John Dalton adalah ahli kimia, fisika, dan meteorologi dari Inggris yang pertama kali menerbitkan penelitian mengenai keberadaan atom. Dalton menjelaskan bahwa materi terdiri atas partikel-partikel yang tidak dapat dibagi yang disebut dengan atom.

akan tetapi Penelitian lanjutan membuktikan bahwa atom sendiri dapat dibagi dan terdiri dari partikel subatom. Partikel subatom tersebut terdiri dari elektron, proton, dan neutron. Sejak saat itu, para ilmuwan berusaha mengajukan model yang berbeda dengan mempertimbangkan posisi partikel subatom tersebut, termasuk J. J. Thomson dan Rutherford.

Model atom menunjukkan struktur atom dan susunan partikel subatom dalam sebuah atom. Penemuan proton dan elektron membuat para ilmuwan berpendapat bahwa atom terdiri dari proton dan elektron yang saling menyeimbangkan muatannya. Mereka menemukan bahwa proton berada di bagian dalam atom, sementara elektron berada di bagian luar dan mudah terlepas.

Terdapat 4 model atom yang dikemukakan oleh para ilmuwan, yaitu model yang diajukan oleh Thomson, Rutherford, Bohr, dan model mekanika kuantum.

Model Atom Thomson

Joseph John Thomson adalah ahli fisika penerima Nobel asal Inggris yang pertama kali mengajukan model atom. Bahkan, ia sudah menerbitkannya sebelum penemuan proton dan inti atom. Dalam teorinya, Thomson menganggap atom seperti roti kismis atau model puding plum karena elektron dalam lingkup muatan positif tampak seperti buah kering dalam puding Natal.

Model ini menganggap sebuah atom terdiri dari bola bermuatan positif dengan elektron yang tertanam di dalamnya. Sebuah atom dapat bermuatan netral karena memiliki muatan negatif dan positif yang sama besar.

Model Atom Nuklir Rutherford

Ernest Rutherford adalah ahli fisika dan kimia kelahiran Selandia Baru yang besar di Inggris. Ia mengajukan model atom setelah melakukan percobaan yang dikenal sebagai percobaan hamburan Rutherford. Ia dan dua orang muridnya melakukan percobaan hamburan sinar alfa terhadap lempeng emas tipis.

Rutherford menganggap bahwa keseluruhan muatan positif atom terpusat di wilayah yang sangat kecil dan dikenal sebagai nukleus. Elektron berputar di sekitar inti atom dengan kecepatan tinggi pada jalur melingkar yang disebut orbit. Gaya tarik elektrostatik antara inti dan elektron menjaga elektron tetap pada lintasannya.

Model Rutherford juga mengungkapkan bahwa jumlah proton sama dengan jumlah elektron dan dikenal sebagai nomor atom. Sementara itu jika jumlah proton dan jumlah neutron digabung, nilainya sama dengan nomor massa atom.

Sayangnya, model atom Rutherford tidak dapat menjelaskan stabilitas atom. Menurut teori elektromagnetik, partikel bermuatan akan kehilangan energi selama percepatan. Kehilangan energi dapat memperlambat kecepatan elektron dan akhirnya, elektron akan tertarik ke inti atom dan atom hancur. Selain itu, model atom Rutherford juga tidak menjelaskan apa pun mengenai distribusi elektron dan energi elektron. Terlebih, model atom ini juga tidak mampu menjelaskan spektrum garis yang diberikan oleh setiap unsur.

Model Atom Bohr

Untuk menjawab kekurangan-kekurangan pada model atom Rutherford, khususnya mengenai spektrum garis dan kestabilan atom, Niels Bohr kemudian menerbitkan model atomnya sendiri. Ia menyebutkan, elektron berputar di sekitar inti atom dalam orbit lingkaran tertentu yang disebut kulit energi atau tingkat energi. Elektron yang berputar dalam kulit energi dikaitkan dengan jumlah energi yang tetap. Kulit energi ini diberi nomor 1, 2, 3, dan seterusnya dari inti atom atau ditentukan sebagai kulit k, l, m, dan seterusnya.

Susunan elektron di dalam suatu atom disebut sebagai konfigurasi elektron. Konfigurasi elektron dapat membantu menjelaskan bagaimana atom-atom dapat berikatan. Pengisian elektron pada kulit-kulit atom dimulai dari pengisian kulit terdalam atau yang memiliki energi paling rendah. Jumlah elektron maksimum yang dapat menempati kulit adalah 2n².

Teori Atom Mekanika Kuantum

Sayangnya, model atom yang diajukan oleh Bohr belum mampu menjelaskan spektrum atom hidrogen dalam medan magnet dan medan listrik. Ahli fisika asal Austria Erwin Schrödinger mencoba untuk menjawabnya. Ia mengembangkan teori atom berdasarkan pada prinsip mekanika kuantum. Model yang diajukan oleh Schrödinger tidaklah berbeda jauh dengan milik Bohr, yaitu atom memiliki inti bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif. Bedanya adalah pada posisi elektron yang mengelilingi inti atom tersebut.

Dalam teorinya, Bohr berpendapat bahwa elektron mengelilingi inti atom pada orbit dengan jarak tertentu dari inti atom yang disebut dengan jari-jari atom. Tapi dalam teori mekanika kuantum, posisi elektron yang mengelilingi inti atom tidak dapat diketahui secara pasti, sesuai dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg. Karena itu, peluang terbesar posisi elektron adalah pada orbit tersebut. Artinya, bisa dikatakan bahwa daerah kebolehjadian terbesar ditemukannya elektron dalam atom adalah pada orbital.

Model mekanika kuantum juga menyebutkan bahwa gerakan elektron yang mengelilingi inti atom memiliki sifat dualisme, seperti yang diajukan oleh de Broglie. Karena gerakan elektron yang mengelilingi inti atom memiliki sifat seperti gelombang, maka persamaan gerak elektron yang mengelilingi inti harus terkait dengan fungsi gelombang.

Schrödinger melengkapi teorinya dengan persamaan yang menyatakan gerakan elektron yang mengelilingi inti atom dihubungkan dengan sifat dualisme materi dapat diungkapkan dalam bentuk koordinat kartesius. Persamaan ini kemudian dikenal sebagai persamaan Schrödinger.

Dari persamaan tersebut, Schrödinger menghasilkan tiga bilangan kuantum, yaitu kuantum utama (n), kuantum azimut (A), dan kuantum magnetik (m). Ketiga bilangan kuantum ini adalah bilangan bulat sederhana yang menunjukkan peluang adanya elektron di sekeliling inti atom. Penyelesaian persamaan Schrödinger menghasilkan tiga bilangan kuantum. Orbital diturunkan dari persamaan Schrödinger sehingga terdapat hubungan antara orbital dan ketiga bilangan tersebut.