PERCOBAAN-PERCOBAAN YANG MEMBUKTIKAN ADANYA PROTON NEUTRON DAN ELEKTRON

By : Rihartadi Sudarli 

PENEMUAN PROTON

Pada tahun 1886, sebelum hakikat sinar katoda ditemukan, Goldstein melakukan suatu percobaan dengan tabung sinar katoda dan menemukan fakta berikut. Yaitu apabila katode tidak berlubang ternyata gas di belakang katode tatap gelap. Namun, bila pada katode tidak berlubang ternyata gas di belakan katode menjadi berpijar. Hal ini menunjukkan adanya radiasi yang berasal dari anode, yang menerobos lubang pada katode dan memijarkan gas dibelakang katode itu. Radiasi itu disebut sinar anode atau sinar positif atau sinar terusan.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa sinar terusan merupakan radiasi partikel (dapat memutar kincir) yang bermuatan positif (dalam medan listrik dibelokkan ke kutub negatif). Partikel sinar terusan ternyata bergantung pada jenis gas dalam tabung. Artinya, jika gas dalam tabung diganti, ternyata dihasilkan partikel sinar terusan dengan ukuran yang berbeda. Partikel sinar terusan terkecil diperoleh dari gas hidrogen. Partikel ini kemudian disebut proton.

Muatan maupun massa partikel sinar terusan dari gas lain selalu merupakan kelipatan bulat dari massa dan muatan proton, sehingga diduga bahwa partikel itu terdiri atas proton-proton.

Kemudian pada tahun 1919, Rutherford menemukan proton terbentuk ketika partikel alfa ditembakkan pada inti atom nitrogen. Hal serupa juga terjadi pada penembakan inti atom lain. Hal ini membuktikan bahwa inti atom terdiri atas proton sebagaimana diduga oleh Goldstein.

PENEMUAN NEUTRON

Neutron ditemukan oleh James Chadwick pada tahun 1932, tetapi keberadaannya telah diduga oleh Aston sejak tahun 1919.

Pada tahun itu, Aston menemukan spektrometer massa, yaitu alat yang dapat digunakan untuk menentukan massa atom dan massa molekul. Dengan alat tersebut, Aston menemukan bahwa atom-atom dari unsur yang sama dapat mempunyai massa yang berbeda. Fenomena ini disebut isotop, salah satu fenomena yang menggugurkan teori atom Dalton. juga ditemukan bahwa massa suatu atom ternyata tidak sama dengan jumlah protonnya. Banyak atom yang massanya sekitar dua kali massa protonnya. Berdasarkan kedua fakta tersebut, Aston menduga keberadaan partikel netral dalam atom yang jumlahnya dapat berbeda meskipun unsurnya sama.

Selanjutnya pada tahun 1930, W. Bothe dan H. Becker menembaki inti atom berilium dengan partikel alfa dan menemukan suatu radiasi partikel yang mempunyai daya tembus tinggi.

Pada tahun 1932, James Chadwick memuktikan bahwa radiasi tersebut terdiri atas partikel netral yang massanya hampir sama dengan massa proton. Oleh karena bersifat netral, partikel itu dinamai neutron. Percobaan lebih lanjut membuktikan bahwa neutron juga merupakan partikel dasar penyusun inti atom

PENEMUAN ELEKTRON

Eksperimen pertama yang menunjukkan adanya electron dilakukan seorang ahli fisika bangsa inggris yang bernama J.J. Thomson sekitar tahun 1900. Ia mengamati dua pelat elektroda dalam tabung vakum. Ketika dua pelat elektroda tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi, dari elektroda negative (katoda) menjalar sinar menuju elektroda positif (anoda). Sinar yang keluar dari katoda itu disebut sinar katoda dan tabung vakum tadi dinamakan tabung sinar katoda. Sinar katoda tidak terlihat oleh mata, tetapi keberadaannya dapat diketahui karena mampu memendarkan ZnS yang terdapat pada kaca dinding tabung sinar katoda (Gambar 1).

Sinar katoda dibelokkan oleh muatan medan magnet kearah kutub positif (Gambar 2) dan tarik menarik kearah kutub negative (Gambar 3). Fakta ini menjadi landasan bagi Thomson untuk menyimpulkan bahwa sinar katoda sebagai sebagai arus partikel yang bermuatan negative, yang dinamakan electron.

Berdasarkan besarnya simpangan sinar katode dalam medan listrik, Thomson dapat menentukan nisbah muatan terhadap massa (nilai e/m) dar partikel katode yaitu sebesar :

e/m = 1,67 x 10 pangkat 8 C/g

George Johnstone Stoney (1891) yang memberikan nama sinar katoda disebut “elektron”. Kelemahan dari Stoney tidak dapat menjelaskan pengertian atom dalam suatu unsur memiliki sifat yang sama sedangkan unsur yang berbeda akan memiliki sifat berbeda, padahal keduanya sama-sama memiliki elektron.

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 katoda. Hasil percobaannya membuktikan bahwa ada partikel bermuatan negatif dalam suatu atom karena sinar tersebut dapat dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik.

Percobaaan lain membuktikan adanya elektron adalah Percobaan tetes minyak milikan dilakukan sebagai berikut :

1. Dengan menggunakan alat penyemprot, minyak disemprotkan sehingga membentuk tetesan-tetesan kecil. Sebagian tetes minyak akan melewati lubang pada pelat atas dan jatuh karena tarikan grafitasi
2. Dengan menggunakan teropong, diameter tetes minyak dapat ditentukan, sehingga massa minyak dapat diketahui
3. Radiasi sinar X akan mengionkan gas di dalam silinder. Ionisasi akan menghasilkan elektron. Elektron tersebut akan  melekat pada tetes minyak, sehingga tetes minyak menjadi bermuatan listrik negatif. Ada yang menyerap satu,dua, atau lebih elektron. Jika pelat logam tidak diberi beda potansia, tetes-tetes minyak tetap jatuh karena pengaruh grafitasi
4. Jika pelat logam diberi beda potensial dengan pelat bawah sebagai kutub negatif, maka tetes minyak yang bermuatan negatif akan mengalami gaya tolak listrik. Sesuai dengan hukum coloumb, tetes minyak yang mengikat lebih banyak elektron akan tertolak lebih kuat. Pergerakan tetes minyak dapat menggunakan teropong. Dengan mengatur beda potensial, tetes minyak dibuat mengambang. dalam keadaan seperti itu berarti gaya tarik grafitasi sama dengan gaya tolak listrik
5. Melalui percobaan tersebut, Milikan menemukan bahwa muatan tetes-tetes minyak selalu merupakan kelipatan bulat dari suatu muatan tertentu, yaitu 1,602 x 10-19 coloumb. Millikan menyimpulkan bahwa muatan tersebut adalah muatan dari satu elektron. Perbedaan muatan antar tetesan terjadi karena satu tetesan dapat mengikat 1,2,3 atau lebih elektron

Dengan telah diketahuinya muatan elektron, maka dapat ditentukan massa elektron (m) yaitu dengan membagi nisbah muatan terhadap massa (nilai e/m dari percobaan tabung sinar katoda) dengan muatan elektron.

maka massa elektron = 9,11 x 10 pangkat -28