Sejarah Penemuan Proton, Neutron, dan Elektron

(Zakapedia). Pengetahuan para ahli tentang atom bukan berdasarkan pengamatan langsung pada objeknya, seperti halnya kita mengamati buah jeruk, yakni membukanya, membelahnya, dan kemudian menggambarkan strukturnya. Atom terlalu kecil untuk diamati. Diameter atom-atom antara 30 dan 150 pikometer (1 pikometer = 0,0000000001 meter). Dengan alat pembesar apapun kita tidak dapat melihat atom. Atom yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini hanyalah model hasil perkiraan para ahli sebagai kesimpulan mereka dari berbagai eksperimen dan pengkajian teoritis yang pernah dilakukan. Inilah sebabnya model atom berkembang menurut temuan-temuan baru. Pada kesempatan kali ini, kita akan membahas sedikit mengenai Sejarah Penemuan Proton, Neutron, dan Elektron.
Gambar: Atom dengan awan elektron

Sejak awal abad ke-20 para ahli menyakini kebenaran model atom yang menggambarkan atom terdiri dari atas inti atom yang berukuran kecil dan elektron-elektron yang berada sebagai "awan" di seputar inti atom. Inti atom terdiri atas proton dan neutron. Ketiga macam partikel ini tergolong partikel dasar, sebab atom unsur-unsur dibentuk oleh partikel-partikel ini. Proton bermassa 1,67 x 10-24  gram. Dalam menyatakan massa partikel dasar, massa proton dan massa neutron dinyatakan sama dengan 1. Massa elektron 1/1836 kali massa proton. Oleh karena massa elektron jauh lebih kecil daripada massa proton, massa elektron dapat diabaikan terhadap massa proton. Proton bermuatan 1,60 x 10-19 coulomb. Dalam menyatakan muatan partikel dasar, muatan proton dinyatakan sama dengan +1 . Besarnya muatan elektron sama tetapi berlawanan tanda dengan muatan proton. Oleh karena itu, muatan elektron dinyatakan sama dengan -1. Sedangkan neutron merupakan partikel yang tidak bermuatan.


Gambar: Susunan partikel atom (joeruff.com)
 
Bagaimanakah partikel-partikel dasar penyusun atom dtemukan dan diketahui sifat-sifatnya? Eksperimen pertama yang menunjukkan adanya elektron dilakukan seorang ahli fisika bangsa Inggris J.J. Thomson sekitar tahun 1900. Ia mengamati dua pelat elektroda dalam tabung vakum. Ketika dua pelat elektroda tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi, dari elektroda negatif (katoda) menjalar sinar menuju elektroda positif (anoda). Sinar-sinar yang keluar dari katoda itu disebut sinar katoda, dan tabung vakum tadi dinamakan tabung sinar katoda. Sinar katoda tidak terlihat oleh mata, tetapi keberadaannya dapat diketahui karena mampu memendarkan ZnS yang terdapat pada kaca dinding tabung sinar katoda. Sinar katoda dibelokkan oleh muatan listrik ke arah kutub positif. Fakta ini menjadi landasan bagi Thomson untuk menyimpulkan bahwa sinar katoda sebagai arus partikel bermuatan negatif, yang dinamakan elektron. Berdasarkan pengukuran simpangan jalan berkas elektron (sinar katoda) dalam medan magnet, Thomson berhasil mengetahui hasil perbandingan muatan terhadap massa elektron, yaitu:

e/m = 1,76 x 108 coulomb/gram

e menunjukkan muatan elektron dalam satuan coulomb dan m menunjukkan massa elektron dalam satuan gram.

 Gambar: Alat eksperimen J.J. Thomson (en.wikibooks.org)

Selanjutnya, pada tahun 1909 Robert Millikan berhasil menentukan muatan elektron melalui eksperimen tetesan minyak. Pada eksperimen tetesan minyak, tetesan halus minyak dapat menangkap satu, dua, tiga, empat, lima, dan seterusnya elektron. Dari eksperimen tersebut, Millikan menemukan bahwa tetesan halus minyak mempunyai muatan yang merupakan kelipatan bulat dari -1,60 x 10-19  coulomb. Dengan demikian, ia menyimpulkan bahwa elektron mempunyai muatan sebesar -1,60 x 10-19  coulom. Oleh karena perbandingan muatan terhadap massa elektron telah diketahui Thomson sebesar 1,76 x 108  coulomb/gram dan muatan elektron diketahui Millikan sebesar 1,60 x 10-19  coulom, maka massa elektron dapat dihitung, yakni sebesar 9,11 x 10-28  gram.

Gambar: Eksperimen tetes minyak Robert Millikan (stmary.ws)

Bagaimana inti atom ditemukan? Penemuan inti atom berawal dari penemuan keradioaktifan. Unsur radioaktif, misalnya uranium dan radium, secara spontan membelah diri karena inti atomnya tidak stabil. Unsur radioaktif membelah diri seraya memancarkan sinar radioaktif. Sebagian dari sinar radioaktif dinamakan sinar allfa, Sinar alfa terdiri atas arus partikel yang merupakan ion helium dengan muatan 2+ (He2+  ) 

Rutherford, dalam eksperimen yang dilakukannya, mengarahkan berkas sinar alfa pada lempeng tipis logam, misalnya emas, platina, dan tembaga. Ternyata sebagian besar partikel alfa dapat menembus lempeng tipis logam tanpa penyimpangan arah. Hanya saja sebagian kecil sinar alfa yang disimpangkan perjalanannya, dan sebagian kecil dipantulkan. Oleh karena sinar alfa bermuatan positif dan hanya sebagian kecil sinar itu dibelokkan atau dipantulkan, maka Rutherford menyimpulkan bahwa pada dasarnya atom merupakan ruang kosong. Di dalam atom mesti ada inti atom yang bermuatan positif dan berukuran jauh lebih kecil daripada atom, tetapi hampir seluruh massa atom terpusat pada inti atom. Oleh karena inti atom bermuatan positif, maka inti atom mesti terdiri atas proton-proton.
 Gambar: Eksperimen Rutherford (chegg.com)

Berdasarkan fakta bahwa massa inti atom unsur-unsur selalu lebih besar daripada keseluruhan massa proton yang membentuknya, pada tahun 1920 Rutherford mengajukan hipotesis bahwa dalam inti atom harus ada partikel yang tidak bermuatan, sedangkan massanya hampir sama dengan massa proton. Baru 12 tahun berikutnya, tepatnya pada tahun 1932, hipotesis Rutherford berhasil dibuktikan oleh James Chadwick. Dalam eksperimen yang dilakukannya, Chadwick menembaki atom berilium dengan sinar alfa. Dari hasil penembakan itu terdeteksi adanya partikel tidak bermuatan, yang dinamakan neutron. Neutron tergolong partikel dasar karena semua atom mengandung partikel ini (kecuali isotop hidrogen -1).

Partikel-partikel dasar itulah yang selanjutnya menyusun berbagai macam model atom seperti yang kita kenal saat ini. Lebih jelasnya baca pembahasannya pada tulisan Ringkasan Sejarah Perkembangan Model Atom.  Sekian dulu tulisan mengenai Sejarah Penemuan Proton, Neutron, dan Elektron, semoga bermanfaat.

0 komentar:

Post a Comment

Kepada para pembaca, jika ada sesuatu yang berkesan maka silahkan berkomentar