwa gelombang cahaya memiliki sifat sebagaimana partikel.  Hipotesis Planck tersebut kemudian dikembangkan oleh Louis de Broglie (dikenal de Broglie). Sekitar tahun 1923 de Broglie menjelaskan bahwa pada tingkatan partikel yang elementer, maka partikel mempunyai dua sifat, yaitu sebagai gelombang dan partikel. Sifat partikel ditunjukkan oleh kemampuan partikel yang dapat menumbuk  suatu materi dan memenuhi hukum Einstein (E = mc²). Sifat sebagai gelombang memenuhi hukum  E = hv yang merupakan persamaan gelombang. Teori de Broglie ini kemudian terkenal dengan teori dualisme partikel.

            Elektron sebagai partikel mempunyai massa sangat kecil. Planck de Broglie berpendapat elektron bersifat sebagai partikel dan gelombang. Oleh karena elektron bersifat sebagai gelombang, maka teori atom Bohr yang mengatakan bahwa elektron beredar mengelilingi inti pada lintasan dengan tingkat energi yang berbeda-beda menjadi kurang benar. Mengapa?

 

 

 

Gambar 2.3 Gelombang/Ombak Laut

 

            Kita lihat pada sifat gelombang, misalnya gelombang air, gelombang tali, atau gelombang yang lain. Terlihat bahwa gelombang-gelombang tersebut tidak bergerak dalam suatu lintasan yang berbentuk garis, melainkan dalam suatu daerah tertentu. Namun demikian, daerah tersebut tetap merupakan daerah yang diskontinyu dan dapat dikuantifikasikan. Inilah merupakan awal dari munculnya teori mekanika kuantum.

            Banyak teori yang memberikan sumbangan terhadap lahirnya teori mekanika kuantum. Namun  yang dianggap sebagai dasar lahirnya adalah karya Heisenberg dan Schrödinger. Pada tahun 1926 berdasarkan karya de Broglie, Schrödinger mengembangkan suatu persamaan yang mengaitkan sifat-sifat gelombang dengan energi elektron. Persamaan Schrödinger berbentuk sebagai berikut:

 

                   d^2ψ          d^ψ          d^2ψ        8π^2m

                           +           +           +           (E – E_p)ψ = 0

                   dx²       dy²        dz²          h

 

            Persamaan tersebut merupakan persamaan diferensial kedua yang menyatakan energi total (E) dan energi potensial (E_p) dari suatu partikel dalam massa m dan sebagai fungsi dari posisinya dalam tiga dimensi (x, y, dan z). Persamaan tersebut jelas menunjukkan bahwa elektron tidak berada dalam satu garis (dimensi satu) sebagaimana teori atom Bohr, melainkan dalam suatu ruang (dimensi tiga).

            Teoi mekanika kuantum menjelaskan bahwa elektron yang bersifat sebagai gelombang tidak mungkin berada dalam suatu lintasan sebagaimana teori atom Bohr. Jika elektron berada dalam suatu daerah atom, maka posisi atau lokasi elektron tidak dapat ditentukan secara pasti. Keberadaan elektron hanya dapat dikatakan di daerah yang kebolehjadian terdapatnya elektron dikenal dengan istilah orbital. Orbital didefinisikan sebagai daerah atau ruang di sekitar inti yang kemungkinan ditemukannya elektron terbesar. Walau bagaimanapun teori atom Bohr tetap dapat digunakan, karena ini merupakan teori yang sederhana untuk dipahami sebelum mempelajari teori atom mekanika gelombang.

 

Gambar 2.4 Lautan Elektron.

 

            Lokasi elektron yang tepat tidak dapat ditentukan, tetapi kebolehjadian elektron berada di lokasi tertentu dapat dihitung dari persamaan Schrödinger. Suatu elektron bisa menempati seluruh orbital, meskipun kebolehjadian elektron pada tiap posisi dalam orbital tidak sama. Agar lebih mudah dimengerti coba bayangkan bahwa elektron merupakan partikel yang bergerak dari suatu tempat ke tempat lain dengan sangat cepat, sehingga elektron akan menyerupai lautan elektron atau ruangan yang rapatannya beraneka ragam dalam orbital tersebut. Kebolehjadian terbesar menemukan elektron pada suatu posisi tertentu ditafsirkan sebagai kuadrat fungsi gelombang (< 2) pada suatu titik.

            Teori atom mekanika kuantum didasarkan pada dualisme sifat elektron yaitu gelombang dan sebagai partikel.

 

§  Menurut de Broglie

            Cahaya dapat berperilaku sebagai materi dan berperilaku sebagai gelombang (dikenal dengan istilah dualisme gelombang partikel)   

 

§  Menurut Heisenberg

Tidak mungkin menentukan kecepatan dan posisi elektron secara bersamaan, tetapi yang dapat ditentukan hanyalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti.

 

 

                                                Gambar 2.5 Erwin Schrodinger

 

Kemudian Werner Heisenberg mengemukakan bahwa metode eksperimen yang digunakan untuk menemukan posisi atau momentum suatu partikel seperti elektron dapat menyebabkan perubahan, baik, pada posisi, momentum atau keduanya.

Teori Schrödinger dan prinsip ketidakpastian Heisenberg melahirkan model atom mekanika kuantum sebagai berikut:

Ø  Posisi elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti.

Ø  Atom mempunyai kulit elektron.

Ø  Setiap kulit elektron memiliki subkulit elektron.

Ø  Setiap subkulit elektron memiliki sub-sub kulit elektron.

Model atom mekanika kuantum didasarkan pada:

Ø  Elektron bersifat gelombang dan partikel, oleh Louis de Broglie (1923).

Ø  Persamaan gelombang elektron dalam atom, oleh Erwin Schrödinger (1926).

Ø  Asas ketidakpastian, oleh Werner Heisenberg (1927).

 

 

 

 

Menurut teori atom mekanika kuantum, elektron tidak bergerak pada lintasan tertentu. Berdasarkan hal tersebut maka model atom mekanika kuantum adalah sebagai berikut:

a)        Atom terdiri atas inti atom yang mengandung proton dan neutron, dan elektron-elektron mengelilingi inti atom berada pada orbital-orbital tertentu yang membentuk kulit atom, hal ini disebut dengan konsep orbital.

b)        Dengan memadukan asas ketidakpastian dari Werner Heisenberg dan mekanika gelombang dari Louis de Broglie, Erwin Schrödinger merumuskan konsep orbital sebagai suatu ruang tempat peluang elektron dapat ditemukan.

c)        Kedudukan elektron pada orbital-orbitalnya dinyatakan dengan bilangan kuantum.

 

 

 

v  Kelebihan Dan Kekurangan Model Atom Mekanika Kuantum

Teori dari model atom mekanika kuantum yang diajukan oleh Erwin Schrödinger berhasil menyempurnakan beberapa kelemahan yang ada dalam teori atom Niels Bohr sekaligus membuka pemahaman baru mengenai struktur atom dan pergerakan elektron di dalam atom.

Berikut ini beberapa keunggulan atau kelebihan teori atom mekanika kuantum (moderen):

Ø  Dapat menjelaskan posisi kebolehjadian ditemukannya elektron.

Ø  Dapat menjelaskan posisi elektron saat mengorbit.

Ø  Dapat mengukur perpindahan energi eksitasi dan emisinya.

Ø  Mengidentifikasi proton dan neutron pada inti sedangkan elektron pada orbitnya.

Teori atom mekanika kuantum didukung dengan rumusan persamaan gelombang yang ditemukan oleh Schrödinger, yaitu suatu ruang tiga dimensi(3D). Kelemahannya, yaitu sebagai berikut.

Ø  Rumusan persamaan gelombang hanya dapat diterapkan secara eksak untuk partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal.

Ø  Moodel atom mekanika kuantum sulit diterapkan untuk sistem makroskopis (skala lebih besar) dengan kumpulan atom misalnya pada tumbuhan, hewan, dan manusia.