FISIKA - Teori Atom

Model Atom Mekanika Kuantum

Penjelasan tentang struktur atom yang lebih lengkap diperlukan untuk mengetahui struktur yang lebih detil tentang elektron di dalam atom. Model atom yang lengkap harus dapat menerangkan misteri efek Zeeman dan sesuai untuk atom berelektron banyak. Dua gejala ini tidak dapat diterangkan oleh model atom Bohr.

Efek Zeeman

Spektrum garis atomik teramati saat arus listrik dialirkan melalui gas di dalam sebuah tabung lecutan gas. Garis-garis tambahan dalam spektrum emisi teramati jika atom-atom tereksitasi diletakkan di dalam medan magnet luar. Satu garis di dalam spektrum garis emisi terlihat sebagai tiga garis (dengan dua garis tambahan) di dalam spektrum apabila atom diletakkan di dalam medan magnet. Terpecahnya satu garis menjadi beberapa garis di dalam medan magnet dikenal sebagai efek Zeeman.

pemisahan garis spektrum atomik di dalam medan magnet

Efek Zeeman tidak dapat dijelaskan menggunakan model atom Bohr. Dengan demikian, diperlukan model atom yang lebih lengkap dan lebih umum yang dapat menjelaskan efek Zeeman dan spektrum atom berelektron banyak.

Model Atom Mekanika Kuantum

Sebelumnya kita sudah membahas tentang dualisme gelombang-partikel yang menyatakan bahwa sebuah objek dapat berperilaku baik sebagai gelombang maupun partikel. dalam skala atomik, elektron dapat kita tinjau sebagai gejala gelombang yang tidak memiliki posisi tertentu di dalam ruang. Posisi sebuah elektron diwakili oleh kebolehjadian atau peluang terbesar ditemukannya elektron di dalam ruang.

Demi mendapatkan penjelasan yang lengkap dan umum dari struktur atom, prinsip dualisme gelombang-partikel digunakan. Di sini gerak elektron digambarkan sebagai sebuah gejala gelombang. Persamaan dinamika Newton yang sedianya digunakan untuk menjelaskan gerak elektron digantikan oleh persamaan Schrodinger yang menyatakan fungsi gelombang untuk elektron. Model atom yang didasarkan pada prinsip ini disebut model atom mekanika kuantum.

posisi dan keberadaan elektron di dalam atom dinyatakan sebagai peluang terbesar elektron di dalam atom

Persamaan Schrodinger untuk elektron di dalam atom dapat memberikan solusi yang dapat diterima apabila ditetapkan bilangan bulat untuk tiga parameter yang berbeda yang menghasilkan tiga bilangan kuantum. Ketiga bilangan kuantum ini adalah bilangan kuantum utama, orbital, dan magnetik. Jadi, gambaran elektron di dalam atom diwakili oleh seperangkat bilangan kuantum ini.

Bilangan Kuantum Utama

Dalam model atom Bohr, elektron dikatakan berada di dalam lintasan stasioner dengan tingkat energi tertentu. Tingkat energi ini berkaitan dengan bilangan kuantum utama dari elektron. Bilangan kuantum utama dinyatakan dengan lambang n sebagaimana tingkat energi elektron pada lintasan atau kulit ke-n. untuk atom hidrogen, sebagaimana dalam model atom Bohr, elektron pada kulit ke-n memiliki energi sebesar

Adapun untuk atom berelektron banyak (terdiri atas lebih dari satu elektron), energi elektron pada kulit ke-n adalah

Dimana Z adalah nomor atom. Nilai-nilai bilangan kuantum utama n adalah bilangan bulat mulai dari 1.

n = 1, 2, 3, 4, ….

Bisa dikatakan bahwa bilangan kuantum utama berkaitan dengan kulit elektron di dalam atom. Bilangan kuantum utama membatasi jumlah elektron yang dapat menempati satu lintasan atau kulit berdasarkan persamaan berikut.

Jumlah maksimum elektron pada kulit ke-n adalah 2n²

Bilangan Kuantum Orbital

Elektron yang bergerak mengelilingi inti atom memiliki momentum sudut. Efek Zeeman yang teramati ketika atom berada di dalam medan magnet berkaitan dengan orientasi atau arah momentum sudut dari gerak elektron mengelilingi inti atom. Terpecahnya garis spektum atomik menandakan orientasi momentum sudut elektron yang berbeda ketika elektron berada di dalam medan magnet.

Tiap orientasi momentum sudut elektron memiliki tingkat energi yang berbeda. Meskipun kecil perbedaan tingkat energi akan teramati apabila atom berada di dalam medan magnet. Momentum sudut elektron dapat dinyatakan sebagai

Dimana

Bilangan l disebut bilangan kuantum orbital. Jadi, bilangan kuantum orbital l menentukan besar momentum sudut elektron. Nilai bilangan kuantum orbital l adalah

l = 0, 1, 2, 3, … (n – 1)

misalnya, untuk n = 2, nilai l yang diperbolehkan adalah l = 0 dan l = 1.

Bilangan Kuantum Magnetik

Momentum sudut elektron L merupakan sebuah vektor. Jika vektor momentum sudut L diproyeksikan ke arah sumbu yang tegak atau sumbu-z secara tiga dimensi akan didapatkan besar komponen momentum sudut arah sumbu-z dinyatakan sebagai L_z. bilangan bulat yang berkaitan dengan besar L_zm. bilangan ini disebut bilangan kuantum magnetik. Karena besar L_z bergantung pada besar momentum sudut elektron L, maka nilai m juga berkaitan dengan nilai l. adalah

m = −l, … , 0, … , +l

misalnya, untuk nilai l = 1, nilai m yang diperbolehkan adalah −1, 0, +1.

Bilangan Kuantum Spin

Bilangan kuantum spin diperlukan untuk menjelaskan efek Zeeman anomali. Anomali ini berupa terpecahnya garis spektrum menjadi lebih banyak garis dibanding yang diperkirakan. Jika efek Zeeman disebabkan oleh adanya medan magnet eksternal, maka efek Zeeman anomali disebabkan oleh rotasi dari elektron pada porosnya. Rotasi atau spin elektron menghasilkan momentum sudut intrinsik elektron. Momentum sudut spin juga mempunyai dua orientasi yang berbeda, yaitu spin atas dan spin bawah. Tiap orientasi spin elektron memiliki energi yang berbeda tipis sehingga terlihat sebagai garis spektrum yang terpisah.

garis spektra atom yang terpisah di dalam medan magnet berasal dari spin elektron

Spin elektron diwakili oleh bilangan kuantum tersendiri yang disebut bilangan kuantum magnetik spin (atau biasa disebut spin saja). Nilai bilangan kuantum spin hanya boleh satu dari dua nilai +½ atau −½. jika m_s adalah bilangan kuantum spin, komponen momentum sudut arah sumbu-z dituliskan sebagai

S_z = m_sћ

Dimana

Spin ke atas dinyatakan dengan

Spin ke bawah dinyatakan dengan

Atom Berelektron Banyak

Model atom mekanika kuantum dapat digunakan untuk menggambarkan struktur atom untuk atom berelektron banyak. Posisi atau keadaan elektron di dalam atom dapat dinyatakan menggunakan seperangkat (empat) bilangan kuantum. Misalnya, elektron dengan bilangan kuantum n = 2, l = 1, m = −1 dan m_s = −½ menyatakan sebuah elektron pada kulit L, subkulit p, orbital −1 dengan arah spin ke bawah.

Proses Kejadian Manusia (Biologi, Fisika, dan Kimia dalam Al-Qur'an)

oleh K.H. Bahaudin mudhary*

"Di kitab Al-Qur'an ada menyebutkan bahwa asal kejadian manusia terdiri dari 7 (tujuh) macam kejadian. Agar diketahui juga oleh saudara-saudara yang hadir disini, saya sebutkan susunan ayat-ayatnya satu demi satu"

1. Di Surat Ar Rahman ayat 14: "Dia (Allah) menjadikan manusia seperti tembikar, (tanah yang dibakar)." Yang dimaksudkan dengan kata "Shal-shal" di ayat ini ialah: Tanah kering atau setengah kering yakni "Zat pembakar" atau Oksigen.

2. Di ayat itu disebutkan juga kata "Fakhkhar," yang maksudnya ialah "Zat Arang" atau Carbonium.

3. Di surat Al Hijr, ayat 28: "Dan ingatlah ketika Tuhanmu berfirman kepada malaikat; sesungguhnya Aku (Allah) hendak menciptakan seorang manusia (Adam) dari tanah kering dan lumpur hitam yang berbentuk (berupa)." . Di ayat ini. Tersebut juga "shal-shal," telah saya terangkan, sedangkan kata "Hamaa-in" di ayat tersebut ialah "Zat Lemas" atau Nitrogenium.

4. Di surat As Sajadah ayat 7: "Dan (Allah) membuat manusia berasal dari pada 'tanah'." Yang dimaksud dengan kata "thien" (tanah) di ayat ini ialah "Atom zat air" atau Hidrogenium.

5. Di Surat Ash Shaffaat ayat 11: "Sesungguhnya Aku (Allah) menjadikan manusia dari pada Tanah Liat." Yang dimaksud dengan kata "lazib" (tanah liat) di ayat ini ialah "Zat besi" atau ferrum.

6. Di Surat Ali Imran ayat 59: "Dia (Allah) menjadikan Adam dari tanah kemudian Allah berfirman kepadanya 'jadilah engkau,' lalu berbentuk manusia." Yang dimaksud dengan kata "turab" (tanah) di ayat ini ialah: "Unsur-unsur zat asli yang terdapat di dalam tanah" yang dinamai "zat-zat anorganis."

7. Di surat Al Hijr ayat 28: "Maka setelah Aku (Allah) sempurnakan (bentuknya), lalu Kutiupkan ruh-Ku kepadanya (Ruh daripada-Ku)."

Ketujuh ayat Al-Qur'an ini merupakan pemaparan awal seorang aktivis gereja yang menyangka bahwa di dalam al-Qur'an terjadi perselisihan tentang proses kejadian manusia, dengan tersenyum Kyai Baha menjelaskan:

"Allah telah menunjukkan tentang proses kejadiannya Nabi Adam sehingga berbentuk manusia, lalu ditiupkan ruh kepadanya sehingga manusia bernyawa (bertubuh jasmani dan rohani). Sebagaimana disebutkan pada ayat yang keenam tentang kata "turab" (tanah) ialah zat-zat asli yang terdapat didalam tanah yang dinamai zat anorganis. Zat Anorganis ini baru terjadi setelah melalui proses persenyawaan antara "Fakhkhar" yakni Carbonium (zat arang) dengan "shal-shal" yakni Oksigenium (zat pembakar) dan "hamaa-in" yaitu Nitrogenium (zat lemas) dan Thien yakni Hidrogenium (Zat air)

Jelasnya adalah persenyawaan antara: Fachchar (Carbonium = zat arang) dalam surat Ar Rahman ayat 14. Shalshal (Oksigenium = zat pembakar) juga dalam surat Ar Rahman ayat 14. Hamaa-in (Nitrogenium = zat lemas) dalam surat Al Hijr ayat 28. Thien (Hidrogenium = Zat Air) dalam surat As Sajadah, ayat 7. Kemudian bersenyawa dengan zat besi (Ferrum), Yodium, Kalium, Silcum dan Mangaan, yang disebut "laazib" (zat-zat anorganis) dalam surat As Shafaat ayat 11. Dalam proses persenyawaan tersebut, lalu terbentuklah zat yang dinamai protein. Inilah yang disebut "Turab" (zat-zat anorganis) dalam surat Ali Imran ayat 59.

Salah satu diantara zat-zat anorganis yang terpandang penting ialah "Zat Kalium," yang banyak terdapat dalam jaringan tubuh, teristimewa di dalam otot-otot. Zat Kalium ini dipandang terpenting oleh karena mempunyai aktivitas dalam proses hayati, yakni dalam pembentukan badan halus. Dengan berlangsungnya "Proteinisasi," menjelmakan "proses penggantian" yang disebut "Substitusi." Setelah selesai mengalami substitusi, lalu menggempurlah electron-electron cosmic yang mewujudkan sebab pembentukan (Formasi), dinamai juga "sebab ujud" atau Causa Formatis.

Adapun Sinar Cosmic itu ialah suatu sinar mempunyai kemampuan untuk merubah sifat-sifat zat yang berasal dari tanah. Maka dengan mudah sinar cosmic dapat mewujudkan pembentukan tubuh manusia (Adam) berupa badan kasar (jasmaniah), yang terdiri dari badan, kepala, tangan, mata, hidung telinga dan seterusnya.

Sampai disinilah ilmu pengetahuan exact dapat menganalisa tentang pembentukan tubuh kasar (jasmaniah, jasmani manusia/Adam). Sedangkan tentang rohani (abstract wetenschap) tentu dibutuhkan ilmu pengetahuan yang serba rohaniah pula, yang sangat erat hubungannya dengan ilmu Metafisika. Cukup jelas tentang ayat-ayat Al-Qur'an tentang kejadian manusia (Adam), pada hakikatnyaayat-ayat tersebut menunjukkan proses asal kejadian tubuh jasmani Adam (visible), hingga pada badan halusnya (invisible)"

Betapa mulianya Al-Qur'an itu. Semua hal yang ada di dalam langit dan Bumi telah tertera dengan jelas disertai penjelasan yang baik. Subhanalloh.. Maha suci Allah SWT, Tuhannya Semesta Alam :)