Atom merupakan partikel terkecil dari suatu unsur yang mengambil bagian dalam reaksi kimia. Dimana, atom bersifat netral secara elektrisitas yang tersusun atas inti pusat yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh satu atau lebih elektron yang bermuatan negatif.
Dalam sebuah atom terdiri dari berbagai partikel dasar penyusunnya diantaranya ada proton, elektron, dan neutron. Untuk mengetahuinya lebih lanjut kita simak penjelasan di bawah ini yuk!
Elektron
Partikel dalam atom pertama kali ditemukan oleh fisikawan asal Inggris, J.J Thomson pada tahun 1897. Penemuan elektron berkaitan dengan percobaan-percobaan tentang hantaran listrik melalui tabung hampa, dimana Ia melakukan percobaan dengan sinar katode.
Eksperimen dilakukan Thomson dengan mengamati dua pelat elektrode dalam tabung vakum. Dimana, ketika dua pelat elektrode tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi, dari elektrode negatif (katode) menjalar sinar menuju ke elektrode positif (anode). Maka sinar yang keluar dari katode disebut sinar katode dan tabung vakum disebut tabung sinar katode.
Dari eksperimen ini diperoleh kesimpulan bahwa elektron adalah komponen dasar dari semua atom. Dimana, sinar katode yang dibelokan oleh muatan listrik ke arah kutub positif merupakan partikel yang bermuatan listrik negatif.
(Baca juga: Massa Atom Suatu Unsur)
Elektron (sinar katode) mengalami defleksi ketika medan listrik dan medan magnet diterapkan dan J.J Thomson menggunakan sifat ini untuk menghitung rasio muatan/ massa untuk sebuah electron. Dimana, rumus perbandingan harga muatan negative eletron terhadap massanya, yaitu:
e/m = -1,76 x 108 coulomb/g
keterangan :
e = muatan electron dalam satuan coulomb
m = massa electron dalam satuan gram
Kendati demikian, pada tahun 1909 R.A. Milikan merancang metode yang dikenal sebagai percobaan tetes minyak untuk menentukan muatan pada elektron. Ia menemukan bahwa muatan pada elektron adalah 1,6 × 10–19 C.
Massa elektron (me) ditentukan dengan menggabungkan hasil ini dengan nilai Thomson dari rasio e / me.
Muatan/massa (e / m) = 1,758820X1011 C kg-1
Muatan (e) = 1,6022 X 10-19 C
Massa elektron (m) = 1,6022 X 10-19 = 1,758820X1011
m = 9,1094 X 10–31 kg
Proton
Eugen Goldstein pada tahun 1886 melakukan percobaan dengan menggunakan tabung sinar katode dan menemukan partikel jenis baru dari atom yang disebut sinar terusan atau sinar positif/ sinar anode. Hasil percobaan menunjukan sinar katode merupakan radiasi partikel yang bermuatan positif, dimana sinar anode bergantung pada jenis gas dalam tabung.
Dalam eksperimennya tersebut, Goldstein menemukan 3 sifat proton yaitu : proton ditemukan ketika hidrogen digunakan di dalam tabung lucutan, dalam hal hidrogen e/m adalah maksimum dan e = 1,622 x 10-19 C dan m = 1,67 x 10-27 kg, proton menanggung muatan positif satu unit dan 1837 kali lebih berat dari pada elektron.
Neutron
Pada tahun 1920, Rutherford mengajukan hipotesis bahwa dalam inti atom harus ada pertikel tidak bermuatan yang massanya hampir menyerupai massa proton. Hipotesisi Rutherford berhasil dibuktikan oleh James Chadwik dengan eksperimen yang dilakukannya yaitu dengan menembaki atom berilium dengan sinar alfa.
Hasil penembakan tersebut terdeteksi partikel tidak bermuatan yang memiliki massa yang hampir sama dengan proton. Oleh karena bersifat netral, partikel tersebut dinamakan neutron dan tergolong partikel dasar karena semua atom mengandung partikel t33ersebut kecuali isotop hydrogen.
Percobaan Tentang Elektron
Pernahkah Anda memperhatikan tabung televisi? Tabung televisi merupakan tabung sinar katode. Percobaan tabung sinar katode pertama kali dilakukan oleh William Crookes (1875). Hasil eksperimennya yaitu ditemukannya seberkas sinar yang muncul dari arah katode menuju ke anode yang disebut sinar katode.
George Johnstone Stoney (1891) yang mengusulkan nama sinar katode disebut "elektron". Kelemahan dari Stoney tidak dapat menjelaskan pengaruh elektron terhadap perbedaan sifat antara atom suatu unsur dengan atom dalam unsur lainnya.
Antoine Henri Becquerel (1896) menentukan sinar yang dipancarkan dari unsur-unsur radioaktif yang sifatnya mirip dengan elektron. Joseph John Thomson (1897) melanjutkan eksperimen William Crookes yaitu pengaruh medan listrik dan medan magnet dalam tabung sinar katode.
Percobaan 1: Pembelokan sinar katode oleh medan listrik
Hasil percobaan J.J. Thomson menunjukkan bahwa sinar katode dapat dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik. Hal ini membuktikan terdapat partikel bermuatan negatif dalam suatu atom. Besarnya muatan dalam elektron ditemukan oleh Robert Andrew Milikan (1908) melalui percobaan tetes minyak Milikan seperti gambar berikut.
Percobaan 2: Diagram eksperimen tetes minyak 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. Dari hasil percobaan Milikan dan Thomson diperoleh muatan elektron –1 dan massa elektron 0, sehingga elektron dapat dilambangkan (-10e).
Percobaan Tentang 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. Bagaimana mungkin atom itu bersifat netral dan mempunyai massa, jika hanya ada elektron saja dalam atom? Eugene Goldstein (1886) melakukan eksperimen dari tabung gas yang memiliki katode, yang diberi lubang-lubang dan diberi muatan listrik.
Percobaan 3: Eksperimen Goldstein untuk mempelajari partikel positif
Hasil eksprerimen tersebut membuktikan bahwa pada saat terbentuk elektron yang menuju anode, terbentuk pula sinar positif yang menuju arah berlawanan melewati lubang pada katode. Setelah berbagai gas dicoba dalam tabung ini, ternyata gas hidrogenlah yang menghasilkan sinar muatan positif yang paling kecil baik massa maupun muatannya, sehingga partikel ini disebut dengan proton. Massa proton = 1 sma (satuan massa atom) dan muatan proton = +1.
Percobaan Tentang Inti Atom
Setelah penemuan proton dan elektron, Ernest Rutherford melakukan penelitian penembakan lempeng tipis emas. 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 oleh Hans Geiger dan Ernest Marsden (1911) menemukan konsep inti atom didukung oleh penemuan sinar X oleh WC. Rontgen (1895) dan penemuan zat radioaktif (1896). Percobaan Rutherford dapat digambarkan sebagai berikut.
Percobaan 4: Eksperimen Rutherford, hamburan sinar alfa oleh lempeng emas
Hasil percobaan ini membuat Rutherford menyatakan hipotesisnya bahwa atom tersusun dari inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi elektron yang bermuatan negatif, 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.
Percobaan Tentang Neutron
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 bersifat netral atau tidak bermuatan dan massanya hampir sama dengan proton. Partikel ini disebut neutron dan dilambangkan dengan 10n.
Percobaan 5: Diagram alir pelepasan partikel neutron