Partikel Penyusun Atom, Perkembangan Teori Atom, dan Pemanfaatannya

KITA mengetahui bahwa molekul air tersusun atas dua atom hidrogen (H) dan satu atom oksigen (O). Walaupun atom merupakan unit terkecil penyusun molekul, materi yang sudah sangat kecil ini ternyata tersusun atas bagian yang lebih kecil lagi yang disebut partikel subatom. 

Bagaimana kita tahu bahwa atom tersusun atas partikel-partikel subatom? Perhatikan warna lampu pada gambar di Bawah ini. Tiap-tiap lampu tersebut mengandung gas mulia, berturut-turut helium (He), neon (Ne), argon (Ar), kripton (Kr), dan xenon (Xe).

Keterangan gambar: Warna lampu yang berisi gas mulia Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Kripton (Kr), dan Xenon (Xe).

Melansir dari Buku Ilmu Pengetahuan Alam/Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Untuk SMP/MTs Kelas IX Semester 2 yang ditulis Siti Zubaidah dkk, lampu-lampu tersebut mengeluarkan cahaya yang berwarna-warni setelah dialiri arus listrik. Gas-gas yang dilewati oleh aliran listrik tersebut berpendar sehingga menghasilkan cahaya yang berwarna warni. Cahaya itu muncul karena ada loncatan elektron-elektron yang terdapat di dalam atom-atom gas.

Baca juga : Hubungan Partikel dengan Atom dan Molekul dalam Benda

Contoh lain ialah kembang api. Apakah kamu melihat cahaya yang berwarna-warni dari kembang api? Mengapa cahaya yang muncul berwarna-warni? Jika cahaya lampu muncul akibat adanya aliran listrik, cahaya pada kembang api itu dihasilkan akibat terbakarnya unsur-unsur yang terdapat dalam kembang api tersebut. 

Itu seperti proses pembentukan cahaya yang berwarna-warni pada lampu. Ketika kembang api dibakar akan membuat temperatur unsur penyusun kembang api semakin tinggi. Akibatnya, elektron berpindah dari kulit atom satu ke kulit atom yang lain. Perpindahan elektron ini disertai dengan cahaya dengan warna tertentu yang spesifik pada setiap unsur. 

Baca juga : Dampak Negatif Bioteknologi dan Rangkuman Pemanfaatannya

Tahukah kamu apakah kulit atom itu? Atom tersusun atas partikel-partikel penyusun atom atau partikel subatom, yaitu neutron (n), proton (p), dan elektron (e). Neutron dan proton membentuk inti atom. Elektron menempati kulit-kulit atom yang ada di sekitar inti atom. Elektron-elektron tersebut bergerak mengelilingi inti dengan kecepatan tinggi membentuk awan elektron. 

Elektron dan proton merupakan partikel subatom yang punya muatan berlawanan. Sedangkan neutron tidak bermuatan. Elektron memiliki muatan negatif sedangkan proton memiliki muatan positif. 

Baca juga : Aplikasi Bioteknologi Kesehatan: Antibiotik, Vaksin, Insulin Sintetis, Antibodi Monoklonal

 

Keterangan gambar: Model atom Helium (He).

Pada atom netral, jumlah proton sama dengan jumlah elektron. Tiap-tiap partikel penyusun subatom tersebut punya massa. Elektron mempunyai massa sangat kecil dibandingkan dengan massa proton dan neutron. Oleh sebab itu massa atom akan terpusat pada inti atom saja atau ditentukan oleh jumlah proton dan jumlah neutronnya. 

Baca juga : Bioteknologi Peternakan, Lingkungan, Forensik: Kloning, Bioremediasi, Sidik DNA

Perkembangan teori atom

Para ilmuwan telah mempelajari atom sejak ratusan tahun lalu. Para ilmuwan tersebut mengemukakan teori-teori tentang atom. Teori yang satu akan runtuh atau ditolak ketika ada data atau fakta baru yang ditemukan tentang atom sehingga melahirkan teori atom yang baru. Berikut merupakan perkembangan teori atom.

Keterangan tabel: Perkembangan teori atom.

Teori atom yang paling baru adalah teori atom mekanika gelombang. Teori ini akan kamu pelajari ketika kamu menempuh pendidikan di sekolah menengah atas. Berdasarkan teori atom Bohr dapatkah kamu menjelaskan bagaimana lampu yang berisi gas mulia yang berbeda dapat menghasilkan cahaya yang berwarna-warni? Begitu juga, bagaimana terbentuknya cahaya warna-warni dari kembang api? 

Menurut Bohr, atom punya kulit-kulit atom tempat elektron bergerak mengelilingi inti atom. Kulit atom yang paling dekat dengan inti atom punya energi paling rendah. Kulit atom yang lebih jauh dari inti atom punya energi yang lebih tinggi. Elektron yang berada pada kulit atom paling dalam dapat berpindah ke kulit atom yang lebih luar bila menyerap energi dari luar atom. Energi itu dapat berasal dari panas pembakaran atau dari energi listrik yang melewati atom-atom tersebut. Elektron yang terletak pada kulit atom paling luar akan mendapatkan gaya tarik yang lemah dari inti atom. 

Oleh karena itu elektron pada kulit atom paling luar mudah lepas dari kulit itu, sehingga atom dapat kehilangan elektron. Bila jumlah elektron dan jumlah proton dalam suatu atom tidak sama, atom tersebut akan bermuatan atau menjadi ion. Proses pembentukan ion disebut ionisasi. Tahukah kamu, elektron-elektron yang ada pada kulit atom paling luar punya peranan yang sangat penting pada pembentukan ikatan kimia antaratom dalam suatu molekul?

Baca juga : Partikel Penyusun Atom, Perkembangan Teori Atom, dan Pemanfaatannya

Mikroskop elektron

Pernahkah kamu mendengar mikroskop elektron? Mikroskop elektron adalah alat yang dapat digunakan untuk melihat benda yang berukuran sangat kecil, semisal virus atau organel sel. 

Mikroskop ini dapat melakukan perbesaran dari 1.000 hingga 1 juta kali. Mikroskop elektron berbeda dengan mikroskop cahaya yang memiliki perbesaran maksimal 1.000 kali. 

Keterangan gambar: Protozoa dari genus Didinium yang sedang memakan Paramecium: (a) Gambar yang dihasilkan oleh mikroskop cahaya (perbesaran 160 x), (b) Gambar yang dihasilkan oleh mikroskop elektron (perbesaran 425 x).

Pada mikroskop elektron, berkas elektron digunakan sebagai pengganti cahaya. Kemampuan perbesaran mikroskop elektron diakibatkan oleh pendeknya panjang gelombang elektron. Panjang gelombang elektron sekitar 100.000 kali lebih kecil dibandingkan panjang gelombang cahaya tampak. 

Keterangan gambar: Mikroskop elektron jenis SEM (Scanning Electron Microscope) di Universitas Negeri Malang.

Perbedaan panjang gelombang juga mengakibatkan gambar yang dihasilkan oleh mikroskop elektron selalu berupa gambar hitam dan putih. Meskipun hasil gambar dari mikroskop elektron berupa gambar hitam putih, tetapi gambar tersebut dapat diberi warna secara buatan untuk menekankan suatu bagian secara rinci. Pada  mikroskop elektron tidak digunakan lensa kaca, tetapi digunakan lensa elektromagnetik untuk memfokuskan berkas elektron pada objek yang diamati.

Baca juga : Pengertian Nomor Atom dan Nomor Massa serta Penulisannya

Sinar-X

Pernahkah kamu mendengar sinar-X atau sinar Rontgen? Sinar-X digunakan untuk mendiagnosis atau menganalisis penyakit, biasanya untuk melihat daerah patah tulang dan paru-paru. 

Sebenarnya apa itu sinar-X?  Sinar-X pertama kali ditemukan oleh Wilhelm C. Roentgen pada 1895. Dia menemukan bahwa ketika elektron yang memiliki energi tinggi menabrak suatu material seperti gelas, material tersebut akan memancarkan radiasi (energi yang dialirkan dalam bentuk gelombang elektromagnet atau partikel subatom) yang dapat menembus benda yang tidak dapat ditembus cahaya biasa. 

Keterangan gambar: Foto hasil Roentgen untuk melihat: (a) Tulang lengan atas yang patah, (b) Kondisi tulang lengan atas setelah penyambungan.

Radiasi itu diberi nama sinar-X. Sinar-X merupakan radiasi elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang pendek (10-10 m) dan dihasilkan dari elektron-elektron yang tereksitasi dalam atom yang kemudian meloncat dari kulit atom luar ke kulit atom yang lebih dalam. Roentgen juga menunjukkan bahwa sinar-X dapat membuat plat film dan menghasilkan gambar dari objek yang tidak tembus pandang.

Saat ini sinar–X merupakan suatu sinar yang sangat penting untuk mendiagnosis suatu penyakit. Sinar-X juga dapat digunakan untuk menganalisis struktur molekul suatu senyawa yang berbentuk kristal. Teknik ini dikenal dengan kristalografi. (Z-2)