1. Latar belakang
Atom adalah unit terkecil dari suatu materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi. Setiap atom terdiri dari sebuah inti kecil yang tersusun atas proton, neutrondan sejumlah elektron pada jarak yang jauh.
Dalam kehidupan sehari-hari misalnya kita melihat rumah boneka terdiri atas beberapa tingkat dan tiap tingkat terdiri atas beberapa kamar. Begitupula halnya dengan energy elektron dalam atom-pun bertingkat tingkat. Untuk menempatkan elektron kesetiap ‘kamar’ harus memenuhi aturan tertentu.
Dalam sejarah perkembangannya struktur dan teori atom mengalami beberapa hambatan seperti ditolaknya keberadaan atom hingga bedanya teori atom dari setiap ilmuan.
Partikel nuklir seperti proton dan neutron tidak terpecah di dalam proses reaksi fisi dan fusi, tetapi kumpulan dari mereka memiliki massa lebih rendah daripada jika mereka berada dalam posisi terpisah/ sendiri-sendiri. Adanya perbedaan massa ini dibebaskan dalam bentuk panas dan radiasi di reaksi nuklir (panas dan radiasinya mempunyai massa yang hilang, tetapi terkadang terlepas ke sistem, di mana tidak terukur). Energi matahari adalah salah satu contoh konversi energi ini. Di matahari, proses fusi hidrogen mengubah 4 miliar ton materi surya per detik menjadi energi elektromagnetik, yang kemudian diradiasikan ke angkasa luar.
2. Rumusan masalah1.1 Bagaimanakah perkembangan teori atom?
1.2 Siapakah ilmuwan yang mengemukakan teori atom?
1.3 Bagaimanakah perkembangan serta sejarah dari energi nuklir?
3. Tujuan
Agar mengetahui perkembangan teori atom serta nuklir menurut para ilmuwan.
4. Pembahasan
- Sejarah dan perkembangan teori atom
A. model atom
John Dalton
Pada tahun 1803, John Dalton
mengemukakan mengemukakan pendapatnaya tentang atom. Teori atom Dalton
didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan
hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier mennyatakan bahwa "Massa
total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil
reaksi". Sedangkan Prouts menyatakan bahwa "Perbandingan massa
unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu berikut:
1. Atom merupakan bagian terkecil
dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi
2. Atom digambarkan sebagai bola
pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan
berbeda untuk unsur yang berbeda
3. Atom-atom bergabung tetap".
Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai
membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya
air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen 4. Reaksi kimia merupakan
pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga
atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
Hipotesa Dalton
digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru.
Seperti gambar berikut ini:
Kelebihan dan Kekurangan Model Atom
John Dalton :
- Kelebihan :
Mulai membangkitkan minat terhadap
penelitian mengenai model atom
- Kelemahan :
Teori atom Dalton tidak dapat
menerangkan suatu larutan dapat menghantarkan arus listrik.Berarti ada partikel
lain yang dapat menghantarkan arus listrik.
B. Model Atom
J.J.Thomson
Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William Crookers, maka J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode.
Dari hasil percobaan
ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom
(partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.
Atom merupakan partikel
yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada
partikel lain yang bermuatan positif untuk menetrallkan muatan negatif elektron
tersebut.
Dari penemuannya
tersebut, Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan mengemukakan
teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson.
Yang menyatakan bahwa:
“Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan
negatif elektron”
Model atom ini kemudian
disebut sebagai “plum pudding model” yang lebih dikenal sebagai model roti
kismis. Model atom Thomson dapat digambarkan sebagai berikut:
Kelemahan: Kelemahan
model atom Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan
negatif dalam bola atom tersebut.
C.
Model Atom Rutherford
Rutherford bersama dua
orang muridnya (Hans Geiger dan Erners Masreden) telah ditemukan adanya
partikel alfa, yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus,
berdaya tembus besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan
tersebut sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom
itu betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai partikel
alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta
bahwa apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis,
maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan melakukan
percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ) terhadap lempeng tipis
emas. Sebelumya sudut kurang dari 1°), tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh
fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa akan membelok sudut 90° bahkan
lebih.
Berdasarkan
gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa kesipulan beberapa berikut:
Atom bukan merupakan
bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan
Jika lempeng emas
tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka didalam atom emas
terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.
Partikel tersebut
merupakan partikelyang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari
20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan
perbandingan diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih
kecil daripada ukuran atom keseluruhan.
Berdasarkan fakta-fakta
yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model atom yang
dikenal dengan Model Atom Rutherford yang menyatakan bahwa Atom terdiri dari
inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron
yang bermuatan negatif. Rutherford menduga bahwa didalam inti atom terdapat
partikel netral yang berfungsi mengikat partikel-partikel positif agar tidak
saling tolak menolak.
Model atom Rutherford
dapat digambarkan sebagai beriukut:
- Kelebihan :
Membuat hipotesa bahwa
atom tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilingi inti
- Kelemahan :
Tidak dapat menjelaskan
mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom. Berdasarkan teori fisika,
gerakan elektron mengitari inti ini disertai pemancaran energi sehingga lama -
kelamaan energi elektron akan berkurang dan lintasannya makin lama akan
mendekati inti dan jatuh ke dalam inti Ambilah seutas tali dan salah satu
ujungnya Anda ikatkan sepotong kayu sedangkan ujung yang lain Anda pegang.
Putarkan tali tersebut di atas kepala Anda. Apa yang terjadi? Benar. Lama
kelamaan putarannya akan pelan dan akan mengenai kepala Anda karena putarannya
lemah dan Anda pegal memegang tali tersebut. Karena Rutherford adalah telah
dikenalkan lintasan/kedudukan elektron yang nanti disebut dengan kulit.
D. Model
Atom Niels Bohr
Seorang Fisikawan
Denmark, Niels Bohr (1885-1962) mengembangkan kekurangan teori atom yang
dikemukakan oleh Rutherford. Model atom Rutherford menyatakan bahwa atom
terdiri dari inti yang bermuatan positif dengan elektron yang mengelilingi inti
tersebut, model atom ini bisa juga dipandang seperti system tata surya kita
dimana matahari sebagai inti dan planet-planet sebagai elektron.
Menurut fisika klasik,
obyek bermuatan yang mengalami percepatan akan mengemisikan energi. Dari model
atom Rutherford, elektron bergerak mengelilingi inti dengan lintasan berbentuk
lingkaran. Kita tahu bahwa benda cenderung untuk bergerak dengan lintasan
lurus, agar membentuk lintasan berbentuk lingkaran maka elektron tersebut
secara konstan akan merubah arah geraknya, dengan demikian elektron mengalamai
percepatan yang konstan, sebagai akibat dari peristiwa ini seperti halnya yang
dikemuakan oleh teori fisika klasik diatas maka elektron seharusnya kehilangan
energi dalam bentuk emisi cahaya, sehingga lama-kelamaan elektron akan jatuh ke
inti.
Apakah hal ini
betul-betul terjadi? Tentu saja tidak, sebab kenyataannya atom-atom yang ada di
alam semesta dalam keadaan yang stabil. Oleh sebab itulah maka Bohr berbendapat
bahwa teori fisika klasik tidak bisa dipergunakan untuk menjelaskan model atom.
Pada tahun 1913 Bohr
mengemukakan bahwa:
• Electron dalam atom
hydrogen bergerak mengelilingi inti pada orbit dengan jarak tertentu dan
tingkatan energi energi pada saat dia berpindah dari satu orbit ke orbit yang
lain, energi akan diabsorbsi atau tertentu pula.
• Selama elektron
mengelilingi inti maka elektron tidak akan kehilangan energi. Elektron hanya
kehilangan atau mendapatkan diemisikan dalam bentuk radiasi elektromagnetik
dengan frekuensi tertentu.
• Untuk menjelaskan
model atomnya ini Bohr menggunakan atom hydrogen sebagai model, dia mampu
menghitung radius setiap orbit yang ada di atom hydrogen sekaligus menghitung
tingakatan energinya, dan yang lebih penting lagi hal ini sesuai dengan kisaran
data hasil eksperimen yang ditunjukan oleh spectrum garis atom hydrogen.
Tingkatan energi dalam
atom hydrogen dihitung dengan rumus:
E = -2.178×10-18 J (
Z2/n2)
Dimana n adalah bilangan
bulat, dan Z adalah muatan inti. Model atom bohr hanya berlaku untuk atom
hydrogen dan atom-atom dengan konfigurasi seperti hydrogen, contohnya ion Li+
dan ion He+.
Gambar Model Atom Niels
Bohr:
Kelemahan model atom
Bohr:
1. Lintasan electron yg
sebenarnya, masih mempunyai sub kulit orbital bukan hanya berupa lingkaran,
jadi tidak sesederhana teori Bohr
2. Model atom Bohr hanya
dapat menerangkan model atom hydrogen, belum dapat menerangkan model atom
berelektron banyak
3. Teori Bohr tidak
dapat menerangkan kejadian-kejadian dalam kimia dengan baik, termasuk pengaruh
medan magnetik terhadap atom
Kelebihan model atom
Bohr:
1. Elektron tidak
mengorbit mengelilingi inti melalui sembarang lintasan, tapi hanya melalui
lintasan tertentu dengan momentum sudut tertentu tanpa melepaskan energi (=
Lintasan Stasioner )
2. Elektron dapat
berpindah hanya dengan melepaskan dan menyerap energi sebesar hf (energi foton)
E.
Model Atom Modern
Model atom mekanika
kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926).Sebelum Erwin Schrodinger,
seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum
yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat
ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat
bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada
jarak tertentu dari inti atom”.
Daerah ruang di sekitar
inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk
dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin Schrodinger
memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk
menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.
Model atom dengan
orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom
mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada gambar
berikut ini.
Awan elektron disekitar
inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat
energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir
sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk
kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit
terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi
orbitalnya belum tentu sama.
CIRI KHAS MODEL ATOM
MEKANIKA GELOMBANG
Gerakan elektron
memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya (orbitnya) tidak stasioner
seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang
disebut orbital (bentuk tiga dimensi darikebolehjadian paling besar
ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu atom)
Bentuk dan ukuran
orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang
menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)
Posisi elektron sejauh
0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi
bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron
- Kelemahan Model Atom
Modern :
Persamaan gelombang
Schrodinger hanya dapat diterapkan secara eksak untuk partikel dalam kotak dan
atom dengan elektron tunggal.
- Sejarah dan perkembangan energi nuklir
Pada tahun 1934 ahli
fisika Enrico Fermi melakukan eksperimen di Roma yang membuktikan bahwa neutron
bisa memecah beberapa jenis atom. Hasil yang mengejutkan ketika ia membombardir
uranium dengan neutron ia tidak menemukan unsur yang ia harapkan. Unsur yang
ditemukan lebih ringan daripada uranium.
Pada tahun 1938 Ilmuan
Jerman Otto Hahn dan Fritz Strassman menembakan neutron dari unsur radium dan
beryllium pada uranium ia terkejut ketika menemukan unsur yang lebih ringan
seperti barium pada bahan yang tersisa.
Sebelum mempublikasikan
penemuannya mereka menghubungi Lise Meitner di Copenhagen yang juga bekerja
pada Neil Bohr dan Otto R. Frisch. Ketika Meitner melakukan percobaan ia
menemukan bahwa hasil dari reaksi tersebut massa dari hasil reaksi tersebut
lebih sedikit dari massa uranium yang digunakan. Meitner kemudian menggunakan
teori Einstein yang menyebutan massa berubah menjadi energi.
Pada tahun 1939 Bohr
berbagi dengan Einstein mengenai penemuan Hahn-Strassman-Metner. Bohr juga
bertemu dengan Fermi di konferensi Fisika Teori di Washington, mereka
berdiskusi mengenai kemungkinan membuat reaksi berantai yang memecah atom dan
menghasilkan energi yang besar.
Para ilmuwan percaya
mereka dapat membuat reaksi tersebut asalkan jumlah uranium cukup untuk membuat
reaksi berantai atau disebut masa kritis. Kemudian Fermi dan Leo Szilard
menyarankan kemungkinan untuk membuat reaktor uranium pada tahun 1941.
Rancangan mereka dengan meletakan uranium pada tumpukan grafit untuk membuat
frame kotak untuk uranium.
Awal tahun 1942 grup
ilmuwan yang dipimpin oleh Fermi bertemu di Chicago untuk mengembangkan teori
mereka. Kemudian pada November 1942 kontruksi mereka sudah siap untuk memulai
reaktor nuklir pertama di dunia yang kemudian diberi nama Chicago Pile-1. Pada
reaktor mereka menggunakan Cadmium untuk mengontrol reaksi berantai. Cadmium adalah
logam yang bersifat menyerap neutron. Batang cadmium digunakan untuk
mempercepat reaksi nuklir atau melambatkan reaksi nuklir.
Kemudian pada 2 Desember
1942 mereka memulai demonstrasi dari Chicago Pile-1. Fermi memerintakan untuk
mengatur batang cadmium selama beberapa jam hingga tercapa reaksi berantai yang
mandiri. Mereka berhasil membuktikan teori mereka menjadi sebuah teknologi
nyata yang menandai masuknya jaman nuklir.
Reaktor nuklir pertama
hanyalah sebuah permulaan, pada awalnya penelitian difokuskan untuk
mengembangkan senjata yang akan digunakan pada perang dunia ke 2. Penelitian
itu berada di bawah proyek Manhattan. Proyek tersebut menghasilkan 2 bom yang
meledak di Hiroshima dan Nagasaki.
Setelah perang dunia ke
2 pemerintahan Amerika Serikat ingin mengambangkan energi nuklir untuk
perdamaian. Pada tahun 1946 dibentuk Atomic Energy Commision (AEC). AEC
bertugas untuk mengawasi eksperimen Breeder Reactor 1 di Idaho. Kemudian pada
20 Desember 1951 reaktor tersebut menghasilkan energi listrik pertama yang
dihasilkan oleh reaktor nuklir.
Pertengahan 1950an
tujuan utama penelitian nuklir menunjukan bahwa energi nuklir dapat digunakan
untuk memproduksi energi listrik untuk kebutuhan komersial. Pembangkit Listrik
Tenaga Nuklir (PLTN) pertama untuk kebutuhan komersial terletak di
Shippingport, Pennsylvania pada tahun 1957.
Industri PLTN berkembang
pesat pada 1960an. Banyak perusahaan melihat PLTN sebagai sumber energi yang
murah, bersih dan aman. Namun pada 1970an dan 1980an mengalami penurunan karena
isu mengenai keamanan reaktor, limbah nuklir dan masalah lingkungan lainnya.
Pada akhir tahun 1991,
sudah ada 31 negara yang menggunakan energi nuklir untuk kebutuhan komersial.
Pada 1990an mendapati
isu dalam pengembangan energi nuklir antara lain: meningkatkan keamanan dan
standarnya, mengurangi resik ekonomi, mengurangi resik regulasi dan menetapkan
program pembuangan limbah nuklir yang aman.
Untuk memenuhi tuntutan
isu tersebut Departemen energi Amerika Serikat menandatangani kesepakatan untuk
mengembangankan generasi baru PLTN. PLTN ini didesain untuk lebih aman dan
efisien. Selain itu juga untuk mempermudah pembuatan PLTN berdasarkan standar
desain dan kemudahan untuk memperoleh lisensi yang dibutuhkan tanpa mengurangi
standar keamanannya.
Dalam manajemen limbah,
engineer mengembangkan metode baru untuk menyimpan limbah radioaktif yang
diproduksi oleh PLTN. Tujuannya adalah menjauhkan limbah dari lingkungan dan
manusia untuk periode yang sangat lama.
Ilmuwan juga
mengembangkan reaktor nuklir fusi. Reaksi fusi adalah reaksi untuk
menggabungkan atom. Reaksi fusi contohnya adalah energi dari bintang dan
matahari. Di bumi bahan bakar reaksi fusi yang paling menjanjikan adalah
deuterium yang merupakan salah satu isotop hidrogen. Deuterium terdapat pada
air dalam jumlah yang sangat banyak.
Reaksi fusi menghasilkan
radioaktif yang jauh lebih sedikit, sayangnya ilmuwan belum menemukan cara
untuk memproduksi tenaga dari reaksi fusi.
Penelitian mengenai
nuklir juga dikembangkan untuk keperluan medis, industri, ilmu pengetahuan,
makanan dan pertanian. Sebagai contoh radioisotop digunakan untuk mendeteksi
penyakit. Dalam bidang industri nuklir digunakan untuk mendeteksi cacat pada
konstruksi. Dalam arkeologi digunakan untuk menghitung umur satu situs
bersejarah. Selain itu juga digunakan untuk sterilisasi pengepakan makanan.
5. daftar pusaka
http://cahlolok.blogspot.com/2014/12/sejarah-penemuan-energi-nuklir.html
https://id.wikipedia.org/wiki/Energi_nuklir
http://sabatawan33.blogspot.com/2013/05/perkembangan-teori-atom.html
Tidak ada komentar:
Posting Komentar