2.1 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)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 4He
2 . Dari lambang nuklida X A
Z , 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 1H
1 H 2
1 H 3 1 .
Isobar didefinisikan sebagai nuklida-nuklida dengan jumlah nukleon (A)
sama tetapi jumlah proton berbeda. Misalnya 14N
7 C
13 6
Isoton didefinisikan sebagai nuklida-nuklida dengan jumlah neutron yang
sama. Misalkan 3H
1 He 4 2
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
X
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 =
12 1
massa isotop karbon-12 (12C
6 )
Jadi, massa isotop 12C
6 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.
B
11
5 lebih stabil dibandingkan dengan C 11
6 . Titik – titik yang
menggambarkan isotop stabil menentukan suatu daerah kestabilan yang agak
sempit. Untuk bilangan – bilangan massa yang rendah didapatkan 1
Z N
.
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
