Proton dan Neutron

1.      Proton 

            Pada awal tahun 1900-an, dua karakteristik atom sudah menjadi jelas: atom mengandung elektron, dan atom secara listrik bermuatan netral. Untuk mempertahankan kenetralan listrik, atom harus mengandung muatan positif dan negatif dengan jumlah yang sama. Berdasarkan informasi ini, Thomson mengajukan pandangannya bahwa suatu atom dapat dibayangkan sebagai suatu materi yang seragam dan bermuatan positif dengan elektron-elektron menempel padanya (Gambar 2.7). Model Thomson ini, yang disebut model roti kismis, menjadi teori yang diterima selama beberapa tahun.

Figure 2.7 Thomson's model of the atom, sometimes described as the "plum-pudding" model, after a traditional English dessert containing raisins. The electrons are embedded in a uniform, positively charged sphere.

            Pada tahun 1910, seorang fisikawan Selandia Baru Ernest Rutherford, yang sebelumnya belajar bersama Thomson di Cambridge University, memutuskan untuk menggunakan partikel α untuk mengetahui struktur atom. Bersama rekannya Hans Geiger dan mahasiswanya yang bernama Ernest Marsden, Rutherford melakukan serangkaian percobaan dengan menggunakan lembaran emas yang sangat tipis dan logam lainnya sebagai sasaran untuk partikel α yang berasal dari sebuah radioaktif (Gambar 2.8). Mereka mengamati bahwa sebagian besar partikel menembus lembaran tanpa membelok atau hanya sedikit membelok. Mereka juga mengamati bahwa ada partikel α yang dihamburkan (atau dibelokkan) dengan sudut yang besar. Pada beberapa kesempatan, partikel α dipantulkan ke arah datangnya! Ini merupakan penemuan yang paling mengejutkan, karena dalam model Thomson muatan positif dari atom sangat tersebar sehingga partikel α yang bermuatan positif diperkirakan menembus dengan sedikit pembelokan. Mengutip tanggapan awal Rutherford ketika menceritakan penemuan ini: “sangat luar biasa, seolah-olah anda menembakkan peluru 15 inci ke selembar kertas tisu dan peluru itu membalik dan mengenai Anda.

          Untuk menjelaskan hasil percobaan hamburan α, Rutherford membuat model baru untuk struktur atom, dengan anggapan bahwa sebagian besar dari atom pastilah berupa ruang kosong. Struktur ini akan memungkinkan sebagian besar partikel α menembus lembaran emas dengan sedikit atau tanpa pembelokkan. Menurut proposisi Ruterford, muatan positif atom seluruhnya terkumpul dalam inti (nucleus), yaitu suatu inti pusat yang padat terletak didalam atom. Setiap kali partikel α mendekat ke inti dalam percobaan hamburan, partikel ini mengalami gaya tolak yang besar sehingga partikel ini membelok jauh. Bahkan, partikel α yang langsung menuju inti akan mengalami tolakan yang sangat besar sehingga dapat berbalik kembali arah datangnya.

Figure 2.8 (a) Rutherford's experimental design for measuring the scattering of α particles by a piece of gold foil. Most of the α particles passed through the gold foil with little or no deflection. A few were deflected at wide angles. Occasionally an α particle was turned back. (b) Magnified view of particles passing through and being deflected by nuclei.

Untuk materi kimia lainnya dapat Anda baca pada link berikut:  KLIK DI SINI

         Partikel-partikel bermuatan positif dalam inti disebut proton. Dalam percobaan yang terpisah, ditemukan bahwa muatan setiap proton mempunyai magnitude (besar) yang sama dengan elektron bahwa massanya adalah 1,67262 x 10^-24 g – sekitar 1840 kali massa elektron, yang muatannya berlawanan.

            Pada tahap penyelidikan ini, ilmuwan membayangkan atom sebagai berikut. Massa inti merupakan bagian terbesar dari massa keseluruhan atom, tetapi inti menempati hanya sekitar 1/10¹³ dari volume atom. Kita menyatakan dimensi atom (dan molekul) dalam satuan SI yang disebut pikometer (pm), dan 1 pm = 1 x 10^-12 m.

Ukuran jari-jari atom adalah sekitar 100 pm, sedangkan jari-jari inti atom hanya sekitar 5 x 10^-3 pm. Anda dapat membayangkan bahwa jika suatu atom seukuran Gelora Senayan, maka volume intinya akan sebanding dengan ukuran kelereng. Walaupun proton seluruhnya berada di dalam inti atom, elektron diperkirakan tersebar di sekitar inti pada jarak tertentu dari inti tersebut.

2.      Neutron

           Model struktur atom Rutherford menyisakan sebuah masalah penting yang belum terpecahkan. Telah diketahui bahwa Hidrogen, atom yang paling sederhana, mengandung hanya satu proton dan bahwa atom helium mengandung dua proton. Jadi, perbandingan massa atom helium dan atom hidrogen tentunya adalah 2:1. (karena massa elektron jauh lebih ringan daripada massa proton, pengaruhnya dapat diabaikan). Tapi dalam kenyataan, perbandingannya adalah 4:1.

          Rutherford dan rekan-rekannya mempostulatkan bahwa pastilah terdapat jenis partikel subatom yang lain dalam inti atom; pembuktiannya diberikan oleh fisikawan Inggris yang lain, James Chadwick, pada tahun 1932. Ketika Chadwick menembakkan partikel α ke selembar tipis berilium, logam tersebut memancarkan radiasi yang berenergi sangat tinggi yang serupa dengan sinar-γ. Percobaan selanjutnya menunjukkan bahwa sinar itu sesungguhnya terdiri atas partikel netral yang mempunyai massa sedikit lebih besar daripada massa proton. Chadwick menamai partikel ini neutron.

Figure 2.9 The protons and neutrons of an atom are packed in an extremely small nucleus. Electrons are shown as *cloud* around the nucleus. 

         Misteri perbandingan massa di atas sekarang sudah dapat dijelaskan. Dalam inti helium terdapat dua proton dan dua neutron, tetapi tetapi dalam inti hidrogen hanya terdapat satu proton dan tidak ada neutron; jadi perbandingannya adalah 4:1. Gambar 2.9 menunjukkan letak dari partikel-partikel elementer (proton, neutron, dan elektron) di dalam suatu atom. Terdapat partikel subatom yang lain, tetapi elektron, proton, dan neutron adalah tiga komponen dasar atom yang penting dalam kimia. Tabel 2.1 menunjukkan massa dan muatan dari ketiga partikel elementer ini.

Referensi: Raymond Chang

Untuk materi kimia lainnya dapat Anda baca pada link berikut:  KLIK DI SINI