Massa dan Muatan Partikel Subatom

5 Struktur Atom Dengan mengatur potensial pada pelat P, gerak tetesan minyak dapat diatur naik turun, gerakan ini dapat diamati melalui teleskop Gambar 1.5 . Turunnya tetes minyak akibat gaya gravitasi mg dan naiknya tetes minyak diatur oleh potensial untuk mengimbangi gaya gravitasi yang besarnya sesuai dengan hukum Stokes 6 πη rv , dengan r = jari-jari minyak, v= kecepatan jatuh minyak, dan η = viskositas minyak. Dari percobaan tetes minyak, Millikan menemukan bahwa muatan tetes minyak q selalu merupakan kelipatan bilangan bulat dari –1,6 × 10 –19 C, yakni: q = n e, dengan n = 1, 2, 3, ..., i Hal ini disebabkan satu tetes minyak dapat menangkap elektron sebanyak kelipatan dari bilangan bulat. Oleh karena itu, disimpulkan bahwa muatan sebuah elektron sama dengan –1,6 × 10 –19 C. Dengan mengetahui besar muatan elektron, harga massa elektron dapat dihitung dengan cara memasukkan harga muatan tersebut ke dalam persamaan angka banding e m = –1,76 ×10 11 C kg –1 yang ditemukan oleh Thomson, yaitu: 31 11 1 19 e m e 1,6×10 C m = = =9,11×10 1,76×10 Ckg − − − − − Untuk menyatakan muatan partikel subatom, muatan proton sama dengan +1, elektron ditetapkan sama dengan –1, sedangkan neutron tidak bermuatan netral. Muatan elektron dan proton sesungguhnya adalah –1,60 × 10 –19 C dan + 1,60 × 10 –19 C. Tetesan minyak yang jatuh melalui lubang menuju pelat bermuatan positif +. Butiran murni minyak yang di semprotkan pada alat. Pengamat Pelat yang bermuatan listrik – memengaruhi pergerakan tetesan. Sinar-X menembak elektron-elektron melalui udara, dan berbenturan dengan tetesan. sumber sinar X Gambar 1.5 Percobaan tetes minyak Millikan untuk mengukur muatan elektron. Sumber: Introduction Chemistry, 1997 Sekilas Kimia Sumber: www. th. physik.uni-frankfurt. J. J. Thomson menemukan elektron sebagai unit penting dalam arus listrik atas, Robert A. Millikan menemukan muatan elektron melalui percobaan minyak tetes bawah. J.J Thomson 1856-1940 Robert A. Millikan 1871-1937 Carilah informasi tentang percobaan yang dilakukan oleh Thomson dalam menentukan massa dan muatan partikel subatom. Kegiatan Inkuiri Tabel 1.1 Massa dan Muatan Partikel Subatom Partikel Subatom Massa Muatan Proton, p Neutron, n Elektron, e 1,67 × 10 –27 1,67 × 10 –27 9,11 × 10 –31 Eksak kg Relatif Eksak coulomb Relatif 1 +1,60 × 10 –19 – – 1,60 × 10 –19 +1 – –1 1 1.836 6 Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas X Aktivitas Kimia 1.1 Identifikasi Muatan Partikel Tujuan Mengidentifikasi muatan partikel ketika dipengaruhi medan magnet. Langkah Kerja Selidiki masalah yang disajikan berikut ini. Sinar partikel bergerak dengan kecepatan sama dari sumber yang berbeda dan dihubungkan dengan medan magnet seperti yang ditunjukkan dalam diagram. Sinar neutron digambarkan sebagai berikut. Kerjakan dengan teman sebangku Anda. Pertanyaan 1. Dari diagram tersebut, gambarkanlah bagaimana setiap sinar dari partikel- partikel berikut dipengaruhi oleh medan listrik. a. Proton b. Elektron c. 2 + 1 H 2. Jelaskan posisi dan bentuk setiap sinar jika sumber diganti dengan: a. Proton; b. Elektron; c. 2 + 1 H . neutron Sumber – + Lakukanlah kegiatan berikut. 1. Bagaimanakah menghubungkan antara fakta hasil percobaan Crookes dengan kesimpulan bahwa elektron memiliki massa? 2. Mengapa elektron dianggap sebagai partikel dasar penyusun materi? 3. Mengapa ion hidrogen disimpulkan sama dengan proton? Jelaskan. 4. Neutron disimpulkan tidak bermuatan. Fakta manakah yang dapat mendukung kesimpulan ini? 5. Fakta menunjukkan bahwa neutron yang lepas dari unsur berilium kemudian menumbuk parafin hingga proton-proton dari parafin terlepas. Berdasarkan fakta tersebut, disimpulkan bahwa massa neutron relatif lebih besar dari proton. Bagaimanakah menghubungkan fakta dan kesimpulannya? 6. Jika muatan proton ditetapkan sebesar +10 satuan, berapakah muatan elektron dan neutron relatif terhadap proton? Tes Kompetensi Subbab A Kerjakanlah di dalam buku latihan.

B. Nomor Atom dan Nomor Massa

Apakah yang dimaksud dengan nomor atom dan nomor massa? Kedua besaran ini menyatakan identitas suatu atom untuk membedakan dengan atom-atom lain.

1. Nomor Atom

Jika suatu anode disinari dengan sinar katode akan dihasilkan sinar- X dengan panjang gelombang bergantung pada jumlah proton dalam atom logam yang dijadikan anode Gambar 1.6. Panjang gelombang sinar-X menurun dengan bertambahnya jumlah proton dalam atom logam. 7 Struktur Atom Pada percobaan lain, Moseley menemukan bahwa jumlah proton berbanding lurus dengan nomor atom . Jika jumlah proton bertambah satu satuan maka nomor atom unsur tersebut juga bertambah satu satuan. Apa yang dapat Anda simpulkan dari data di atas? Simak pernyataan berikut. a. Setiap logam tersusun atas atom-atom logam dan atom logam disusun oleh proton, elektron, dan neutron. Oleh karena sinar-X bergantung pada proton maka jumlah proton merupakan sifat khas suatu atom. b. Jumlah proton sebanding dengan nomor atom. Oleh karena itu, nomor atom menyatakan jumlah proton dalam atom dan bersifat khas untuk setiap atom. Nomor atom dilambangkan dengan Z. Gambar 1.6 Sinar-X dipancarkan oleh anode yang disinari dengan berkas sinar elektron berenergi tinggi. V Katode Sinar-X Anode Hubungan Jumlah Proton, Elektron, dan Nomor Atom 1. Berapakah nomor atom besi jika jumlah proton dalam inti atom besi 26? 2. Berapakah jumlah elektron dalam atom natrium netral jika nomor atom natrium = 11? Jawab 1. Nomor atom = jumlah proton Oleh karena jumlah proton dalam atom besi = 26 maka nomor atom besi = 26 2. Nomor atom = jumlah proton Dalam atom netral, jumlah proton = jumlah elektron Jadi, jumlah elektron dalam atom natrium = 11. Contoh 1.3 Berdasarkan uraian tersebut, dapatkah Anda menyimpulkan, bilangan apakah nomor massa itu? Diskusikan dengan teman sekelas Anda. Kegiatan Inkuiri

2. Nomor Massa

Berdasarkan hasil percobaan spektograf massa diketahui bahwa satu macam unsur terdiri atas atom-atom dengan massa berbeda. Contoh: Unsur karbon terdiri atas atom-atom dengan massa: 12, 13, 14. Ketiga bilangan ini dinamakan nomor massa dari atom karbon nomor atomnya sama, yaitu 6. Di dalam atom hanya ada proton, elektron, dan neutron. Pada atom netral, jumlah proton sama dengan elektron. Oleh karena atom karbon hanya memiliki satu nomor atom maka yang membedakan massa atom adalah neutron.