ELEKTRONIK DASAR DAN ANLOG DIGITAL

A.      Pengetahuan Dasar Teori Atom

Sejak zaman yunani kuno hingga sekarang, model dan teori atom terus berkembang. Melalui model dan teori atom, kita dapat mengetahui struktur suatu atom. Perkembangan tersebut tidak dapat dilepaskan dari upaya para ilmuwan diantaranya Democritus, John Dalton, J.J. Thomson, Rutherford, Niels Bohr, Schrodinger, de Broglie dan lain sebagainya. Konsep atom ditemukan pertama kali berdasarkan hasil penelitian ilmuwan Barat filsuf Yunani abad 5SM, yaitu sejak tahun 1600 sampai sekitar 1900. Leukippos merupakan orang pertama yang mencetuskan tentang keberadaan atom. Dia bersama Demokritus muridnya mengemukakan bahwa materi terbentuk dari partikel yang tidak dapat terbagi-bagi lagi. Yang kemudian mereka namai dengan sebutan atom (Yunani: atomos = tak terbagi). Atom adalah unit terkecil di mana materi dapat dibagi tanpa pelepasan partikel bermuatan listrik. Ini juga merupakan unit terkecil dari materi yang memiliki sifat karakteristik dari elemen kimia.

Gambar 1.1. Atom

Ukuran Nukleus lebih kecil dan padat bila dibandingkan dengan elektron, yang merupakan partikel bermuatan ringan di alam semesta. Secara alamiah electron tertarik menuju muatan positif oleh kekuatan listrik mereka sendiri. Dalam atom, kekuatan listrik selalu mengikat elektron dalam inti atom (Gambar 1.1). Atom adalah partikel terkecil penyusun materi. Atom terdiri atas beberapa partikel dasar, yaitu elektron, proton, dan neutron. Adanya partikel-partikel inilah yang menyebabkan atom mempunyai sifat listrik, sebab elektron bermuatan negatif, proton bermuatan positif, dan neutron tidak bermuatan.

1.        Perkembangan Struktur Model Atom

Sejarah Model Atom

TEORI ATOM DEMOCRITOS

Atom-atom Democritos merupakan unsur-unsur terkecil yang membentuk realitas. Ukurannya begitu kecil sehingga mata manusia tidak dapat melihatnya. Selain itu, atom juga tidak memiliki kualitas, seperti panas atau manis. Hal itu pula yang membedakan dengan konsep zat-zat Empedokles dan benih-benih dari Anaxagoras. Atom-atom tersebut berbeda satu dengan yang lainnya melalui tiga hal: bentuknya (seperti huruf A berbeda dengan huruf N), urutannya (seperti AN berbeda dengan NA), dan posisinya (huruf A berbeda dengan Z dalam urutan abjad). Dengan demikian, atom memiliki kuantitas belaka, termasuk juga massa. Jumlah atom yang membentuk realitas ini tidak berhingga.

DEMOCRITOS

ATOM MENURUT DEMOCRISTOS

Demokritos adalah seorang filsuf yang termasuk di dalam Mazhab Atomisme. Dia adalah murid dari Leukippos, pendiri mazhab tersebut. Demokritos mengembangkan pemikiran tentang atom sehingga justru pemikiran Demokritos yang lebih dikenal di dalam sejarah filsafat.

Partikel Kecil Tak Dapat Dipecah Lagi: Democritus seorang Filosof Yunani (± 460SM), berpandangan bahwa material terdiri dari partikel-partikel kecil, sedemikian kecilnya sehingga partikel-partikel tersebut tidak dapat dibagi lagi. (Dalam bahasa Yunani “atomos”, dalam bahasa Latin “atomus”, yang artinya tak dapat dibagi. Walaupun pandangan dari teori ini lebih bersifat spekulatif, namun demikian teori ini mampu bertahan sampai ±2000 tahun lamanya Selain sebagai filsuf, Demokritos juga dikenal menguasai banyak keahlian. Sayangnya, karya-karya Demokritos tidak ada yang tersimpan. Demokritos menulis tentang ilmu alam, astronomi, matematika, sastra, epistemologi, dan etika. Ada sekitar 300 kutipan tentang pemikiran Demokritos di dalam sumber-sumber kuno. Sebagian besar kutipan-kutipan tersebut berisi tentang etika.

TEORI ATOM DALTON

Dalton menyatakan bahwa materi terdiri atas atom yang tidak dapat dibagi lagi.
Tiap-tiap unsur terdiri atas atom-atom dengan sifat dan massa identik, dan senyawa terbentuk jika atom dari berbagai unsur bergabung dalam komposisi yang tetap. Temuannya didasarkan pada sebuah eksperimen.

DALTON

ATOM MENURUT DALTON

John Dalton (1766- 1844) adalah seorang guru SMU di Manchester, Inggris. Ia terkenal karena teorinya yang membangkitkan kembali istilah "atom". Dalam buku karangannya yang berjudul New System of Chemical Philosophy ia berhasil merumuskan hal tentang atom sekitartahun 1803.

Setiap Unsur Terdiri Dari Atom Identik: Pada tahun 1803, John Dalton (1766-1844), akhli kimia dan fisika Inggeris, memberikan landasan yang lebih tegas pada teori mengenai atom. Melalui pemahamannya tentang perilaku gas, John Dalton menyatakan bahwa setiap unsure terdiri dari atom-atom identik dan atom dari suatu unsur berbeda beratnya dari semua unsur yang lain. Dalton menghitung berat relatif dari berbagai unsur, yang kemudian disebut berat atom. Dengan dasar teori Dalton, atom digambarkan sebagai kelereng kecil yang halus, licin, keras dan tak dapat dipecah lagi; gambaran seperti ini bertahan sampai akhir abad ke-19.

Teori Atom Dalton: (1) Unsur-unsur terdiri dari partikel-partikel yang luar biasa kecil yang tidak dapat dibagi kembali (disebut atom). Dalam reaksi kimia,mereka tidak dapat diciptakan, dihancurkan atau diubah menjadi jenis unsur yang lain. (2) Semua atom dalam unsur yang sejenis adalah sama dan oleh karena itu memiliki sifat-sifat yang serupa;seperti massa dan ukuran, (3) Atom dari unsur-unsur yang berbeda jenis memiliki sifat-sifat yang berbeda
pula, (4) Senyawa dapat dibentuk ketika lebih dari 1 jenis unsur yang digabungkan, (5) Atom-atom dari 2 unsur atau lebih dapat direaksikan dalam perbandingan-perbandingan yang berbeda untuk menghasilkan lebih dari 1 jenis senyawa.

Kelemahan Teori Atom Dalton: Terbukti ada 2 di antara 5 teorinya yang perlu ditinjau kembali, namun demikian dia tetap dianggap sebagai bapak pencetus teori atom modern. Menurut teori atom Dalton nomor 5, tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia. Kini ternyata dengan reaksi kimia nuklir, suatu atom dapat berubah menjadi atom lain.

MODEL ATOM THOMSON

Setelah ditemukannya elektron oleh J.J Thomson, disusunlah model atom Thomson yang merupakan penyempurnaan dari model atom Dalton. Atom terdiri dari materi bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis.

JJ Thomson

Sejarah Atom Model Thomson

J.J. Thomson (Joseph John Thomson) lahir di Cheetham Hill (pinggiran kota Manchester) pada tanggal 18 Desember 1856. Bidang ilmu yang ditekuni Thomson adalah matematika dan fisika. Dia menjadi anggota Trinity College dan pada tahun 1883 bekerja sebagai Dosen. Pada tahun 1890, dia menikah dengan Rose Elisabeth dan mereka punya satu anak, (Sir George Paget Thomson) dan satu putri. J.J. Thomson meninggal pada tanggal 30 Agustus 1940

Thomson tertarik pada struktur atom, berawal ketika menulis buku tentang Gerak Vortex Rings yang memenangkan Hadiah Adams pada tahun 1884. Penemuan: Pada tahun 1897 fisikawan Inggris Sir J.J. Thomson (1856-1940) menunjukkan bahwa suatu bentuk radiasi, yang disebut sinar katoda, terdiri dari partikelpartikel yang jauh lebih kecil dari atom dan partikel ini mengandung muatan listrik negatif. Partikel-partikel inilah yang kemudian disebut elektron yang merupakan partikel sub-atom yang pertama kali ditemukan. Thomson menyatakan bahwa atom bukanlah partikel terkecil akan tetapi terdiri dari partikel-partikel yang lebih kecil lagi. Ia menggambarkan atom sebagai partikel yang bermuatan positif dengan di sana-sini tertanam partikel lain yang bermuatan negatif (seperti roti kismis). Jumlah partikel yang bermuatan negatif itu adalah sedemikian rupa sehingga keseluruhan atom secara elektris menjadi netral. Sampai saat ini, hasil penemuan J.J. Thomson banyak membantu dan hasil penemuannya digunakan sebagai acuan para fisikawan dalam memahami tentang atom.

Pada tahun 1899, Dia mengukur muatan partikel, dan berspekulasi tentang bagaimana partikel-partikel tersebut berkumpul menjadi atom, sehingga elektron menjadi dikenal sebagai partikel-partikel bermuatan negatif dari unsur atom.

MODEL ATOM RUTHERFORD

Rutherford menemukan bukti bahwa dalam atom terdapat inti atom yang bermuatan positif, berukuran lebih kecil daripada ukuran atom tetapi massa atom hampir seluruhnya berasal dari massa intinya. Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan berada pada pusat atom serta elektron bergerak melintasi inti menyerupai planet dalam tata surya.

Ernest Rutherford

Sejarah Atom Model Rutherford

Ernest Rutherford, dilahirkan di Cambridge 30 Agustus 1871, Spring Grove, NZ. Dia meninggal 19 Oktober 1937, juga di Cambridge, Cambridgeshire, Eng.), Rutherford fisikawan kelahiran Inggris dianggap sebagai pencoba terbesar sejak Michael Faraday (1791 -1867). Rutherford adalah tokoh sentral dalam  studi radioaktif, dan dengan konsep tentang atom nuklir. Dia memimpin eksplorasi fisika nuklir.

Inti Atom Dikelilingi Elektron: Pada awal abad ke- 20, antara 1906-1908 Sir Ernest Rutherford (1871 - 1937) menunjukkan bahwa partikel-partikel yang dipancarkan oleh bahan radioaktif hampir seluruhnya dapat menembus lembaran tipis metal, dan sangat sedikit partikel yang dipantulkan. Kejadian ini membuat Rutherford percaya bahwa sebagian besar dari suatu atom adalah berupa ruang kosong. Rutherford kemudian memberi gambaran bahwa muatan positif atom terkonsentrasi dalam ruang kecil di pusat atom (yang kemudian disebut inti atom) dan dikelilingi oleh elektron-elektron. Inti atom inilah yang memantulkan partikel radioaktif apabila kebetulan partikel ini menabrak inti atom; sementara partikel yang tidak menabrak inti atom akan melewati ruang kosong di sekitar inti atom. Partikel bermuatan positif yang berada dalam inti atom dinamakan proton.

Kelemahan Model Atom Rutherford: (1) Ketidakmampuan untuk menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke inti atom akibat gaya tarik elektrostatis inti terhadap elektron, (2) Menurut teori Maxwell, jika elektron sebagai partikel bermuatan mengitari inti yang memiliki muatan yang berlawanan maka lintasannya akan berbentuk spiral dan akan kehilangan tenaga/energi dalam bentuk radiasi sehingga akhirnya jatuh ke inti.

MODEL ATOM BOHR

Model atom Bohr didasarkan pada teori kuantum untuk menjelaskan spectrum gas hidrogen. Menurut Bohr, spektrum garis menunjukkan bahwa electron hanya menempati tingkat-tingkat energi tertentu dalam atom.

Niels Henrik Bohr

Sejarah Atom Model Bohr

Bohr lahir di Copenhagen, Denmark, pada tanggal 7 Oktober 1885 menikah dengan Margrethe Norlund pada tahun 1912. Dari hasil perkawinannya dikaruniai 6 orang anak laki-laki, dua orang meninggal. Empat anak lainnya  meneruskan jejak dia, dan salah satu dari anaknya menjadi direktur Institute Bohr, dan meninggal di Copenhagen pada tanggal 18 November 1962 dengan usia 77 tahun.

Niels Henrik David Bohr (1885-1962) adalah ahli fisika Denmark sebagai ahli fisika terbesar segala zaman. Untuk memodelkan sebuah atom, dia menemukan “Teori Atom Bohr”, dan “Model Tetes Cairan”. Bohr merupakan ahli fisika setaraf dengan Albert Enstein, Dia juga penerima hadiah nobel di bidang fisika. Bohr bukanlah orang pertama yang menemukan dan mengembangkan struktur model atom. Pada tahun 1911, Dia memperbaiki struktur atom model yang dikemukakan oleh Rutherford. Selain itu, Dia juga mengembangkan penemuan “Teori Kuantum” untuk memperbaiki problem struktur model atom Bohr dari hasil eksperimen sebelumnya. Pada usia 26 tahun dia telah mendapat gelar Doktor dengan judul desertasi ilmiahnya tentang electron logam.

Menurut Bohr, elektron menggelilingi inti atom pada orbit tertentu. Elektron pada orbit luar menentukan sifat-sifat kimia atom. Elektron pada orbit luar dapat berpindah dan melompat ke orbit dalam, peristiwa lompatnya elektron tersebut mengeluarkan berkas cahaya.

Kelemahan Model Atom Niels Bohr: (1) Hanya dapat menerangkan spectrum dari atom atau ion yang mengandung satu elektron dan tidak sesuai dengan pektrum atom atau ion yang berelektron banyak, (2) Tidak mampu menerangkan bahwa atom dapat membentuk molekul melalui ikatan kimia.