Penemuan Elektron Proton dan Neutron

Penemuan Elektron Proton dan Neutron – Dalam sebuah atom terdapat tiga jenis muatan yaitu proton, neutron, dan elektron. Proton dan neutron berada di dalam inti atom. Sedangkan elektron terus berputar mengelilingi inti atom karena muatan listriknya. Semua elektron bermuatan negatif (–) dan semua proton bermuatan positif (+). Sementara itu, neutron bermuatan netral. Elektron yang bermuatan negatif (–) ditarik oleh proton yang bermuatan positif (+) pada inti atom. Elektron tersebut tidak meninggalkan inti, meskipun ada gaya sentrifugal yang terjadi akibat kecepatan elektron. Atom memiliki elektron di bagian luarnya sedangkan proton dalam jumlah yang sama di bagian pusatnya, sehingga muatan listrik atom berada dalam keadaan seimbang. Namun, baik volume maupun massa proton lebih besar daripada elektron. Jika kita membandingkannya, perbedaan di antara kedua partikel ini seperti perbedaan antara manusia dengan sebutir kacang kenari. Walaupun demikian, muatan listrik total keduanya tetap sama besar.

Keberadaan dari ketiga jenis muatan tersebut tidak lepas dari usaha yang dilakukan oleh beberapa ilmuan penemu. Untuk lebih jelasnya mengenai penemuan katiga muatan tersebut, berikut ulasannya:

1. Penemuan Elektron

Setelah John Dalton (1766-1844) pada tahun 1803 mengemukakan teori atom yang pertama kali, maka tidak lama setelah itu dua orang ilmuwan yaitu Sir Humphry Davy (1778-1829) dan muridnya Michael Faraday (1791-1867), menemukan metode elektrolisis, yaitu cara menguraikan senyawa menjadi unsur-unsurnya dengan bantuan arus listrik. Dengan metode baru itulah akhirnya mereka menemukan bahwa atom mengandung muatan listrik.

Sejak pertengahan abad ke-19, para ilmuwan banyak meneliti daya hantar listrik dari gas-gas pada tekanan rendah. Tabung lampu gas pertama kali dirancang oleh Heinrich Geissler (1829-1879) dari Jerman pada tahun 1854. Rekannya, Julius Plucker (1801-1868), membuat eksperimen sebagai berikut. Dua pelat logam ditempatkan pada masing-masing tabung Geissler yang divakumkan, lalu tabung gelas itu diisi dengan gas pada tekanan rendah. Salah satu pelat logam (disebut anode) membawa muatan positif, dan pelat yang satu lagi (disebut katode) membawa muatan negatif. Ketika muatan listrik bertegangan tinggi dialirkan melalui gas dalam tabung, muncullah nyala berupa sinar dari katode ke anode. Sinar yang dihasilkan ini disebut sinar katode.

Plucker ternyata kurang teliti dalam pengamatannya dan menganggap sinar tersebut hanyalah cahaya listrik biasa. Pada tahun 1875, William Crookes (1832-1919) dari Inggris, mengulangi eksperimen Plucker tersebut dengan lebih teliti dan mengungkapkan bahwa sinar katode merupakan kumpulan partikel-partikel yang saat itu belum dikenal.

Tabung sinar katode William Crookes

Hasil-hasil eksperimen Crookes dapat dirangkum sebagai berikut.

Partikel sinar katode bermuatan negatif sebab tertarik oleh pelat yang bermuatan positif.
Partikel sinar katode mempunyai massa sebab mampu memutar baling-baling dalam tabung.
Partikel sinar katode dimiliki oleh semua materi sebab semua bahan yang digunakan (padat, cair, dan gas) menghasilkan sinar katode yang sama.

Partikel sinar katode itu dinamai “elektron” oleh George Johnstone Stoney (1817 – 1895) pada tahun 1891.

Pada masa itu para ilmuwan masih diliputi kebingungan dan ketidaktahuan serta ketidakpercayaan bahwa setiap materi memiliki ekektron karena mereka masih percaya bahwa atom adalah partikel terkecil penyusun suatu materi. Kalau atom merupakan partikel terkecil, maka di manakah keberadaan elektron dalam materi tersebut?

Pada tahun 1897, Joseph John Thompson (1856 – 1940) dari Inggris melalui serangkaian eksperimennya berhasil mendeteksi atau menemukan elektron yang dimaksud Stoney. Thompson membuktikan bahwa elektron merupakan partikel penyusun atom, bahkan Thompson mampu menghitung perbandingan muatan terhadap massa elektron (e/m), yaitu 1,759 × 10 8 coulomb/gram.

Kemudian pada tahun 1908, Robert Andrew Millikan (1868-1953) dari Universitas Chicago menemukan harga muatan elektron, yaitu 1,602 × 10–19 coulomb. Dengan demikian massa sebuah elektron dapat dihitung.

2. Penemuan Proton

Keberadaan partikel bermuatan positif yang dikandung oleh atom diisyaratkan oleh Eugen Goldstein (1850-1930) pada tahun 1886. Dengan ditemukannya elektron, para ilmuwan semakin yakin bahwa dalam atom pasti ada partikel bermuatan positif untuk mengimbangi muatan negatif dari elektron. Selain itu, jika seandainya partikel penyusun atom hanya elektron-elektron, maka jumlah massa elektron terlalu kecil dibandingkan terhadap massa sebutir atom.

Gambaran Tabung sinar terusan Eugen Goldstein

Keberadaan partikel penyusun atom yang bermuatan positif itu semakin terbukti ketika Ernest Rutherford (1871-1937), orang Selandia Baru yang pindah ke Inggris, pada tahun 1906 berhasil menghitung bahwa massa partikel bermuatan positif itu kira-kira 1.837 kali massa elektron. Kini kita menamai partikel itu proton, nama yang baru dipakai mulai tahun 1919.

Massa 1 elektron = 9,11 × 10^–28 gram

Massa 1 proton = 1.837 × 9,11 × 10^–28 gram

= 1,673 × 10^–24 gram

3. Penemuan Neutron

Setelah para ilmuwan mempercayai adanya elektron dan proton dalam atom, maka timbul masalah baru, yaitu jika hampir semua massa atom terhimpun pada inti (sebab massa elektron sangat kecil dan dapat diabaikan), ternyata jumlah proton dalam inti belum mencukupi untuk sesuai dengan massa atom. Jadi, dalam inti pasti ada partikel lain yang menemani proton-proton. Pada tahun 1932, James Chadwick (1891-1974) menemukan neutron-neutron, partikel inti yang tidak bermuatan. Massa sebutir neutron adalah 1,675 × 10^–24 gram, hampir sama atau boleh dianggap sama dengan massa sebutir proton.

Jadi sekarang diketahui dan dipercayai oleh para ilmuan bahwa inti atom tersusun atas dua partikel, yaitu proton (partikel yang bermuatan positif) dan neutron (partikel yang tidak bermuatan). Proton dan neutron mempunyai nama umum, nukleon-nukleon, artinya partikel-partikel inti.

Demikian penjelasan mengenai Penemuan Elektron Proton dan Neutron yang merupakan partikel-partikel dasar dari sebuah atom. Semoga penjelasan tersebut dapat memberikan manfaat bagi kita semua dan pemahaman mengenai ilmuan-ilmuan yang berperan dalam menjelaskan partikel dari sebuah atom.

Pustaka:

[Penemuan Elektron Proton dan Neutron – Rumus Kimia 2017]

[Kimia SMA/MA Kelas 10 oleh Budi Utami, Agung Nugroho Catur Saputro, Lina Mahardiani, Sri Yamtinah, Bakti Mulyani 2009]

[Sebagian Gambar Diambil dari Google Images]