1. PENEMUAN ELEKTRON
Melalui pengaruh medan listrik dan medan magnet dalam tabung sinar katoda atau tabung pengawa muatan (discharge tube) Joseph John Thomson pada tahun 1897 menemukan elektron.
Tabung sinar katoda berupa tabung kaca yang terdiri dari anoda (kutup positif) dan katoda (kutub negatif), sumber arus bertegangan tinggi (±10.000 volt) dan pompa vokum untuk mengatur tekanan dalam tabung. Tabung sinar katoda diberi tekanan udara sangat rendah (hampir vakum, hampa).
Tekanan udara dalam tabung sinar katoda dirancang sangat rendah agar dapat menghantarkan arus listrik, karena gas pada tekanan normal tidak dapat menghantarkan arus listrik.
Orang pertama yang mengetahui gas pada tekanan rendah menjadi konduktor listrik yang baik adalah Sir Humphry Davy Ahli fisika Inggris pada tahun 1821.
Ketika sumber arus dijalankan, gas dalam tabung akan berpijar menghasilkan warna tertentu bergantung pada gas yang ada dalam tabung. Ketika tekanan diturunkan daerah anoda menjadi gelap tetapi bagian depan katoda berpendar dengan warna hijau.
Cahaya hijau ini bersumber dari katode menuju anoda sehingga disebut sinar katoda dan alatnya disebut tabung sinar katoda.
Setelah dipelajari secara mendalam diperoleh sifat sinar katode berikut.
2) Semua materi memiliki sinar katoda dan sinar katoda yang dihasilkan adalah sama, tidak tergantung pada bahan elektrode dan gas dalam tabung.
3) Sinar katoda bermuatan negatif, karena dibelokan ke arah kutub positif medan magnet dan medan listrik.
Berdasarkan sifat-sifat yang diperoleh, Thomson menyimpulkan bahwa sinar katoda merupakan suatu partikel dasar penyusun atom yang bermuatan negatif. Partikel ini kemudian disebut elektron.
Dari simpangan jalannya sinar katoda (elektron) oleh medan magnet, Thomson berhasil menentukan harga perbandingan muatan elektron dengan massanya.
Dari percobaan itu, diperoleh harga, e/m = 1,76 x 10 pangkat 8 coulomb/g
dengan :e = muatan elektron (coulomb)
m = massa elektron (g)
 |
| Gambar Robert Milikan dan peralatan tetes minyak yang digunakan untuk menentukan muatan yang dimiliki oleh elektron. |
Pada tahun 1909, melalui eksperimen “tetes minyak”, Robert Milikan di Universitas Chicago berhasil menentukan muatan satu elektron. Pada eksperimen ini, tetesan halus minyak mampu menangkap satu, dua, tiga, empat dan seterusnya elektron.
Milikan menemukan muatan minyak kelipatan bulat dari 1,6 x 10 pangkat -19 coulomb yakni:
- 3,2 x 10 pangkat -19 coulomb- 5,12 x 10 pangkat -19 coulomb
- dan seterusnya.
Dari hal ini Milikan menyimpulkan bahwa muatan satu elektron adalah 1,6 x 10 pangkat -19 coulomb dan diberi tanda -1.
Dari percobaan yang telah dilakukan oleh Thomson dan Milikan, maka massa elektron dapat ditentukan.
Percobaan Thomson perbandingan muatan elektron dengan massanya peroleh harga e/m sebesar 1,76 x 10 pangkat 8 coulomb/g sedangkan dari Milikan muatan elektron sebesar 1,6 x 10 pangkat -19 coulomb, maka:
2. PENEMUAN PROTON
Penemuan elektron memacu para ilmuwan untuk mencari partikel bermuatan positif yang mengimbangi muatan negatif dari elektron. Selain itu, jika partikel penyusun atom hanya dari elektron-elektron, maka jumlah massa semua elektron dalam satu butir atom terlalu kecil ketika dibandingkan dengan massa keseluruhan satu butir atom tersebut.
Partikel bermuatan positif ini ditemukan oleh Eugene Goldsmith pada tahun 1886 menggunakan tabung sinar katoda (Tabung Crookes) yang telah dimodifikasi.
Berdasarkan eksperimen yang dilakukan oleh Goldstein, jika tabung sinar katoda diisi gas hidrogen bertekanan rendah dan katoda tidak diberi lubang, maka ketika arus listrik dijalankan ruang di belakang katoda tetap gelap. Namun bila katoda diberi lubang ternyata gas di belakang katoda dapat berpendar sehingga ruang tersebut menjadi terang.
Hal ini disebabkan oleh radiasi sinar yang berasal dari anoda, yang masuk melalui lubang pada katoda kemudian memendarkan gas hidrogen yang ada dibelakang katoda.
Sinar ini disebut sinar anoda atau sinar terusan atau sinar positif karena berasal dari anoda dalam tabung sinar katoda. Sinar anoda bergerak menuju katoda yang bermuatan negatif dan dibelokan ke kutub negatif di bawah pengaruh medan magnet atau medan listrik.
Hal ini menunjukan bahwa sinar anoda merupakan radiasi partikel yang bermuatan positif. Sinar anoda kemudian disebut proton. Dari percobaan selanjutnya diperoleh massa 1 proton adalah 1,6726 x 10 pangkat -24 g (=1 sma) dan muatan proton adalah 1,6022 x 10 pangkat -19 coulomb dan diberi muatan +1.
3. PENEMUAN INTI ATOM
Penemuan inti atom diawali dengan penamuan sinar-X oleh W.C Rontgen pada tahun 1895 dan penemuan zat radioaktif oleh Henry Becquerel pada tahun 1896.
Zat radioaktif yaitu zat yang dapat memancarkan sinar radioaktif secara spontan, misalnya uranium, radium dan polonium.
Sinar radioaktif terdiri dari :
* sinar alfa (α) * sinar beta (β)
* sinar gamma (γ)
Ketiga sinar ini bila dilewatkan di bawah pengaruh medan magnet ataupun medan listrik (Gambar) diperoleh hasil yang berbeda-beda yakni sebagai berikut:
1) sinar alfa (α) dibelokan ke kutub negatif artinya sinar alfa bermuatan positif.
2) Sinar beta dibelokan ke kutub positif, artinya sinar alfa bermuatan negatif.
3) Sinar gamma tidak dibelokan artinya sinar gama tidak bermuatan (netral).
Dalam tersebut, Rutherford bersama rekan-rekannya menembaki lempengan emas menggunakan sinar α. Sinar alfa merupakan radiasi partikel inti helium yang bermuatan positif (+2).
Alasan menggunakan emas karena dapat ditempa menjadi lempengan yang sangat tipis sekitar 100 atom (ketebalan sekitar 0,01 sampai 0,001 mm). Seperti logam-logam lain, emas sangat sulit untuk dimampatkan sehingga atom-atom emas dapat dianggap berjejeran.
Sinar alfa diletakan di dalam balok timbal yang diberi lubang kecil agar partikel α yang keluar membentuk berkas sempit. Disekitar lempengan emas diletakan pelat seng sulfida (ZnS) sebagai detektor yang akan berpendar bila terkena sinar α.
Dari percobaan penembakan lempengan emas menggunakan sinar alfa ternyata sebagian besar sinar alfa diteruskan atau menembus lempengan emas tanpa penyimpangan, sebagian kecil sinar alfa dipantulkan dan sebagian lagi dibelokan seperti yang tertera pada Gambar berikut.
Adanya partikel alfa (α) yang dibelokan dan dipantulkan sangat mengagetkan Rutherford, sehingga dia menyatakan “merupakan hal yang luar biasa bila anda menembak secarik kertas dengan peluru 15 inci dan peluru tersebut berbalik ke arah anda”.
Dari eksperimen dilakukan Rutherford mengemukakan beberap hal berikut:
1) Sebagian besar sinar alfa diteruskan karena di dalam atom sebagian besar merupakan ruang kosong atau proton dan elektron yang berada di dalam atom tidak tersusun secara rapat.
2) Sinar alfa dibelokan karena partikel alfa yang bermuatan positif mendekati sesuatu yang bermuatan positif sehingga akan terjadi gaya tolak.
Berdasarkan penelitian yang dilakukan sinat alfa tertarik ke kutub negatif ketika diberi medan listrik. Hal ini menunjukan di dalam atom emas terdapat sesuatu yang bermuatan negatif sehingga sinar alfa lebih tertarik ke arahnya.
3) Sinar alfa dipantulkan karena pada bagian tengah dari atom emas terdapat sesuatu yang berbentuk pejal dengan ukuran sangat kecil namun memiliki massa yang besar. Hal ini terbukti dikemudian hari massa atom emas 197 sma sedangkan massa sinar alfa hanya 4 sma.
4. PENEMUAN NEUTRON
Neutron ditemukan oleh James Chdwick pada tahun 1932 dari penembakan inti atom berilium menggunakan partikel alfa berkecepatan tinggi. Dari penembakan tersebut Chadwich mendeteksi adanya partikel netral karena tidak dipengaruhi oleh medan magnet maupun medan listrik.
Partikel netral ini kemudian bertumbukan dengan parafin dan menyebabkan proton keluar dengan kecepatan tinggi. Partikel netral ini kemudian disebut neutron. Neutron memiliki massa hampir sama dengan massa proton.
Semua atom mengandung neutron kecuali hidrogen-1. Secara sederhana proses penembakan inti atom berilium ditunjukan pada Gambar berikut ini.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar