Atom: Definisi, Struktur dan Model Atom

Apakah itu Atom? Artikel ini akan membincangkan definisi, struktur dan Model Atom yang anda perlu ketahui secara asas dan sedikit mendalam

Apa itu atom?

Atom adalah unit terkecil bagi jirim yang mengekalkan kesemua sifat-sifat kimia bagi sesuatu unsur. Apabila atom bergabung, ia akan membentuk molekul yang kemudiannya berinteraksi untuk membentuk pepejal, gas, dan cecair. Sebagai contoh, air terhasil apabila atom hidrogen dan atom oksigen bergabung lalu membentuk molekul air.

Zarah atom.

Atom terdiri daripada tiga zarah yang asas, iaitu proton, elektron dan neutron. Nukleus yang terletak di tengah-tengah badan atom mengandungi proton (cas positif) dan neutron (tiada cas). Bahagian terluar atom dikenali sebagai cengkerang elektron. Ia mengandungi elektron (cas negatif). Sifat-sifat atom berbeza-beza antara satu sama lain mengikut susunan dan nombor proton, elektron dan neutron masing-masing.

Sebagai contoh, atom hidrogen mengandungi hanya satu proton, satu elektron dan tiada neutron. Perkara ini boleh ditentukan menggunakan nombor atom dan nombor jisim sesuatu unsur.

Jisim atom

Proton dan neutron mempunyai jisim yang lebih kurang sama, sekitar 1.67 × 10^-24 gram yang juga dikenali sebagai 1 unit jisim atom (amu) atau 1 Dalton. Walaupun mempunyai jisim yang sama, proton adalah cas positif manakala neutron tidak mempunyai sebarang cas.

Maka, nombor neutron di dalam sesebuah atom melambangkan jisimnya tetapi bukan cas. Untuk elektron pula, jisimnya jauh lebih ringan daripada proton, 9.11 × 10^-28 gram atau sekitar 1/1800 amu. Dengan itu, ia tidak menyumbang banyak kepada jisim keseluruhan sesuatu atom.

Apabila berbicara tentang jisim atom, adalah normal untuk mengabaikan jisim elektron dan hanya menggunakan nombor proton dan neutron sahaja untuk mengira jisim atom. Elektron memberi sumbangan yang besar kepada cas bagi sesuatu atom, kerana setiap elektron mempunyai cas negatif yang sama dengan cas positif proton.

Para saintis sepakat menamakan cas-cas tersebut sebagai “+1” and “-1”. Di dalam zarah yang tidak bercas, iaitu atom yang neutral, nombor elektron yang mengelilingi nukleus adalah bersamaan dengan nombor proton yang terdapat di dalam nukleus. Di dalam atom tersebut, cas positif dan negatif akan menyingkirkan antara satu sama lain menjadikan atom tidak mempunyai sebarang cas.

Model atom

Ketika abad ke-18 dan 19, banyak saintis membuat percubaan untuk menerangkan tentang struktur atom dengan bantuan model atom. Setiap model tersebut mempunyai kelebihan dan kekurangan yang tersendiri dan penting bagi pembangunan model atom moden. Antara model yang paling terkenal ialah model yang diperkenalkan oleh saintis yang bernama John Dalton, J.J. Thomson, Ernest Rutherford dan Niels Bohr.

1. Teori atom Dalton

Seorang ahli kimia yang berasal daripada England bernama John Dalton telah mencadangkan bahawa kesemua jirim diperbuat daripada atom, yang mana ia tidak boleh dipisahkan juga tidak boleh dimusnahkan. Dalton juga berpendapat bahawa kesemua atom bagi satu unsur adalah sama, tetapi atom daripada unsur berbeza mempunyai saiz dan jisim yang berbeza. Menurut teori atom Dalton, tindak balas kimia akan melibatkan penyusunan semula atom untuk membentuk produk. Berdasarkan postulat yang dikemukakan oleh Dalton, struktur atom terdiri daripada atom, zarah yang terkecil yang bertanggungjawab untuk tindak balas kimia berlaku.

Postulat-postulat teori atom Dalton;

Setiap jirim diperbuat daripada atom.
Atom tidak boleh dipisahkan.
Satu unsur hanya mempunyai satu jenis atom di dalamnya.
Setiap atom mempunyai jisim tetap yang berbeza-beza mengikut unsur.
Atom mengalami proses penyusunan semula ketika tindak balas kimia berlaku.
Atom tidak boleh dicipta atau dimusnahkan tetapi boleh diubah dari satu bentuk kepada yang lain.

Teori atom Dalton berjaya menjelaskan tentang hukum tindak balas kimia.

Kelemahan teori Dalton

Walaubagaimanapun, terdapat beberapa kelemahan yang didapati di dalam teori Dalton, antaranya ialah;

Teori Dalton tidak dapat menerangkan tentang kewujudan isotop
Tiada penjelasan tentang struktur atom dapat dikemukakan
Saintis dapat membuktikan bahawa zarah di dalam atom boleh dipisahkan.

2. Model atom Thomson

Seorang ahli kimia Inggeris bernama Joseph John Thomson telah memperkenalkan model atomnya pada awal tahun 1900 yang dikenali sebagai model atom Thomson yang kemudiannya dianugerahkan hadiah Nobel atas penemuan ‘elektron’ melalui eksperimen sinar katod.

Berdasarkan eksperimen tersebut, berikut adalah beberapa kesimpulan ringkas yang dapat disimpulkan;

Thomson menggambarkan struktur atom sebagai sfera bermuatan positif yang mana di dalamnya tertanam dengan eletron bercas negatif.
Struktur atom Thomson menyatakan bahawa kedua-dua cas positif dan negatif mempunyai magnitud yang sama.

Walau bagaimanapun, struktur atom Thomson juga mempunyai had yang tersendiri. Model atom Thomson tidak menerangkan dengan jelas tentang kestabilan atom. Selain itu, kajian dan penemuan lebih lanjut mengenai zarah subatomik lain, tidak dapat diletakkan di dalam model atomnya.

3. Teori atom Rutherford

Rutherford yang juga merupakan anak didik kepada Thomson telah mengubah suai struktur atom dengan penemuan satu lagi zarah subatom yang dipanggil sebagai nukleus. Selepas melakukan kajian yang terperinci, Rutherford telah mengemukakan struktur atomnya sendiri seperti berikut;

Kedudukan nukleus terletak di tengah-tengah atom, di mana tempat hampir semua cas dan jisim berpusat.
Struktur atom berbentuk sfera.
Elektron berpusing mengelilingi orbit dalam bentuk bulatan.

Seperti struktur-struktur atom yang lain, model atom Rutherford juga mempunyai had. Antaranya ialah;

Jika elektron harus berpusing mengelilingi nukleus, ia akan menggunakan tenaga dan itu akan melawan daya tarikan yang kuat daripada nukleus. Banyak tenaga perlu digunakan oleh elektron dan akhirnya, kesemua tenaga akan hilang dan akan terjatuh ke dalam nukleus. Maka, Rutherford juga tidak menjelaskan tentang kestabilan atom.
Jika elektron berterusan mengelilingi nukleus, maka jenis spektrum yang sepatutnya wujud adalah spektrum berterusan. Tetapi, realitinya, yang dilihat adalah spektrum garis.

4. Teori atom Bohr

Neils Bohr memperkenalkan model atomnya pada tahun 1915. Model ini adalah model atom yang paling banyak digunakan untuk menerangkan tentang struktur atom bagi sesebuah unsur.

Berikut adalah postulat bagi teori atom Bohr;

Elektron di dalam atom terletak di dalam orbit yang tersendiri.
Paras tenaga bagi cengkerang elektron boleh diwakilkan oleh nombor kuantum.
Elektron boleh melompat ke tahap yang lebih tinggi dengan cara menyerap tenaga dan turun ke tahap tenaga yang lebih rendah dengan cara melepaskan tenaga.
Asalkan elektron kekal berada di tempatnya, tiada penyerapan atau pelepasan tenaga akan berlaku.
Elektron berpusing sekitar nukleus di dalam orbitnya sahaja.
Tenaga di dalam orbit adalah dikuantifikasikan.

Terdapat beberapa had bagi teori atom Bohr, antaranya ialah;

Struktur atom Bohr ini hanya boleh diaplikasikan kepada spesies elektron tunggal seperti He⁺, Li²⁺, Be³⁺dan lain-lain lagi.
Apabila spektrum pelepasan hidrigen diperhatikan di bawah spektrometer yang lebih tepat, setiap garisan spektrum adalah gabungan beberapa garisan yang berbeza.
Kedua-dua kesan Stark dan Zeeman tidak dapat diterangkan menggunakan teori Bohr.

Rujukan

Lumen Boundless Chemistry (2021). The Structure of Atom.
Akash Byju’s (2021). Atomic Structure.