Atom, Dari mekanika klasik sampai mekanika quantum

     Sejak awal abad ke 19 rasa ingin tahu manusia yang membawa ilmu pengetahuan tentang materi ke tingkat ukuran yang main kecil terlihat makin berkembang. Hal tersebut membuat pemahaman manusia tentang alam semesta menjadi lebih cerah dari skala terkecil (subatomik) sampai terbesar (ex:quasar). Penelitian terus menerus selama kurang lebih 2 abad telah mengkolaborasikan ilmu-ilmu fisika dan kimia yang melibatkan ilmuwan-ilmuwan ternama diseluruh dunia yang pada saat itu mereka yakin penelitian atom akan membawa manfaat bagi manusia di masa yang akan datang. Dan saat ini perkembangan ilmu atom mulai menampakkan  banyak manfaat bagi manusia dengan penggunaan reaksi nuklir sebagai pembangkit tenaga listrik yang efisien sampai pembuatan chip mikroprosessor yang semakin cepat dan ukuran yang lebih kecil.
     Di tulisan ini saya akan mencoba menuliskan sejarah yang mungkin dapat menjelaskan sedikit tentang atom, bagaimana atom dari zaman mekanika klasik sampai model atom modern yang kita pelajari saat ini (mekanika kuantum) dan bagaimana struktur atom tersebut dapat membawa kita ke pemanfaatan teknologi yang lebih tinggi.

ASAL PEMAHAMAN ATOM SEBAGAI PARTIKEL TERKECIL 

 Democritus 340-460 B.C.

     Pemahaman modern tentang atom melibatkan banyak bidang ilmu fisika dan kimia. Ide tentang atom sendiri datang dari seorang philosophi yunani kuno Democritus 460 tahun sebelum masehi. Democritus mengatakan bahwa semua benda tersusun oleh atom secara fisik bukan secara geometri dan tidak dapat dibagi-bagi. Atom tidak dapat dihancurkan juga terbagi-bagi, dan ada banyak jenis-jenis atom yang berbeda ukuran dan berat. Democritus, bersama-sama Leucippus dan Epicurus mendeskripsikan bentuk dan koneksi antar atom. Mereka berpendapat, atom dari besi pada dan kuat dengan kait yang mengikat satu sama lain, atom air lembut dan licin, atom garam karena rasanya tajam maka bentuknya tajam dan runcing, atom udara ringan dan berputar dan dapat meresap ke materi lainnya. Menggunakan analogi dari pengalaman indera, ia memberikan gambar dari sebuah atom yang membedakan mereka dari satu sama lain berdasarkan bentuk, ukuran mereka, dan susunan bagian-bagiannya. Selain itu, hubungan tiap atom dijelaskan di mana atom tunggal disertakan dengan keterangan tambahan yaitu beberapa dari mereka memiliki kait danyang lain ada yang berbentuk bola dan soket. Atom menurut demokrius adalah solid dan berinteraksi secara mekanik. Sebaliknya, atom menurut kuantum mekanik modern berinteraksi melalui medan gaya listrik dan magnetik dan jauh dari kata padat.


AWAL PERKEMBANGAN MODEL ATOM MODERN (MEKANIKA KLASIK)

     Pada tahun 1808, seorang guru sekolah Inggris sekaligus ilmuwan bernama John Dalton mengusulkan teori atom modern. Teori atom ini dibuat menggunakan analogi tumpukan klip kertas. Teori atom modern menyatakan sebagai berikut:

•      Setiap elemen terbuat dari atom (tumpukan klip kertas).

•      Semua atom dari setiap elemen adalah sama (semua klip kertas dalam tumpukan tersebut memiliki ukuran dan warna yang sama).

•      Jenis atom tiap elemen berbeda berbeda (ukuran, sifat) (seperti ukuran dan warna dari klip kertas yang berbeda).

•      Atom elemen yang berbeda dapat bergabung untuk membentuk senyawa (Anda dapat menghubungkan berbagai ukuran dan warna dari klip kertas bersama-sama untuk membuat struktur baru).

•      Dalam reaksi kimia, atom tidak dibuat, hancur, atau berubah (tidak ada klip kertas baru muncul, ada klip kertas tersesat dan tidak ada kertas klip perubahan dari satu ukuran / warna ke warna lain).

•      Dalam senyawa apapun, jumlah dan jenis atom tetap sama (jumlah dan jenis klip kertas yang Anda mulai dengan adalah sama seperti ketika Anda selesai).

     Teori atom Dalton membuat suatu prinsip dasar ilmu kimia pada saat itu. Dalton membayangkan atom sebagai bola kecil dengan kait pada mereka. Dengan kait tersebut, satu atom dapat bergabung dengan yang lain dalam proporsi tertentu. Tetapi beberapa elemen bisa bergabung untuk membuat senyawa yang berbeda (misalnya, hidrogen oksigen bisa membuat air atau hidrogen peroksida). Jadi, dia tidak bisa mengatakan apa-apa tentang jumlah setiap atom dalam molekul zat-zat tertentu. Apakah air memiliki satu oksigen dengan satu hidrogen atau satu oksigen dengan dua atom hidrogen? Pertanyaan ini diselesaikan ketika ahli kimia menemukan cara untuk menimbang massa atom.

Amadeo Avogadro (1811): Menghitung Massa Molekul Elementer (atom) dan proporsinya dalam suatu kombinasi molekul
     Di awal abad ke 19, atom dan molekul belum dapat terdefinisikan dengan jelas dan para chemist ada yang menggunakan istilah atom atau molekul dengan menganggap tidak ada perbedaan antara keduanya. 
Sampai pada tahun 1811 Amadeo Avogadro seorang berkebangsaan perancis mengemukakan essay untuk menentukan massa atom dan proporsinya dalam senyawa. Adapun bunyi hipotesisnya adalah ;

"Gas-gas yang memiliki volum yang sama, pada temperatur dan tekanan yang sama, memiliki jumlah partikel yang sama pula."

Bunyi hipotesis tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut :
Misal senyawa air dapat dibentuk dengan mengalirkan gas hidrogen dan gas hidrogen kedalam suatu wadah tertutup dimana kedua gas memiliki tekanan yang sama dan suhu yang sama. Didapatkan bahwa untuk mendapatkan 3 liter air maka dibutuhkan mereaksikan 1 liter gas oksigen dan 2 liter gas hidrogen.

.