2.1. Penemuan elektron

Menurut Dalton dan ilmuwan sebelumnya, atom adalah partikel terkecil yang tak dapat terbagi lagi, dan merupakan komponen mikroskopik utama penyusun semua materi. Jadi, tidak ada seorangpun ilmuwan sebelum abad 19 menganggap atom memiliki struktur, atau dengan kata lain, atom juga memiliki komponen yang lebih kecil.

Keyakinan bahwa atom tak terbagi mulai goyah akibat perkembangan pengetahuan hubungan materi dan kelistrikan yang berkembang lebih lanjut. Kita dapat mempelajari perkembangan kronologis pemahaman hubungan antara materi dan listrik.

Tabel 2.1 Kemajuan pemahaman hubungan materi dan listrik.
Tahun                            Peristiwa
1800                              Penemuan baterai (Volta)
1807                              isolasi Na dan Ca dengan elektrolisis (Davy)
1833                              Penemuan hukum elektrolisis (Faraday)
1859                              Penemuan sinar katoda (Plücker)
1874                              Penamaan elektron (Stoney)
1887                              Teori ionisasi (Arrhenius)
1895                              Penemuan sinar-X (Röntgen)
1897                              Bukti keberadaan elektron (Thomson)
1899                              Penentuan e/m (Thomson)
1909-13                         Percobaan tetes minyak (Millikan)

Faraday memberikan kontribusi yang sangat penting, ia menemukan bahwa jumlah zat yang dihasilkan di elektroda-elektroda saat elektrolisis (perubahan kimia ketika arus listrik melewati larutan elektrolit) sebanding dengan jumlah arus listrik. Ia juga menemukan pada tahun 1833 bahwa jumlah listrik yang diperlukan untuk menghasilkan 1 mol zat di elektroda adalah tetap (96,500 C). Hubungan ini dirangkumkan sebagai hukum elektrolisis Faraday.

Faraday sendiri tidak bermaksud menggabungkan hukum ini dengan teori atom. Namun, kimiawan Irish George Johnstone Stoney (1826-1911) memiliki wawasan sehingga mengenali pentingnya hukum Faraday pada struktur materi; ia menyimpulkan bahwa terdapat satuan dasar dalam elektrolisis, dengan kata lain ada analog atom untuk kelistrikan. Ia memberi nama elektron pada satuan hipotesis ini.

Kemudian muncul penemuan menarik dari percobaan tabung vakum. Bila kation mengenai anoda saat diberikan beda potensial yang tinggi pada tekanan rendah (lebih rendah dari 10–2 - 10–4 Torr. Torr adalah satuan tekanan yang sering digunakan untuk mendeskripsikan tingkat vakum, (1 Torr = 133, 3224 Pa)), gas dalam tabung, walaupun merupakan insulator, menjadi penghantar dan memancarkan cahaya. Bila vakumnya ditingkatkan, dindingnya mulai menjadi mengkilap, memancarkan cahaya fluoresensi (Gambar 2.1). Fisikawan Jerman Julius Plücker (1801-1868) berminat pada fenomena ini dan menginterpreatsinya sebagai beikut: beberapa partikel dipancarkan dari katoda. Ia memberi nama sinar katoda pada partikel yang belum teridentifikasi ini (1859).


Gambar 2.1 Penemuan sinar katoda. Sinar katoda dihasilkan dalam tabung vakum bila vakum tinggi memberikan informasi yang sangat penting pada struktur atom.

Patikel yang belum teridentifikasi ini, setelah dipancarkan dari katoda, akan menuju dinding tabung atau anoda. Ditemukan bahwa partikel tersebut bermuatan karena lintasan geraknya akan dibelokkan bila medan magnet diberikan. Lebih lanjut, sifat cahaya tidak bergantung jenis logam yang digunakan dalam tabung katoda, maupun jenis gas dalam tabung pelucut ini. Fakta-fakta ini menyarankan kemungkinan bahwa partikel ini merupakan bahan dasar materi.

Fisikawan Inggris Joseph John Thomson (1856-1940) menunjukkan bahwa partikel ini bermuatan negatif. Ia lebih lanjut menentukan massa dan muatan partikel dengan memperkirakan efek medan magnet dan listrik pada gerakan partikel ini. Ia mendapatkan rasio massa dan muatannya. Untuk mendapatkan nilai absolutnya, salah satu dari dua hal tersebut harus ditentukan.

Fisikawan Amerika Robert Andrew Millikan (1868-1953) berhasil membuktikan dengan percobaan yang cerdas adanya partikel kelistrikan ini. Percobaan yang disebut dengan percobaan tetes minyak Millikan. Tetesan minyak dalam tabung jatuh akibat pengaruh gravitasi. Bila tetesan minyak memiliki muatan listrik, gerakannya dapat diatur dengan melawan gravitasi dengan memberikan medan listrik. Gerakan gabungan ini dapat dianalisis dengan fisika klasik. Millikan menunjukkan dengan percobaan ini bahwa muatan tetesan minyak selalu merupakan kelipatan 1,6x10–19 C. Fakta ini berujung pada nilai muatan elektron yaitu sebesar 1,6x10–19 C.

Rasio muatan/massa ("/" artinya "berbanding") partikel bermuatan yang telah diketahui selama ini sekitar 1/1000 (C/g). Ratio yang didapatkan Thomson jauh lebih tinggi dari nilai tersebut (nilai akurat yang diterima adalah 1,76 x108 C/g), dan penemuan elektron tidak masuk dalam struktur pengetahuan yang ada saat itu. Partikel ini bukan sejenis ion atau molekul, tetapi harus diangap sebagai bagian atau komponen penyusun atom.

Latihan 2.1 Perhitungan massa elektron.
Hitung massa elektron dengan menggunakan nilai yang didapat Millikan dan Thomson.

Jawab:
Kita dapat memperoleh penyelesaian dengan mensubstitusikan nilai yang didapat Millikan pada hubungan: muatan/massa = 1,76 x108 C/g). Maka, m = e/(1,76 x108 C/g)) = 1,6x10–19 C/(1,76 x108 C/g) = 9,1 x10-28 g. Muatan listrik yang dimiliki elektron (muatan listrik dasar) adalah salah satu konstanta universal dan sangat penting.

Latihan 2.2 Rasio massa elektron dan atom hidrogen.
Hitung rasio massa elektron dan atom hidrogen.

Jawab:

Massa mH atom hidrogen adalah: mH = 1 g/6,022 x 1023 = 1,67 x 10-24g.
Jadi, me : mH = 9,1 x 10-28g : 1,67 x 10-24g = 1 : 1,83 x 103. Sangat menakjubkan bahwa massa elektron sangat kecil. Bahkan atom yang paling ringanpun, hidrogen, sekitar 2000 kali lebih berat dari massa elektron.




Share:

No comments:

Post a Comment

Post Populer

BERLANGGANAN

ANGGOTA

Blog Archive

Post Terbaru