Pada pembahasan kali ini, kita akan menelusuri sejarah dan perkembangan teori atom dari zaman Democritus hingga teori atom yang lebih modern. Tujuan kita adalah memahami apa yang dimaksud dengan “atom” menurut para ilmuwan di masa lampau, bagaimana ciri-ciri atom itu sendiri, serta mengapa konsep-konsep tersebut akhirnya dirombak dan diperbarui di kemudian hari. Pastikan kalian menyimak dengan seksama, ya!
Pada zaman Democritus, beliau membayangkan bahwa seluruh materi di alam semesta tersusun dari potongan-potongan kecil yang tak terlihat. Walaupun saat itu ia belum bisa melakukan eksperimen ilmiah yang canggih, pemikiran Democritus cukup revolusioner karena mendorong kita untuk bertanya: “Apakah benar ada bagian terkecil dari materi yang tidak bisa dibagi lagi?”
Democritus menyebut potongan-potongan kecil materi ini sebagai “atom”, yang berasal dari kata “atomos” (dalam bahasa Yunani) yang artinya “tidak dapat dipotong”. Bayangkan saja ketika kalian memotong sebuah apel menjadi dua bagian, lalu memotong lagi salah satu bagiannya menjadi dua, dan begitu seterusnya hingga sangat kecil. Democritus berpendapat, pada akhirnya kita akan sampai pada sebuah bagian teramat kecil yang tak dapat dibagi lebih jauh. Itulah yang ia sebut atom.
Menurut Democritus, atom-atom ini:
Berukuran sangat kecil dan tidak kasatmata (tidak terlihat oleh mata telanjang).
Bersifat padat (solid) dan tidak bisa dihancurkan.
Tidak bisa berubah bentuk atau wujud karena sifatnya permanen.
Terpisahkan satu sama lain oleh ruang kosong atau “hampa”.
Democritus juga membayangkan bahwa setiap jenis materi memiliki bentuk atom yang berbeda-beda. Misalnya, atom yang menyusun buah apel akan punya “bentuk apel”, sedangkan roti mempunyai “bentuk roti” versi atomnya. Meskipun secara saintifik kita sekarang tahu bahwa bentuk atom tidak benar-benar mirip seperti itu, pada saat itu, pemikiran Democritus cukup menggugah rasa ingin tahu orang-orang tentang keberagaman bentuk dan sifat materi di alam.
Ia pun mengatakan bahwa kita dapat membedakan atom suatu jenis materi dari jenis yang lain melalui beberapa faktor, yaitu:
Massa atom
Ukuran atom
Bentuk atom
Susunan atom
Posisi atom
Dengan kata lain, atom beras tidak akan bisa diubah menjadi atom besi karena keduanya benar-benar berbeda sifat dan strukturnya. Contoh ini menunjukkan bahwa Democritus telah memiliki gagasan dasar soal keunikan setiap jenis materi.
Sayangnya, konsep Democritus pada waktu itu baru sebatas hipotesis. Ia tidak memiliki alat untuk membuktikan klaimnya secara ilmiah. Dengan keterbatasan teknologi dan kemampuan eksperimen di zamannya, gagasan mengenai atom hanya bisa didukung oleh pemikiran filosofis semata, bukan bukti terukur.
Beratus-ratus tahun kemudian, seorang ilmuwan asal Inggris bernama John Dalton mulai memikirkan kembali gagasan Democritus. Namun, perbedaan besarnya terletak pada pendekatan Dalton yang lebih ilmiah. Ia menciptakan beberapa postulat yang menjadi dasar teori atom modern di masa itu.
Setiap materi, baik padat, cair, maupun gas, terdiri dari partikel kecil yang disebut atom. Dalton membayangkan atom ini seperti bola bulat yang keras dan pejal.
Atom dalam suatu unsur tertentu memiliki massa dan sifat yang sama.
Jika suatu unsur berbeda, maka atomnya pun akan berbeda massa dan sifatnya.
Atom dapat bergabung untuk membentuk senyawa melalui reaksi kimia.
Atom tidak bisa diciptakan ataupun dimusnahkan dalam reaksi kimia biasa.
Pernyataan di atas barangkali terdengar sangat “resmi,” tetapi inilah cikal-bakal teori atom modern. Pada zamannya, teori ini menjadi pondasi kuat untuk memulai eksperimen-eksperimen kimia yang lebih lanjut.
Untuk mempermudah pemahaman, mari kita uraikan postulat Dalton itu dalam bentuk poin-poin:
Massa dan Sifat Identik: Semua atom dari satu jenis unsur sama persis, contohnya semua atom emas mempunyai massa yang sama, semua atom oksigen punya sifat kimia yang mirip, dan seterusnya.
Perbedaan Antarunsur: Jika kita bandingkan atom hidrogen dengan atom oksigen, maka keduanya pasti memiliki massa dan sifat yang berbeda.
Pembentukan Senyawa: Contoh mudahnya, air (H₂O) terbentuk dari 2 atom hidrogen yang bergabung dengan 1 atom oksigen.
Reaksi Kimia: Dalam reaksi kimia, atom-atom hanya disusun ulang (rearrangement). Sehingga, jumlah total atom sebelum dan sesudah reaksi akan tetap sama.
Ketidakterciptakan dan Ketakmusnahan: Atom tidak dapat dibuat atau dihilangkan dari alam melalui reaksi kimia biasa.
Walaupun teori Dalton memberi landasan yang kuat, ternyata ada sejumlah kelemahan yang baru ditemukan setelah teknologi dan ilmu pengetahuan berkembang lebih jauh. Misalnya:
Atom Bukan Partikel Terkecil: Ternyata, ada partikel subatomik seperti elektron, proton, dan neutron yang lebih kecil lagi.
Isotop: Dalam kenyataannya, atom dalam satu unsur yang sama bisa mempunyai massa yang berbeda (misalnya karbon-12 dan karbon-13).
Reaksi Nuklir: Meskipun dalam reaksi kimia biasa atom tidak diciptakan atau dimusnahkan, ada reaksi tertentu (fisi dan fusi) yang dapat mengubah inti atom, sehingga atom baru pun bisa tercipta atau hancur.
Ikatan Kimia: Dalton tidak menjelaskan bagaimana detail atom saling berikatan menggunakan elektron valensi, yang kelak baru dikupas oleh teori-teori setelahnya.
Selain poin-poin di atas, beberapa kelemahan lainnya termasuk:
Kurangnya Penjelasan Mengenai Strukturnya: Jika atom benar-benar bulat dan padat, bagaimana mungkin ada ruang untuk elektron?
Klorin: Contoh isotop klorin (Cl) yang bisa memiliki massa 35 ataupun 37. Ini menunjukkan atom satu unsur tidak selalu bermassa sama.
Penggabungan Inti: Reaksi fusi di Matahari menyatukan inti hidrogen menjadi helium, sehingga jelas atom baru dapat terbentuk.
Setelah Dalton, banyak ilmuwan lain yang mencoba meneliti lebih jauh untuk menyempurnakan konsep atom. Mereka melakukan eksperimen-eksperimen canggih di laboratorium dengan menggunakan alat yang lebih modern.
Seorang ilmuwan bernama J.J. Thomson menemukan bahwa dalam sebuah atom terdapat partikel yang bermuatan negatif, yaitu elektron. Jadi, apa yang semula dianggap “tidak bisa dibagi lagi” ternyata masih bisa “dipecah” lebih jauh. Ia membayangkan atom seperti roti kismis, di mana elektron yang bermuatan negatif tersebar dalam muatan positif. Konsep ini selanjutnya mendorong para ilmuwan lain untuk berkreasi dan merumuskan model atom yang lebih rinci.
Bagaimana teori atom Dalton menjelaskan alasan bahwa jumlah atom di awal dan akhir reaksi kimia akan tetap sama?
Mengapa penemuan partikel subatomik (elektron, proton, neutron) menjadi salah satu kelemahan terbesar teori atom Dalton?
Jawaban Pertama
Menurut teori atom Dalton, reaksi kimia hanya menyusun ulang posisi atom-atom yang ada. Dengan kata lain, tidak ada atom yang benar-benar lenyap atau muncul secara tiba-tiba dalam proses reaksi kimia biasa. Inilah mengapa jumlah atom dan jenis atom di awal dan akhir reaksi selalu sama.
Jawaban Kedua
Penemuan elektron, proton, dan neutron menunjukkan bahwa atom sebenarnya masih dapat dipecah menjadi partikel yang lebih kecil. Hal ini bertentangan dengan salah satu postulat Dalton yang menyatakan bahwa “atom adalah partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi,” sehingga teori Dalton perlu diperbarui menyesuaikan temuan baru tersebut.
Perkembangan teori atom dari Democritus hingga Dalton mengajarkan kita bahwa sains selalu bergerak maju. Meskipun teori Democritus hanya bermula sebagai hipotesis, idenya menginspirasi John Dalton untuk merumuskan teori atom pertama yang “relatif lengkap” di masanya. Namun, penemuan-penemuan baru seperti partikel subatomik (elektron, proton, neutron), adanya isotop, dan reaksi nuklir (fisi dan fusi) memaksa kita untuk memperbarui teori atom menjadi lebih modern dan lebih sesuai dengan kenyataan. Teori ini akan terus berkembang seiring meningkatnya kemampuan kita untuk melakukan percobaan ilmiah. Dengan mempelajari proses ini, kita diingatkan bahwa ilmu pengetahuan bersifat dinamis, dan setiap generasi ilmuwan berkesempatan untuk menemukan pengetahuan baru yang dapat menyempurnakan teori-teori sebelumnya.