Sejarah Atom dan Energi Nuklir
Nama : Raden Velia Rizki Awalia
Kelas : 1DF03
Npm : 55216921
sejarah perkembangan atom
1. Model Atom
Dalton
Pada
tahun 1803, John Dalton mengemukakan mengemukakan pendapatnaya tentang atom.
Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum
Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier mennyatakan bahwa
"Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total
zat-zat hasil reaksi". Sedangkan Prouts menyatakan bahwa
"Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap".
Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai
berikut:
1.
Atom merupakan bagian terkecil dari
materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi
2.
Atom digambarkan sebagai bola pejal
yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda
untuk unsur yang berbeda
3.
Atom-atom bergabung membentuk
senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri
atom-atom
hidrogen dan atom-atom oksigen
4.
Reaksi kimia merupakan pemisahan
atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak
dapat diciptakan atau dimusnahkan.
Hipotesa Dalton digambarkan dengan
model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru. Seperti gambar berikut
ini:
Model Atom Dalton seperti bola pejal
Kelebihan Model Atom Dalton
Mulai
membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom
Kelemahan Model Atom Dalton
Teori
atom Dalton tidak dapat menerangkan suatu larutan dapat menghantarkan arus
listrik. Bagaimana mungkin bola pejal dapat menghantarkan arus listrik? padahal
listrik adalah elektron yang bergerak. Berarti ada partikel lain yang dapat
menghantarkan arus listrik.
2. Model Atom
Thomson
Berdasarkan
penemuan tabung katode yang lebih baik oleh William Crookers, maka J.J.
Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan
bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang
diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil percobaan ini, Thomson
menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom (partikel
subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.
Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan
negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positifuntuk menetrallkan
muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya tersebut, Thomson
memperbaiki kelemahan dari teori atom dalton dan mengemukakan teori atomnya
yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson. Yang menyatakan bahwa:
"Atom merupakan bola pejal yang
bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektron"
Model atomini dapat digambarkan
sebagai jambu biji yang sudah dikelupas kulitnya. biji jambu menggambarkan
elektron yang tersebar marata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada
model atom Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal. Model atom
Thomson dapat digambarkan sebagai berikut:
Percobaan
Sinar Katode
Kelebihan
dan Kelemahan Model Atom Thomson
Kelebihan
Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti
atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur.
Kelemahan
Model Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif
dalam bola atom tersebut.
3. Model Atom
Rutherford
Rutherford bersama dua orang
muridnya (Hans Geigerdan Erners
Masreden)melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ)
terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa,
yaitu partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya tembus besar
sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Percobaan tersebut sebenarnya
bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom itu betul-betul
merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa akan
dipantulkan atau dibelokkan. Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa
apabila partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang sangat tipis, maka sebagian
besar partikel alfa diteruskan (ada penyimpangan sudut kurang dari 1°), tetapi
dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel
alfa akan membelok sudut 90° bahkan lebih.
Berdasarkan gejala-gejala yang
terjadi, diperoleh beberapa kesipulan beberapa berikut:
1.
Atom bukan merupakan bola pejal,
karena hampir semua partikel alfa diteruskan
2.
Jika lempeng emas tersebut dianggap
sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel
yang sangat kecil yang bermuatan positif.
3.
Partikel tersebut merupakan
partikelyang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000
partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan
perbandingan diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih
kecil daripada ukuran atom keseluruhan.
Berdasarkan fakta-fakta yang
didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model atom yang
dikenal dengan Model Atom Rutherford
yang menyatakan bahwa Atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan
bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif.
Rutherford menduga bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang
berfungsi mengikat partikel-partikel positif agar tidak saling tolak menolak.
Model atom Rutherford dapat
digambarkan sebagai beriukut:
Percobaan
Rutherford
Kelebihan Model Atom Rutherford
Membuat
hipotesa bahwa atom tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilingi inti
Kelemahan Model Atom
Rutherford
Tidak dapat menjelaskan mengapa
elektron tidak jatuh ke dalam inti atom. Berdasarkan teori fisika, gerakan
elektron mengitari inti ini disertai pemancaran energi sehingga lama - kelamaan
energi elektron akan berkurang dan lintasannya makin lama akan mendekati inti dan
jatuh ke dalam inti Ambilah seutas tali dan salah satu ujungnya Anda ikatkan
sepotong kayu sedangkan ujung yang lain Anda pegang. Putarkan tali tersebut di
atas kepala Anda. Apa yang terjadi? Benar. Lama kelamaan putarannya akan pelan
dan akan mengenai kepala Anda karena putarannya lemah dan Anda pegal memegang
tali tersebut. Karena Rutherford adalah telah dikenalkan lintasan/kedudukan
elektron yang nanti disebut dengan kulit.
4. Model Atom
Bohr
Pada tahun 1913, pakar fisika
Denmark bernama Neils Bohr
memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaannya tentang spektrum
atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron
dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang atom
hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori
kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai berikut:
1.
Hanya ada seperangkat orbit tertentu
yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal
sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan
melingkar disekeliling inti.
2.
Selama elektron berada dalam
lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam
bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap.
3.
Elektron hanya dapat berpindah dari
satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini,
sejumlah energi tertentu terlibat, besarnya sesuai dengan persamaan planck, ΔE
= hv.
4.
Lintasan stasioner yang dibolehkan
memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum
sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2∏ atau nh/2∏,
dengan n adalah bilangan bulat dan h tetapan planck.
Menurut model atom bohr,
elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang
disebut kulit elektron atau
tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang
terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin
tinggi tingkat energinya.
Percobaan Bohr
Kelebihan
dan Kelemahan
Kelebihan
atom Bohr adalah bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat
berpindahnya elektron.
Kelemahan
model atom ini adalah tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek Strack
5. Model Atom
Modern
Model atom mekanika kuantum
dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926).Sebelum Erwin Schrodinger, seorang
ahli dari Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang
dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan
kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang
dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu
dari inti atom”.
Daerah ruang di sekitar inti dengan
kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat
energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin Schrodinger memecahkan
suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas
kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.
Persamaan Schrodinger
Model atom dengan orbital lintasan
elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang
berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini.
|
Model atom mutakhir atau model
atom mekanika gelombang
|
Awan elektron disekitar inti
menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi
elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan
membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit.Dengan demikian
kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa
orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu
sama.
Sejarah Nuklir
Teknologi Nuklir merupakan teknologi yang melibatkan reaksi dari inti
atom (inti=nuclei). Teknologi nuklir dapat ditemukan pada bebagai
aplikasi, dari yang sederhana seperti detektor asap hingga sesuatu yang
besar seperti reaktor nuklir
Pada tahun 1934 ahli fisika Enrico Fermi melakukan eksperimen di Roma
yang membuktikan bahwa neutron bisa memecah beberapa jenis atom. Hasil
yang mengejutkan ketika ia membombardir uranium dengan neutron ia tidak
menemukan unsur yang ia harapkan. Unsur yang ditemukan lebih ringan
daripada uranium.
Pada tahun 1938 Ilmuan Jerman Otto Hahn dan Fritz Strassman menembakan
neutron dari unsur radium dan beryllium pada uranium ia terkejut ketika
menemukan unsur yang lebih ringan seperti barium pada bahan yang
tersisa.
Sebelum mempublikasikan penemuannya mereka menghubungi Lise Meitner di
Copenhagen yang juga bekerja pada Neil Bohr dan Otto R. Frisch. Ketika
Meitner melakukan percobaan ia menemukan bahwa hasil dari reaksi
tersebut massa dari hasil reaksi tersebut lebih sedikit dari massa
uranium yang digunakan. Meitner kemudian menggunakan teori Einstein yang
menyebutan massa berubah menjadi energi.
Pada tahun 1939 Bohr berbagi dengan Einstein mengenai penemuan
Hahn-Strassman-Metner. Bohr juga bertemu dengan Fermi di konferensi
Fisika Teori di Washington, mereka berdiskusi mengenai kemungkinan
membuat reaksi berantai yang memecah atom dan menghasilkan energi yang
besar.
Para ilmuwan percaya mereka dapat membuat reaksi tersebut asalkan jumlah
uranium cukup untuk membuat reaksi berantai atau disebut masa kritis.
Kemudian Fermi dan Leo Szilard menyarankan kemungkinan untuk membuat
reaktor uranium pada tahun 1941. Rancangan mereka dengan meletakan
uranium pada tumpukan grafit untuk membuat frame kotak untuk uranium.
Awal tahun 1942 grup ilmuwan yang dipimpin oleh Fermi bertemu di Chicago
untuk mengembangkan teori mereka. Kemudian pada November 1942
kontruksi mereka sudah siap untuk memulai reaktor nuklir pertama di
dunia yang kemudian diberi nama Chicago Pile-1. Pada reaktor mereka
menggunakan Cadmium untuk mengontrol reaksi berantai. Cadmium adalah
logam yang bersifat menyerap neutron. Batang cadmium digunakan untuk
mempercepat reaksi nuklir atau melambatkan reaksi nuklir.
Kemudian pada 2 Desember 1942 mereka memulai demonstrasi dari Chicago
Pile-1. Fermi memerintakan untuk mengatur batang cadmium selama beberapa
jam hingga tercapa reaksi berantai yang mandiri. Mereka berhasil
membuktikan teori mereka menjadi sebuah teknologi nyata yang menandai
masuknya jaman nuklir.
Reaktor nuklir pertama hanyalah sebuah permulaan, pada awalnya
penelitian difokuskan untuk mengembangkan senjata yang akan digunakan
pada perang dunia ke 2. Penelitian itu berada di bawah proyek Manhattan.
Proyek tersebut menghasilkan 2 bom yang meledak di Hiroshima dan
Nagasaki.
Setelah perang dunia ke 2 pemerintahan Amerika Serikat ingin mengambangkan energi nuklir
untuk perdamaian. Pada tahun 1946 dibentuk Atomic Energy Commision
(AEC). AEC bertugas untuk mengawasi eksperimen Breeder Reactor 1 di
Idaho. Kemudian pada 20 Desember 1951 reaktor tersebut menghasilkan
energi listrik pertama yang dihasilkan oleh reaktor nuklir.
Pertengahan 1950an tujuan utama penelitian nuklir menunjukan bahwa
energi nuklir dapat digunakan untuk memproduksi energi listrik untuk
kebutuhan komersial. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) pertama untuk kebutuhan komersial terletak di Shippingport, Pennsylvania pada tahun 1957.
Industri PLTN berkembang pesat pada 1960an. Banyak perusahaan melihat
PLTN sebagai sumber energi yang murah, bersih dan aman. Namun pada
1970an dan 1980an mengalami penurunan karena isu mengenai keamanan
reaktor, limbah nuklir dan masalah lingkungan lainnya.
Pada akhir tahun 1991, sudah ada 31 negara yang menggunakan energi nuklir untuk kebutuhan komersial.
Pada 1990an mendapati isu dalam pengembangan energi nuklir antara lain:
meningkatkan keamanan dan standarnya, mengurangi resik ekonomi,
mengurangi resik regulasi dan menetapkan program pembuangan limbah
nuklir yang aman.
Untuk memenuhi tuntutan isu tersebut Departemen energi Amerika Serikat
menandatangani kesepakatan untuk mengembangankan generasi baru PLTN.
PLTN ini didesain untuk lebih aman dan efisien. Selain itu juga untuk
mempermudah pembuatan PLTN berdasarkan standar desain dan kemudahan
untuk memperoleh lisensi yang dibutuhkan tanpa mengurangi standar
keamanannya.
Dalam manajemen limbah, engineer mengembangkan metode baru untuk
menyimpan limbah radioaktif yang diproduksi oleh PLTN. Tujuannya adalah
menjauhkan limbah dari lingkungan dan manusia untuk periode yang sangat
lama.
Ilmuwan juga mengembangkan reaktor nuklir fusi. Reaksi fusi adalah
reaksi untuk menggabungkan atom. Reaksi fusi contohnya adalah energi
dari bintang dan matahari. Di bumi bahan bakar reaksi fusi yang paling
menjanjikan adalah deuterium yang merupakan salah satu isotop hidrogen.
Deuterium terdapat pada air dalam jumlah yang sangat banyak.
Reaksi fusi menghasilkan radioaktif yang jauh lebih sedikit, sayangnya
ilmuwan belum menemukan cara untuk memproduksi tenaga dari reaksi fusi.
Penelitian mengenai nuklir juga dikembangkan untuk keperluan medis,
industri, ilmu pengetahuan, makanan dan pertanian. Sebagai contoh
radioisotop digunakan untuk mendeteksi penyakit. Dalam bidang industri
nuklir digunakan untuk mendeteksi cacat pada konstruksi. Dalam arkeologi
digunakan untuk menghitung umur satu situs bersejarah. Selain itu juga
digunakan untuk sterilisasi pengepakan makanan.
sumber:
http://cahlolok.blogspot.co.id/2014/12/sejarah-penemuan-energi-nuklir.html?m=1