Model Atom Rutherford

Jauh pada masa lalu manusia telah menduga bahwa materi, walaupun kelihatannya kontinu, memiliki struktur tertentu pada tingkat mikroskopik diluar jangkauan indera kita. Dugaan ini tidak mengambil bentuk yang nyata hingga kira-kira satu setengah abad yang lalu, sejak waktu itu keberadaan atom dan molekul, partikel materi yang dasar dalam bentuk yang lazim telah dapat ditunjukkan, dan partikel dasar dari atom dan molekul yaitu electron, proton dan neutron telah teridentifikasi dan telah dipelajari. Dalam bab ini dan bab yang akan datang perhatian kita yang utama ialah struktur atom, karena struktur inilah yang bertanggung jawab mengenai hamper semua sifat dan materi yng telah membentuk dunia di sekeliling kita.
Setiap atom terdiri dari sebuah inti kecil yang terdiri dari proton dan neutron dan sejumlah electron pada jarak yang agak jauh. Terdapat desakan kuat pada pikiran kita untuk menganggap electron berputar di sekeliling inti seperti planet mengelilingi matahari, tetapi teori elektromagnetik klasik, menolak kemungkinan terdapatnya orbit elektron yang mantap. Dalam usaha memecahkan kesultan paradox ini, Niels Bohr menerapkan gagasan kuantum pada struktur atomic dalam tahun 1913 untuk mendapatkan model yang tetap memudahkan gambaran mental atom, walaupun ternyata terdapat kekurangan dan harus diganti dengan pemberian mekanika kuantum supaya didapatkan ketelitian dan kegunaan yang lebih besar. Teori Bohr mengenai atom hydrogen sangat berharga untuk dipelajari disebabkan oleh hal tersebut diatas dank arena teori itu menyiapkan transisi yang berharga ke teori kuantum atom yang lebih abstrak.


MODEL ATOM RUTHERFORD
Di akhir abad ke 19, ilmuwan sedang berusaha untuk menemukan apa yang ada di dalam suatu atom. Ini bukan suatu tugas gampang, atom adalah terlalu kecil untuk dilihat dari mikroskop, dan terlalu kecil untuk diperiksa dengan segala hal alat umum. Mereka mengetahui bahwa suatu material dibuat dari atom, tetapi beberapa cara diperlukan untuk saling berhubungan dengannya dengan cara yang akan membuat para ilmuwan memahami bagaimana mereka dibangun.
Walaupun ilmuwan dalam abad kesembilan belas menerima gagasan bahwa unsur kimia terdiri dari atom-atom, mereka tidak mengetahui tentang atom itu sendiri. Penemuan electron pada tahun 1897 dan pengetahuan bahwa semua atom mengandung electron menyiapkan pandangan yang penting mengenai struktur atomic. Elektron mengandung muatan listrik negatif, sedangkan atom muatan listriknya netral, jadi setiap atom harus mengandung cukup materi bermuatan positif untuk mengimbangi muatan negatif elektron-elektronnya.

Thomson's currant bun atomic model

Ketika J.J. Thomson ahli fisika Inggris dalam tahun 1898 mengusulkan bahwa atom merupakan bola bermuatan positif serbasama yang mengandung elektron, hipotesisnya dianggap sangat nalar. Model plum-pudding (model kue) Thomson - disebut demikian karena menyerupai kue yang berkismis – seperti gambar disamping maupun di bawah. Walaupun persoalan tersebut sangat penting, baru 13 tahun kemudian test eksperimental mdel kue ini dilakukan. Eksperimen ini, seperti yang akan kita lihat, memaksa kita untuk meninggalkan model yang kelihatannya berpeluang besar ini, yang tertinggal adalah konsep struktur atomic yang tidak dapat dipahami dari sudut pandang fisika klasik.

Di 1909, dua peneliti dari Ernest laboratorium Rutherford's di Universitas Manchester, Hans Geiger dan Marsden Ernest, menembak suatu berkas cahaya partikel alfa pada suatu kertas emas tipis. Partikel alfa telah dikenali dan dinamai (mereka disebut "sinar alfa") Dimulai dengan suatu dekade yang lebih awal dari Rutherford, ketika salah satu dari jenis radiasi yang disemburkan oleh unsur radioaktif seperti uranium. Yang sedang bergerak cepat dan bermuatan positif (sekarang dikenal sebagai nucleus helium kecepatan tinggi).

The gold-foil experiment

Menurut satu teori populer ketika itu, yaitu teori J. J. Thompson, atom dibangun sepanjang baris roti kismis dengan elektron (partikel unsur yang membawa muatan negatif) sebagai kismis dan dilapisi muatan positif untuk sisa dari roti kismis untuk memelihara keseluruhan secara elektris netral.
Jika model roti kismis adalah benar, masing-masing dari partikel alfa hendaknya menembus lurus melalui selaput emas tipis. Dalam eksperimen Geiger dan Marsden yang terjadi paling banyak adalah pembelokan kecil karena pengaruh lemah dari penyebaran muatan positif (efek dari elektron menjadi diabaikan). Apa yang ditemukan Geiger dan Marsden benar-benar menarik perhatian. Kebanyakan dari partikel alfa tentu saja pergi langsung melalui kertas emas dengan sedikit atau tidak ada penyimpangan. Tetapi suatu pecahan kecil (sekitar satu dibanding sepuluh ribu) yang memantul kembali, berakhir di sisi yang sama ketika berkas cahaya datang. Beberapa dikembalikan hampir sama seperti ketika mereka pergi.
Rutherford menguraikan tentang pantulan kembali ini sebagai peristiwa yang paling tidak masuk akal dalam hidupnya. Ia berkata, "seolah-olah kamu menembakan sebuah kulit kerang setebal 15 inci pada sepotong tisu dan itu kembali dan memukulmu". Pembelokan sangat besar seperti itu bisa berarti hanya satu hal: sebagian dari partikel alfa telah menumbuk konsentrasi muatan positif yang sangat besar. Model atom roti kismis Thomson dimana muatan positif tersebar tipis diatas keseluruhan atom, tidak mempunyai harapan menjelaskan hasil itu. Sebagai gantinya, di 1911, Rutherford menemukan suatu model baru menyangkut atom di mana semua muatan positif dipenuhi di dalam suatu inti kecil, yang sepuluh ribu kali lebih kecil dibanding atom secara keseluruhan. Itu setara dengan sebuah pualam pada pertengahan suatu stadion sepak bola. Elektron banyak, ia mengasumsikan, diletakkan dengan baik di luar inti itu . Pernyataan ini membuat kekaguman dan goncangan semua orang, atom yang mana planet, orang-orang, piano, dan segalanya terbuat dari sesuatu yang hampir seluruh ruangnya kosong.

The Rutherford model of the atom

Berdasarkan kepada fakta eksperimen itu, beliau mengemukan model atomnya yang menyatakan bahwa:

• Hampir semua jisim atom tertumpu dalam satu kawasan yang sangat kecil, berat, dan bermuatan berpositif. Kawasan kecil ini disebut nukleus.
• Nukleus mengandung proton saja.
• Bilangan proton sama dengan bilangan elektron dalam atom
• Kebanyakan bagian dalam atom merupakan bagian kosong.
• Elektron-elektron bergerak dengan cepat mengelilingi pusat nukleus pada jarak yang berlainan.

Model atom yang dikemukakan Rutherford mendapat sanggahan dari ilmuwan lainnya ,seandainya benar bahwa electron electron dalam atom bergerak mengelilingi inti pada orbit orbitnya maka berdasarkan teori gelombang elektromagnetik haruslah electron tersebut memancarkan energi. Dengan demikian energi electron makin mengecil dan lama kelamaan akan habis .Padahal dipihak lain electron bergerak dalam orbit dibawah pengaruh gaya tarik inti sehingga orbit electron akan semakin mengecil (seperti spiral ) dan lama kelamaan akan jatuh ke inti. Hal itu menunjukkan bahwa atom itu tidak stabil ,padahal pada kenyataannya tidak ada atom yang strukturnya ambruk. Bila kenyataannya electron dalam atom bergerak mengelilingi inti dengan orbit yang semakin mengecil mendekati inti maka seharusnya atom akan memancarkan spectrum energi yang kontinyu. Pada kenyataannya fakta eksperimen yang dilakukan oleh Balmer dan kawan kawan menunjukan bahwa spectrum atum itu diskrit. Dua hal itulah yang menjadi keberatan dari model atom Rutherford ,dan Rutherford sendiri tidak bisa memberikan jawaban atas permasalahan tersebut.