Struktur dan sifat atom

1. Struktur dan Sifat Atom
Konsep adanya inti atom pertama kali dinyatakan oleh Rutherford dari
hasil serangkaian eksperimennya untuk menguji model atom yang dikemukakan
oleh Thomson dengan percobaan yang terkenal dengan nama hamburan
Dari eksperimen ini Rutherford menyimpulkan bahwa massa seluruh atom
terkumpul pada suatu titik yang disebut inti atom yang bermuatan positif.
Muatan positif yang terdapat pada inti atom sama dengan jumlah muatan
elektron yang bergerak mengelilingi inti. Partikel yang bermuatan positif
dalam inti atom disebut proton.
Atom hidrogen biasa hanya mengandung sebuah elektron dan sebuah proton.
Dari percobaan Milikan dan Thomson diperoleh bahwa massa elektron sangatlah
kecil, sehingga massa proton hanya sedikit lebih kecil dari pada massa
atom hodrogen
Jika inti ato hanya terdiri dari proton maka atom oksigen yang intinya
memiliki 8 proton akan memiliki massa kira-kira 8 kali massa atom hidrogen.
Tetapi dengan menggunakan spektrometer massa diperoleh bahwa massa atom
oksigen kira-kira 16 kali massa atom hidrogen. Pada awal tahun 1920,
Rutherford mengusulkan bahwa inti seharusnya mengandung sejumlah partikel
netral, di mana massa atom netral ini hampir sama dengan massa proton . ia
menamai partikel ini dengan neutron. Barulah dua belas tahun kemudan
fisikawan inggris James Chadwick (1891-1974), pada tahun 1933 berhasil
mendemostrasikan kehadiran partikel netral ini.
Partikel-partikel ditembakan pada sasaran berilium. Kemudian
memancarkan suatu radiasi tembus yang tak dikenal. Radiasi ini tidak
dibelokkan baik oleh medan listrik maupun medan magnetik. Sehingga dapat
disimpulkan bahwa secara listrik, partikel-partikel radiasi adalah netral
atau tidak bermuatan. Radiasi ini selanjutnya menumbuk lembaran parafin
kaya hindrogen dan mengeluarkan proton-proton dari parafin sebagai akibat
tuambukan elastis. Proton-proton yang bermuatan positif ini dengan mudah
dideteksi oleh kamar ionisasi atau (ionization chamber detector)
Dengan menggunakan hukum kekekalan momentum dan energi chadwick mampu
membuktikan bahwa massa partikel netral yang menumbuk parafin memiliki
massa hampir sama dengan proton , hasil ini persis denngan neutron
Rutherford yang telah diprediksi kehadiranya tiga belas lalu.
Dengan demikian inti atom terdiri dari sejumlah proton bermuatan positif
dan sejumlah neutron tak bermuatan. Proton dan neutron sebagai partikel
peyusun inti atom (nukleus) disebut sebagai nukleon.
1. Lambang nuklida
Jumlah proton dalam suatu inti atom disebut nomor atom, yang
dilambangkan dengan Z. Sedangkan jumlah nukleon (proton dan neutron)
dalam inti atom disebut nomor massa, yang dilambangkan dengan A. Jika
unsur dilambangkan dengan X, maka inti atom dengan nomor atom tertentu
dan nomor massa tertentu disebut nuklida. Sebuah nuklida dilambangkan
dengan :



Misalkan nuklida dari unsur helium dengan nomor atom 2 dan nomor massa 4
dilambangkan dengan . Dari lambang nuklida , kita dapat
menentukan jumlah proton dan neutron dalam inti atom dan sekaligus jumlah
elektron mengitari inti yaitu sebagai berikut :
Jumlah proton = Z
Jumlah neutron = A-Z
Jumlah elektron = Z untuk aton netral
2. Isotop , Isobar dan Isoton
Isotop didefinisikan sebagai nuklida-nuklida dengan jumlah proton (Z)
sama tetapi jumlah neutron berbeda. Misalnya .
Isobar didefinisikan sebagai nuklida-nuklida dengan jumlah nukleon
(A) sama tetapi jumlah proton berbeda. Misalnya
Isoton didefinisikan sebagai nuklida-nuklida dengan jumlah neutron
yang sama. Misalkan
Proton memiliki satu muatan elementer positif yang besarnya sama dengan
muatan e elektron (e = 1,6 x 10-19 C). Massa- massa inti dapat diukur
dengan ketelitian tinggi menggunakan spektrometer massa. Massa proton
kira-kira 836 kali lebih besar daripada massa elektron, tetapi massa
proton hampir sama dengan massa neutron. Massa atom ditentukan dengan
menggunakan satuan u ( atomic mass unit) yang didefinisikan sebagai :
1 u = massa isotop karbon-12 ()
Jadi, massa isotop tepat sama dengan 12 u, dengan 1 u = 1,660559 x
10-27 kg. Satu proton atau satu neutron memiliki massa kira-kira 1 u.
Massa proton = 1,007276 u
Massa neutron = 1,008665 u
Massa elektron = 0,000549 u
3. Kestabilan Inti
Tidak setiap gabungan neutron dan proton membentuk inti yang stabil.
Pada umumnya inti ringan (A < 20) mengandung jumlah neutron dan proton
yang hampir sama, sedangkan inti berat proporsi neutron bertambah besar.
Jumlah neutron cenderung lebih banyak dibandingkan dengan jumlah
proton, ini karena gaya tolak antar proton akan menjadi besar untuk inti
yang mengandung 10 proton atau lebih dibandingkan dengan gaya tarik (gaya
inti) antar nukleon untuk mencapai kestabilan inti.
lebih stabil dibandingkan dengan . Titik – titik yang
menggambarkan isotop stabil menentukan suatu daerah kestabilan yang agak
sempit. Untuk bilangan – bilangan massa yang rendah didapatkan .
Perbandingan ini akan bertambah besar dan akan kira – kira mencapai 1,6
untuk bilangan massa yang besar. Kestabilan inti dapat dipahami
berdasarkan sifat alam gaya tarik nuklir dan gaya tolak Coulomb. Sebuah
inti dengan terlalu banyak neutron akan menjadi tidak stabil sebab tidak
cukup bagi mereka untuk dipasangkan dengan proton – proton. Sebaliknya
inti dengan terlalu banyak proton akan menghasilkan terlalu banyak gaya
tolak dibandingkan dengan gaya tarik nuklir untuk menjadi stabil. Tidak
ada inti dengan nomor massa yang lebih besar dari 209 yang stabil.
-----------------------


Gambar 1. Kestabilan Inti