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://adelfebrianti.blogspot.co.id/2016/10/v-behaviorurldefaultvmlo_20.html

 http://cahlolok.blogspot.co.id/2014/12/sejarah-penemuan-energi-nuklir.html?m=1