1.Penemuan Elektron
Setelah John Dalton (1766-1844) pada tahun 1803 mengemukakan teori aton yang pertama kali, maka tidak lama setelah itu dua orang ilmuwan yaitu Sir Humphry Davy (1778-1829) dan muridnya Michael Faraday (1791-1867) menemukan metode elektrolisis. Dengan metode baru itulah akhirnya mereka menemukan bahwa atom mengandung muatan listrik.
Sejak pertengahan abad ke-19, para ilmuwan banyak meneliti daya hantar listrik dari gas-gas pada tekanan rendah. Tabung lampu gas pertama kali dirancang oleh Heinrich Geissier (1829-1879) dari Jerman pada tahun 1854. Rekannya yang bernama Julius Plucker (1801-1868) membuat eksperimen yang menghasilkan penemuan yang disebut Sinar Katode. Sinar Katode dihasilkan oleh logam yang bermuatan positif (anode) dan logam bermuatan negatif (katode). Kedua logam itu berada di dalam tabung yang divakumkan dan diisi gas bertekanan rendah. Ketika muatan listrik bertegangan tinggi dialirkan melalui gas dalam tabung, maka muncul sinar dari katode ke anode yang disebut Sinar Katode tadi.
Sifat sinar katode antara lain :
1. Merambat tegak lurus dari permukaan katode menuju anode
2. Merupakan radiasi partikel sehingga terbukti dapat memutar baling-baling
3. Bermuatan listrik negatif sehingga dibelokkan ke kutub listrik positif
4. Dapat memenndarkan berbagai jenis zat, termasuk gelas.
Hasil pengamatan tersebut tidak diamati lebih cermat lagi dan dianggap bahwa itu cahaya biasa. Pada tahun 1875, William Crookes (1832-1919) dari Inggris mengulang eksperimen dengan lebih teliti dan menemukan bahwa sinar katode merupakan kumpulan partikel-partikel yang saat itu belum dikenal.
Hasil eksperimen William Crookes adalah sebagai berikut :
1. Partikel sinar katode bermuatan negatif sebab tertarik oleh logam yang bermuatan positif
2. Partikel sinar katode mempunyai massa sebab mampu memutar baling-baling dalam tabung
3. Partikel sinar katode dimiliki oleh semua materi, sebab semua bahan yang digunakan menghasilkan sinar katode yang sama. Partikel sinar katode itu dinamai “elektron” oleh George Johnstone Stoney (1817-1895) pada tahun 1891.
Pada masa itu para ilmuwan masih bingung dan tidak tahu bahwa setiap materi memiliki elektron karena mereka masih percaya bahwa atom adalah partikel terkecil penyusun suatu materi. Pada tahun 1897, Joseph John Thompson (1856-1940) dari Inggris melalui serangkaian eksperimennya berhasil mendeteksi atau menemukan elektron yang dimaksud Stoney. Thompson membuktikan bahwa elektron merupakan partikel penyusun aton, bahkan Thompson mampu menghitung perbandingan muatan terhadap massa elektron (e/m), yaitu 1,759 x 10⁸ coulomb/gram. Kemudian pada tahun 1908, Robert Andrew Milikan (1868-1953) dari Universitas Chicago menemukan harga muatan elektron, yaitu 1,602 x 10ˉ¹⁹ coulomb. Dengan demikian maka :
Massa satu elektron = e/(e/m) = (1,602 x 10ˉ¹⁹) / (1,759 x 10⁸) = 9,11 x 10ˉ²⁸ gram
Gambar 1.1, cara pengamatan William Crookes yang dilanjutkan Joseph John Thompson.
Keterangan :
C = Katode
A = Anode
E = Lempeng kondensor bermuatan listrik
F = Layar yang dapat berpendar (berfluoresensi)
Cara eksperimen Milikan :
Minyak disemprotkan ke dalam tabung yang bermuatan listrik. Akibat gaya tarik gravitasi akan mengendapkan tetesan minyak yang turun. Apabila tetesan minyak diberi muatan negatif maka akan tertarik ke kutub positif medan listrik
Pada tahun 1897, Joseph John Thomson melanjutkan eksperimen William Crookes, yaitu pengaruh medan listrik dan medan magnet dalam tabung sinar katode (lihat gambar 1.1). Dan ternyata sinar katode dapat dibelokkan ke arah kutub positif. Hal ini membuktikan terdapat partikel bermuatan negatif dalam suatu atom. Setelah itu pada tahun 1908, Robert Andrew Milikan melakukan eksperimen tetes minyak Milikan (lihat gambar 1.2) dan menemukan besarnya muatan dalam elektron. Dari percobaan Thompson dan Milikan diperoleh muatan elektron -1 dan massa elektron 0, sehingga elektron dapat dilambangkan (⁰-1ᵉ).
Gambar 1.2, eksperimen tetes minyak Milikan
2.Penemuan Proton
Jika massa elektron 0, berarti suatu partikel tidak mempunyai massa. Namun pada kenyataannya partikel materi mempunyai massa yang dapat diukur dan atom itu bersifat netral. Keberadaan partikel bermuatan positif yang dikandung oleh atom diisyaratkan oleh Eugen Goldstein (1850-1930) pada tahun 1886. Dengan ditemukannya elektron, para ilmuwan semakin yakin bahwa dalam atom pasti ada partikel bermuatan positif untuk mengimbangi muatan negatif dari elektron. Selain itu, jika seandainya partikel penyusun atom hanya elektron-elektron, maka jumlah massa elektron terlalu kecil dibandingkan massa sebutir atom.
Atas dasar pemikiran tersebut maka Eugene Goldstein pada tahun 1886 melakukan eksperimen dari tabung gas yang memiliki katode dan diberi lubang-lubang serta diberi muatan listrik (lihat gambar 2.1). Hasil dari percobaan tersebut menghasilkan Sinar Anode. Sifat sinar anode antara lain :
1. Merupakan radiasi partikel sehingga dapat memutar baling-baling.
2. Dalam medan listrik/magnet, dibelokkan ke kutub negatif, jadi merupakan radiasi bermuatan positif.
3. Partikel sinar anode bergantung pada jenis gas dalam tabung.
Gambar 2.1, percobaan Eugene Goldstein mempelajari muatan positif
Cara eksperimen :
Tabung gas yang memiliki katode diberi lubang-lubang dan diberi muatan listrik. Selanjutnya, gas yang berada di belakang lempeng katode menjadi berpijar. Peristiwa tersebut menunjukkan adanya radiasi yang berasal dari anode yang menerobos lubang pada lempeng katode. Sinar ini disebut sinar anode atau sinar positif.
Hasil eksperimen tersebut membuktikan bahwa pada saat terbentuk elektron menuju anode, maka terbentuk pula sinar positif yang menuju arah berlawanan melewati lubang pada katode. Setelah berbagai gas dicoba dalam tabung ini, ternyata das hidrogen lah yang menghasilkan sinar muatan positif paling kecil baik massa maupun muatannya, sehingga partikel ini disebut dengan proton. Massa proton = 1 sma (satuan massa atom) dan muatan proton +1.
Keberadaan partikel penyusun atom yang bermuatan positif itu semakin terbukti ketika Ernest Rutherford (1871-1937), orang Selandia Baru yang pindah ke Inggris. Pada tahun 1906, bersama dua orang asistennya (Hans Geinger dan Ernest Marsden) melakukan serangkaian percobaan untuk mengetahui kedudukan partikel-partikel di dalam atom. Percobaan tersebut dikenal dengan hamburan sinar alfa terhadap lempeng tipis emas. Mereka berhasil menghitung bahwa massa partikel bermuatan positif itu kira-kira 1.837 kali massa elektron. Istilah proton dipakai mulai tahun 1919.
Massa 1 elektron = 9,11 x 10ˉ²⁸ gram
Massa 1 proton = 1.837 x 9,11 x 10ˉ²⁸ gram = 1,673 x 10ˉ²⁴ gram
Dari pengamatan mereka, fakta bahwa partikel alfa yang ditembakkan pada lempeng logam emas yang tipis sebagian besar diteruskan dan ada sebagian kecil yang dibelokkan, bahkan ada juga beberapa diantaranya yang dipantulkan. Hal tersebut mengejutkan bagi Rutherford sekaligus menyebabkan gugurnya teori atom J.J. Thompson. Partikel alfa yang terpantul tersebut diperkirakan telah menabrak sesuatu yang padat di dalam atom. Dengan demikian atom tersebut tidak bersifat homogen seperti yang digambarkan Thompson. Bahkan menurut Marsden, diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa akan membelok dengan sudut 90⁰ bahkan lebih.
Berdasarkan gejala-gejala tersebut, diperoleh beberapa kesimpulan antara lain :
1. Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan. Berarti, sebagian besar volume atom merupakan ruang kosong.
2. Partikel yang mengalami pembelokan ialah partikel alfa yang mendekati inti atom. Hal tersebut disebabkan keduanya bermuatan positif.
3. Partikel yang dipantulkan ialah partikel alfa yang tepat menabrak inti atom.
Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model atomnya yang menyatakan bahwa atom terdiri atas inti atom yang sangat kecil dan bermutan positif yang dikelilingi oleh elektron. Jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi inti, sehingga atom bersifat netral. Rutherford juga menduga bahwa di dalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi untuk mengikat partikel-partikel positif agar tidak saling menolak. Dari percobaan tersebut, Rutherford dapat memperkirakan jari-jari atom kira-kira 10ˉ⁸ cm dan jari-jari inti kira-kira 10ˉ¹³ cm.
3.Penemuan Inti Atom
Setelah penemuan proton dan elektron, Ernest Rutherford melakukan penelitian penembakan lempeng tipis emas (lihat gambar 3.1). Jika atom terdiri dari partikel yang bermuatan positif dan negatif maka sinar alfa yang ditembakkan seharusnya tidak ada yang diteruskan/menembus lempeng sehingga muncullah istilah inti atom. Ernest Rutherford dibantu asistennya menemukan konsep inti atom didukung oleh penemuan sinar X oleh W.C. Rontgen (1895) dan penemuan zat radioaktif (1896).
Gambar 3.1, percobaan Rutherford dengan penembakan lempeng tipis emas
Hasil percobaan ini membuat Rutherford menyatakan hipotesisnya bahwa atom tersusun dari inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi elektron, sehingga atom bersifat netral. Massa inti atom tidak seimbang dengan massa proton yang ada dalam inti atom, sehingga dapat diprediksi bahwa ada partikel lain dalam inti atom.
4.Penemuan Neutron
Setelah para ilmuwan mempercayai adanya elektron dan proton dalam atom. Maka timbul masalah baru, yaitu jika hampir semua massa atom terhimpun pada inti, ternyata jumlah proton dalam inti belum mencukupi untuk sesuai dengan massa atom. Jadi, dalam inti pasti ada partikel lain yang menemani proton-proton.
Prediksi dari Rutherford memacu W. Bothe dan H. Becker (1930) melakukan eksperimen penembakan partikel alfa pada inti atom berilium (Be) dan dihasilkan radiasi partikel berdaya tembus tinggi. Eksperimen ini dilanjutkan oleh James Chadwick (1932). Ternyata partikel yang menimbulkan radiasi berdaya tembus tinggi itu bersifal netral atau tidak bermuatan dan massanya hampir sama dengan proton. Massa sebutir neutron adalah 1,675 x 10ˉ²⁴ gram. Partikel ini disebut neutron dan dilambangkan dengan ¹0ⁿ.
Jadi, sekarang diketahui dan dipercayai oleh para ilmuwan bahwa inti atom tersusun atas dua partikel, yaitu proton dan neutron. Proton dan neutron memiliki nama umum, yaitu nukleon-nukleon yang berarti partikel-partikel inti.
Sumber : Artikel Pribadi tugas sekolah
Setelah John Dalton (1766-1844) pada tahun 1803 mengemukakan teori aton yang pertama kali, maka tidak lama setelah itu dua orang ilmuwan yaitu Sir Humphry Davy (1778-1829) dan muridnya Michael Faraday (1791-1867) menemukan metode elektrolisis. Dengan metode baru itulah akhirnya mereka menemukan bahwa atom mengandung muatan listrik.
Sejak pertengahan abad ke-19, para ilmuwan banyak meneliti daya hantar listrik dari gas-gas pada tekanan rendah. Tabung lampu gas pertama kali dirancang oleh Heinrich Geissier (1829-1879) dari Jerman pada tahun 1854. Rekannya yang bernama Julius Plucker (1801-1868) membuat eksperimen yang menghasilkan penemuan yang disebut Sinar Katode. Sinar Katode dihasilkan oleh logam yang bermuatan positif (anode) dan logam bermuatan negatif (katode). Kedua logam itu berada di dalam tabung yang divakumkan dan diisi gas bertekanan rendah. Ketika muatan listrik bertegangan tinggi dialirkan melalui gas dalam tabung, maka muncul sinar dari katode ke anode yang disebut Sinar Katode tadi.
Sifat sinar katode antara lain :
1. Merambat tegak lurus dari permukaan katode menuju anode
2. Merupakan radiasi partikel sehingga terbukti dapat memutar baling-baling
3. Bermuatan listrik negatif sehingga dibelokkan ke kutub listrik positif
4. Dapat memenndarkan berbagai jenis zat, termasuk gelas.
Hasil pengamatan tersebut tidak diamati lebih cermat lagi dan dianggap bahwa itu cahaya biasa. Pada tahun 1875, William Crookes (1832-1919) dari Inggris mengulang eksperimen dengan lebih teliti dan menemukan bahwa sinar katode merupakan kumpulan partikel-partikel yang saat itu belum dikenal.
Hasil eksperimen William Crookes adalah sebagai berikut :
1. Partikel sinar katode bermuatan negatif sebab tertarik oleh logam yang bermuatan positif
2. Partikel sinar katode mempunyai massa sebab mampu memutar baling-baling dalam tabung
3. Partikel sinar katode dimiliki oleh semua materi, sebab semua bahan yang digunakan menghasilkan sinar katode yang sama. Partikel sinar katode itu dinamai “elektron” oleh George Johnstone Stoney (1817-1895) pada tahun 1891.
Pada masa itu para ilmuwan masih bingung dan tidak tahu bahwa setiap materi memiliki elektron karena mereka masih percaya bahwa atom adalah partikel terkecil penyusun suatu materi. Pada tahun 1897, Joseph John Thompson (1856-1940) dari Inggris melalui serangkaian eksperimennya berhasil mendeteksi atau menemukan elektron yang dimaksud Stoney. Thompson membuktikan bahwa elektron merupakan partikel penyusun aton, bahkan Thompson mampu menghitung perbandingan muatan terhadap massa elektron (e/m), yaitu 1,759 x 10⁸ coulomb/gram. Kemudian pada tahun 1908, Robert Andrew Milikan (1868-1953) dari Universitas Chicago menemukan harga muatan elektron, yaitu 1,602 x 10ˉ¹⁹ coulomb. Dengan demikian maka :
Massa satu elektron = e/(e/m) = (1,602 x 10ˉ¹⁹) / (1,759 x 10⁸) = 9,11 x 10ˉ²⁸ gram
Gambar 1.1, cara pengamatan William Crookes yang dilanjutkan Joseph John Thompson.
Keterangan :
C = Katode
A = Anode
E = Lempeng kondensor bermuatan listrik
F = Layar yang dapat berpendar (berfluoresensi)
Cara eksperimen Milikan :
Minyak disemprotkan ke dalam tabung yang bermuatan listrik. Akibat gaya tarik gravitasi akan mengendapkan tetesan minyak yang turun. Apabila tetesan minyak diberi muatan negatif maka akan tertarik ke kutub positif medan listrik
Pada tahun 1897, Joseph John Thomson melanjutkan eksperimen William Crookes, yaitu pengaruh medan listrik dan medan magnet dalam tabung sinar katode (lihat gambar 1.1). Dan ternyata sinar katode dapat dibelokkan ke arah kutub positif. Hal ini membuktikan terdapat partikel bermuatan negatif dalam suatu atom. Setelah itu pada tahun 1908, Robert Andrew Milikan melakukan eksperimen tetes minyak Milikan (lihat gambar 1.2) dan menemukan besarnya muatan dalam elektron. Dari percobaan Thompson dan Milikan diperoleh muatan elektron -1 dan massa elektron 0, sehingga elektron dapat dilambangkan (⁰-1ᵉ).
Gambar 1.2, eksperimen tetes minyak Milikan
2.Penemuan Proton
Jika massa elektron 0, berarti suatu partikel tidak mempunyai massa. Namun pada kenyataannya partikel materi mempunyai massa yang dapat diukur dan atom itu bersifat netral. Keberadaan partikel bermuatan positif yang dikandung oleh atom diisyaratkan oleh Eugen Goldstein (1850-1930) pada tahun 1886. Dengan ditemukannya elektron, para ilmuwan semakin yakin bahwa dalam atom pasti ada partikel bermuatan positif untuk mengimbangi muatan negatif dari elektron. Selain itu, jika seandainya partikel penyusun atom hanya elektron-elektron, maka jumlah massa elektron terlalu kecil dibandingkan massa sebutir atom.
Atas dasar pemikiran tersebut maka Eugene Goldstein pada tahun 1886 melakukan eksperimen dari tabung gas yang memiliki katode dan diberi lubang-lubang serta diberi muatan listrik (lihat gambar 2.1). Hasil dari percobaan tersebut menghasilkan Sinar Anode. Sifat sinar anode antara lain :
1. Merupakan radiasi partikel sehingga dapat memutar baling-baling.
2. Dalam medan listrik/magnet, dibelokkan ke kutub negatif, jadi merupakan radiasi bermuatan positif.
3. Partikel sinar anode bergantung pada jenis gas dalam tabung.
Gambar 2.1, percobaan Eugene Goldstein mempelajari muatan positif
Cara eksperimen :
Tabung gas yang memiliki katode diberi lubang-lubang dan diberi muatan listrik. Selanjutnya, gas yang berada di belakang lempeng katode menjadi berpijar. Peristiwa tersebut menunjukkan adanya radiasi yang berasal dari anode yang menerobos lubang pada lempeng katode. Sinar ini disebut sinar anode atau sinar positif.
Hasil eksperimen tersebut membuktikan bahwa pada saat terbentuk elektron menuju anode, maka terbentuk pula sinar positif yang menuju arah berlawanan melewati lubang pada katode. Setelah berbagai gas dicoba dalam tabung ini, ternyata das hidrogen lah yang menghasilkan sinar muatan positif paling kecil baik massa maupun muatannya, sehingga partikel ini disebut dengan proton. Massa proton = 1 sma (satuan massa atom) dan muatan proton +1.
Keberadaan partikel penyusun atom yang bermuatan positif itu semakin terbukti ketika Ernest Rutherford (1871-1937), orang Selandia Baru yang pindah ke Inggris. Pada tahun 1906, bersama dua orang asistennya (Hans Geinger dan Ernest Marsden) melakukan serangkaian percobaan untuk mengetahui kedudukan partikel-partikel di dalam atom. Percobaan tersebut dikenal dengan hamburan sinar alfa terhadap lempeng tipis emas. Mereka berhasil menghitung bahwa massa partikel bermuatan positif itu kira-kira 1.837 kali massa elektron. Istilah proton dipakai mulai tahun 1919.
Massa 1 elektron = 9,11 x 10ˉ²⁸ gram
Massa 1 proton = 1.837 x 9,11 x 10ˉ²⁸ gram = 1,673 x 10ˉ²⁴ gram
Dari pengamatan mereka, fakta bahwa partikel alfa yang ditembakkan pada lempeng logam emas yang tipis sebagian besar diteruskan dan ada sebagian kecil yang dibelokkan, bahkan ada juga beberapa diantaranya yang dipantulkan. Hal tersebut mengejutkan bagi Rutherford sekaligus menyebabkan gugurnya teori atom J.J. Thompson. Partikel alfa yang terpantul tersebut diperkirakan telah menabrak sesuatu yang padat di dalam atom. Dengan demikian atom tersebut tidak bersifat homogen seperti yang digambarkan Thompson. Bahkan menurut Marsden, diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa akan membelok dengan sudut 90⁰ bahkan lebih.
Berdasarkan gejala-gejala tersebut, diperoleh beberapa kesimpulan antara lain :
1. Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan. Berarti, sebagian besar volume atom merupakan ruang kosong.
2. Partikel yang mengalami pembelokan ialah partikel alfa yang mendekati inti atom. Hal tersebut disebabkan keduanya bermuatan positif.
3. Partikel yang dipantulkan ialah partikel alfa yang tepat menabrak inti atom.
Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model atomnya yang menyatakan bahwa atom terdiri atas inti atom yang sangat kecil dan bermutan positif yang dikelilingi oleh elektron. Jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi inti, sehingga atom bersifat netral. Rutherford juga menduga bahwa di dalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi untuk mengikat partikel-partikel positif agar tidak saling menolak. Dari percobaan tersebut, Rutherford dapat memperkirakan jari-jari atom kira-kira 10ˉ⁸ cm dan jari-jari inti kira-kira 10ˉ¹³ cm.
3.Penemuan Inti Atom
Setelah penemuan proton dan elektron, Ernest Rutherford melakukan penelitian penembakan lempeng tipis emas (lihat gambar 3.1). Jika atom terdiri dari partikel yang bermuatan positif dan negatif maka sinar alfa yang ditembakkan seharusnya tidak ada yang diteruskan/menembus lempeng sehingga muncullah istilah inti atom. Ernest Rutherford dibantu asistennya menemukan konsep inti atom didukung oleh penemuan sinar X oleh W.C. Rontgen (1895) dan penemuan zat radioaktif (1896).
Gambar 3.1, percobaan Rutherford dengan penembakan lempeng tipis emas
Hasil percobaan ini membuat Rutherford menyatakan hipotesisnya bahwa atom tersusun dari inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi elektron, sehingga atom bersifat netral. Massa inti atom tidak seimbang dengan massa proton yang ada dalam inti atom, sehingga dapat diprediksi bahwa ada partikel lain dalam inti atom.
4.Penemuan Neutron
Setelah para ilmuwan mempercayai adanya elektron dan proton dalam atom. Maka timbul masalah baru, yaitu jika hampir semua massa atom terhimpun pada inti, ternyata jumlah proton dalam inti belum mencukupi untuk sesuai dengan massa atom. Jadi, dalam inti pasti ada partikel lain yang menemani proton-proton.
Prediksi dari Rutherford memacu W. Bothe dan H. Becker (1930) melakukan eksperimen penembakan partikel alfa pada inti atom berilium (Be) dan dihasilkan radiasi partikel berdaya tembus tinggi. Eksperimen ini dilanjutkan oleh James Chadwick (1932). Ternyata partikel yang menimbulkan radiasi berdaya tembus tinggi itu bersifal netral atau tidak bermuatan dan massanya hampir sama dengan proton. Massa sebutir neutron adalah 1,675 x 10ˉ²⁴ gram. Partikel ini disebut neutron dan dilambangkan dengan ¹0ⁿ.
Jadi, sekarang diketahui dan dipercayai oleh para ilmuwan bahwa inti atom tersusun atas dua partikel, yaitu proton dan neutron. Proton dan neutron memiliki nama umum, yaitu nukleon-nukleon yang berarti partikel-partikel inti.
Sumber : Artikel Pribadi tugas sekolah
