STRUKTUR
ATOMIK: KOMPOSISI ATOM, PENEMUAN ELEKTRON OLEH J.J THOMSON DAN PENGUKURAN
MUATAN ELEKTRON OLEH MILIKAN
MAKALAH
Diajukan
untuk Memenuhi Salah Satu Tugas Mata Kuliah Fisika Modern
Dosen
pengampu:
Endah
Kurnia Yuningsih, M.P.Fis
Pina
Pitriana, S.Si, M.Si
Oleh:
Ruhma
Nursyarifah (1142070067)
Yanti
(1142070084)
SEMESTER
VI B
PRODI
PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MIPA
FAKULTAS
TARBIYAH DAN KEGURUAN
UIN
SUNAN GUNUNG DJATI
BANDUNG
2017
PEMBAHASAN
Perkembangan Teori-teori Atom
Menurut Wiyatmo (2008:5) kronologi perkembangan fisika
atom adalah sebagai berikut:
Tahun
|
Ilmuwan
|
Penemuan
|
Era
yunani
|
Democritus
|
Atom
merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi-bagi
lagi.
|
1704
|
Isaac
Newton
|
Mengusulkan
semesta mekanis untuk gerakan benda-benda berukuran mikro.
|
1803
|
John
Dalton
|
Mengajukan
teori atom, bahwa atom berupa bola padat
|
1832
|
Michael
Faraday
|
Menyelidiki
pengaruh kelistrikan dalam larutan (elektrolisis), mengembangkan hukum-hukum
elektrilisis, Faraday sendiri tidak sependapat dengan atomis.
|
1859
|
J
Plucker
|
Berhasil
membuat tabung lucutan emas yang pertama yaitu tabung sinar katoda
|
1869
|
Dmitri
Mendelev
|
Menyusun
unsur ke dalam tujuh golongan dengan sifat-sifat yang sama.
|
1873
|
James
Clerk Maxwel
|
Hubungan
timbal balik antara medan magnet dan medan listrik
|
1874
|
G.
J Stoney
|
Kelistrikan
terdiri dari zarah-zarah negatif diskrit yang disebut elektron.
|
1879
|
Sir
William Crookers
|
Menemukan
sinar katoda yang memiliki sifat-sifat: merambat dalam lintasan lurus,
menyebabkan bahan gelas mengalami flouresensi, bermuatan negatif, memiliki
massa.
|
1886
|
E.
Goldstein
|
Menggunakan
tabung sinar katoda untuk menyelidiki canal
rays yang memiliki sifat-sifat kelistrikan dan kemagnetan yang berlawanan
dari sebuah elektron
|
1895
|
Wilhelm
Roengent
|
Menemukan
sinar x dengan menggunakan tabung sinar katoda.
|
1896
|
Henry
Becquerel
|
Menyelidiki
pengaruh sinar x pada film fotografis
|
1897
|
J.J
Thomson
|
Menggunakan
tabung sinar katoda untuk menentukan rasio ( e/m ) elektron= 1,759 x 108
Coloumb/gram
|
1898
|
Rutherford
|
Menyelidiki
radiasi-radiasi yang dipancarkan dari uranium dan thorium yakni radiasi alfa
dan beta
|
1898
|
Marie
Sklodowska curie
|
Menyelidiki
proses peluruhan spontan uranium dan thorium yang dikenal sebagai radioaktivitas.
|
1909
|
R.A
Milikan
|
Mengadakan
percobaan tetes minyak untuk menetukan muatan e = 1,6 x 10-19 C
dan massa m = 9,11 x 10-31 kg untuk zarah elektron.
|
Menurut Amiruddin (2009:1)
sejak jaman yunani kuno, secara filsafat Leukippos dan Demokritus mengemukakan
pendapat bahwa ada batas sampai berapa jauh suatu benda dapat dipecah dan
setelah itu pemecahan lebih lanjut tidak mungkin dilakukan, bagian yang tidak
dapat di pecah dinamakan atom.
Adapun perkembangan
teori atom menurut Wiyatmo adalah sebagai berikut:
a. Teori atom Demokritus
Zat
dapat dibagi lagi atas bagian-bagian yang kecil sampai mencapai bagian yang
paling kecil yang tidak dapat dibagi lagi, bagian zat yang tidak dapat dibagi
lagi ini disebut atom. Yang berasal dari Bahasa yunani atomos yang berarti
tidak dapat dibagi lagi. Konsep atom menurut demokritus ini bukan berdasarkan
hasil percobaan melainkan hasil pemikiran.
b. Teori atom Dalton
·
Atom
merupakan partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi
·
Atom
suatu unsur tidak dapat berubah menjadi atom unsur lain.
·
Dua
buah atom atau lebih berasal dari unsur-unsur yang berlainan dapat bersenyawa
membentuk molekul.
·
Atom-atom
yang bersenyawa dalam molekul, memiliki perbandingan tertentu dan jumlah massa
keseluruhan tetap.
·
Bila
dua macam atom membentuk dua macam senyawa atau lebih, maka atom-atom yang sama
dalam kedua senyawa tersebut mempunyai perbandingan yang sederhana.
c. Model atom thomon
Menurut
Thomson sebuah atom memiliki muatan-muatan listrik positif yang tersebar merata
diseluruh bagian atom. Muatan listrik positif ini dinetralkan oleh elektron-elektron
yang tersebar diantara muatan-muatan listrik positif.
Thomson
menganggap atom seperti suatu bola yang bermuatan positif dan dibubuhi dengan
elektron secukupnya sehingga muatan listriknya netral model tersebut mirip roti
kismis. Dalam model tersebut muatan positif dari atom terdistribusi secara
merata pada bola yang berjari-jari 10-10 meter. Sedangakn elektron-elektron
tadi terdistribusi pada kulit-kulit lingkaran dengan jari-jari yang lebih
kecil. (Muljono, 2003:33-34)
d. Teori atom Rutherford
Menurut
Rutherford muatan listrik positif dan sebagian besar massa sebuah atom akan
berkumpil pada satu titik di tengah-tengah atom yang disebut inti atom. Di luar
inti pada jarak yang relatif jauh dari inti, elektron-elektron beredar mengelilingi
inti dalam lintasan sama seperti planet-planet mengelilingi matahari.
Struktur Atom
Menurut
Muljono (2003:29) semua zat baik padat, cairan, atau gas terdiri dari atom-atom
atau molekul-molekul.
1. Ruang kosong atom
Bagian terbesar dari atom adalah ruang.
Atom terdiri dari inti yang dikelilingi elektron-elektron. Tak ada apa-apa lagi
antara inti dan elektron. Jarak mikroskopis dimana tidak terddapat apapun
sebenarnya sangat besar dalam skala atom.
2. Proton dan neutron
Inti atom terdiri dari proton dan
neutron. Ukuran proton yang dapat masuk ke dalam inti adalah 10-15
m. jumlah proton di dalam inti atom yang pada prinsipnya membedakan unsur satu
dengan unsur lainnya.
3. Quark
Sampai dengan 20 tahun yang lalu
dipercaya bahwa partikel terkecil yang membentuk atom adalah proton dan
neutron, namun baru- baru ini, di temukan bahwa ada partikel yang jauh lebih
kecil di dalam atom yang membentuk partikel-parikel yang di sebut quark.
Berdasarkan penelitian fisika partakel mengungkapkan bahwa proton dan neutron
yang membentuk atom sebenarnya terbentuk oleh sub partikel yang disebut quark.
Dimensi quark yang membentuk proton adalah 10-18 m. quark di dalam
proton tidak dapat di pisahkan satu sama lain, karena adanya gaya nuklir yang
kuat yang menjaga partikel-partikel tetap berada di dalam inti.
4. Elektron
Partikel yang berotasi dan berputar
mengelilingi inti atom adalah elektron. Elektron-elektron yang mengelilingi
innti memiliki kecepatan sebesar 1000km/detik dan tidak pernah bertubrukan satu
sama lain. Elektron-elektron ini berputar pada orbitnya masing-masing.
Sejarah Penemuan Elektron
Menurut Rosenberg (1985:14) setiap
atom mempunyai inti yang mempunyai muatan positif, yang mengandung 99.9% dari
keseluruhan massa atom. Setiap inti terdiri dari dua jenis partikel yang
berbeda. kedua jenis artikel tersebut dikenal dengan nukleon ialah proton dan
neutron.
Menurut
Amiruddin (2005:1) percobaan elektrolisis Michael Faraday (1833) membuktikan
bahwa benda bersifat listrik. Stoney (1874) mengemukakan hipotesis bahwa mungkin
dalam alam terdapat satuan listrik, yaitu jumlah listrik yang harus dialirkan
melalui larutan untuk dapat melepaskan pada elektroda pada satu atom H atau
suatu unsur lain yang ekivalen. Satuan ini oleh Stoney diberi nama elektron.
Sir William Crooks (1879) mempelajari sifat-sifat
bunga api listrik dalam tabung hampa menunjukkan adanya suatu sinar yang mengalir
dari kutub negatif ke kutub positif. Sinar ini dinamakan nama sinar katoda,
oleh Sir J.J Thomson (1897) dibuktikan terdiri dari partikel bermuatan negatif sesuai
dengan hipotesis Stoney. Thomson memberinya nama elektron. Dari nilai e/m yang
didapat oleh Thomson dan dari besar muatannya, elektron yang ditentukan oleh
milikan (1911) muatan dan massa atom dapat dihitung.
Menurut Ahmad dan Tupamahu (2001:1-3) pada tahun
1834 Faraday menemukan bahwa materi dan listrik adalah ekivalen. Penemuan
elektron diawali dengan pembuatan tabung sinar katoda oleh J. Plucker (1855)
yang dipelajari lebih lanjut oleh W.Crookers (1875) dan J.J Thomson (1897).
Dibuktikan bahwa sinar yang kehijau-hijauan itu dipancarkan dari katoda. Sinar
itu disebut sinar katoda.setelah diteliti secara mendalam dapat dicatat
sifat-sifat berikut:
1. Sinar itu berasal dari katoda dan bergerak
menurut garis lurus
2. Sinar katoda bermuatan negatif. Hal ini
dibuktikan dari fakta bahwa sinar ini tertarik oleh pelat bermuatan positif dan
dibelokkan oleh medan magnet
3. Sinar katoda memiliki momentum oleh
karena itu mempunyai massa, hingga dapat menggerakkan baling-baling yang
terdapat dalam tabung.
4. Sifat-sifat di atas tidak bergantung
pada bahan yang digunakan untuk membuat katoda, pada sisa gas dalam tabung dan
pada kawat penghubung katoda serta bahan alat penghasil arus.
Partikel
sinar katoda adalah partikel dasar yang ada dalam setiap materi . pada tahun
1891 Stoney mengusulkan nama elektron untuk satuan listrik dan kini partikel
sinar katoda ini disebut elektron. Pada tahun 1897 J.J Thomson berhasil
menentukan kecepatan dan perbandingan muatan/massa elektron dari berbagai
sumber dengan menggunakan tabung sinar katoda.
Menurut Wiyatmo (2008:120-134) sejarah
penemuan elektron dimulai dari percobaan sinar katoda dengan menggunakan tabung
pelucutan gas. Tabung lucutan gas adalah sebuah tabung kaca dengan ruang vakum
yang di dalamnya terdapat dua buah elektroda pada kedua kutubnya. Elektroda
positif (anoda) dihubungkan dengan kutub positif sumber tegangan, sedangkan
elektroda negatif (katoda) dihubungkan dengan kutub negatif. Sumber tegangan
yang digunakan adalah tegangan searah (DC) yang besarnya antara 30 kV sampai
dengan 50 kV. Apabila tekanan gas dalam ruang dikurangi dengan cara memompa gas
keluar (memvakumkan gas) maka akan terjadi fenomena sebagai berikut:
·
Pada
tekanan gas kira-kira 20 mmHg di dalam tabung mulai tampak aliran arus listrik
yang berbentuk pita ungu
·
Pada
tekanan 5 mmHg di dekat katoda timbul pijar negatif kebiruan. Di dalam tabung
timbul pijar merah muda yang disebut kolom positif. Diantara kolom positif dan
pijar negatif terdapat ruang gelap Faraday.
·
Pada
tekanan 0,05 mmHg pijar negatif bergeser ke tengah dan dibelakangnya timbul
ruang gelap Crookes.
·
Pada
tekanan gas kira-kira 0,01 mmHg semua cahaya di dalam tabung menghilang. Kaca
di dekat anoda berpenjar kehijau-hijauan.
Cahaya kehijau-hijauan tersebut adalah
hasil radiasi sinar yang bergerak dari katoda menuju anoda. Sinar tersebut
dikenal sebagai sinar katoda. Sebenarnya sinar katodanya sendiri tidak
terlihat, sinat tersebut dapat ditunjukan apabila mengenai benda lain sehingga
menimbulkan efek seperti gejala berpenjaran.
William crookes dengan percobaannya
dapat menunjukkan bahwa sinar katoda merambat lurus. Selanjutnya pada tahun
1895, Jean Perrin dapat menunjukkan bahwa sinar katoda terdiri dari partikel
bermuatan negatif. Oleh Thomson partikel bermuatan negatif tersebut disebut
elektron. Menurut Thomson, elektron jauh lebih ringan dari pada atom dan
terdapat pada semua benda. Sehingga atom bukan bagian terkecil dari suatu zat.
Berdasarkan percobaan tersebut dapat
diketahui bahwa sifat-sifat sinar katoda adalah sebagai berikut:
·
Merambat
menurut lintasan berupa garis lurus
·
Dapat
memendarkan sulfida seng dan barium platinasianida
·
Terdiri
atas partikel-partikel yang bermuatan negatif
·
Dapat
menghasilkan panas
·
Menghitamkan
pelat foto
·
Menyimpang
dalam medan magnet dan medan listrik
·
Dapat
menghasilkan sinar x
Berdasarkan sifat sinar katoda di atas, J.J Thomson
mengusulkan bahwa sinar katoda merupakan aliran-aliran elektron-elektron yang
keluar dari katoda menuju anoda dengan kecepatan tinggi. Selanjutnya, Thomson
berhasil merancang dan melakukan percobaan untuk menentukan perbandingan antara
muatan per satuan massa (e/m) partikel bermuatan negatif yang terdapat pada
berkas sinar katoda.
Elektron yang dihasilkan oleh katoda oleh proses
pemanasan dengan menggunakan filamen pemanas (emisi thermionik) dipercepat
menuju anoda oleh suatu beda potensial antara anoda dan katoda sebesar V. jika kecepatan elektron pada saat
dilepas dari katoda Karena proses pemanasan diabaikan, maka kelajuan elektron v pada saat melewati anoda dapat dihitung
berdasarkan hukum kekekalan energi sebagai berkut:
Atau
Keterangan :
e
= muatan elektron
m
= massa elektron
elektron yang bergerak dengan kecepatan v tegak lurus terhadap medan magnet
homogeny B, akan melakukan gerak melingkar dengan jari-jari R karena pengaruh gaya Lorentz
yang berfungsi sebagai gaya
sentripetal sehingga berlaku persamaan:
Atau
Berdasarkan
persamaan di atas perbandingan muatan terhadap massa elektron dapat ditentukan
dengan persamaan:
Medan
magnet yang tertulis pada persamaan di atas dihasilkan oleh kumparan Helmholtz
yang tersusun atas dua kumparan sejajar dan terletak dalam satu sumbu dengan
jari-jari R. jika di dalam kumparan
Helmholtz tersebut dialiri arus listrik I
dengan arah yang sama, maka kan dihasilkan medan magnet homogen yang
sejajar dengan sumbu kumparan tersebut. Menurut hukum Bio-Savart besarnya kuat
medan magnet diantara dua kumparan tersebut adalah:
Dengan
µ0= permeabilitas ruang
hampa dan N jumlah lilitan. Khusus untuk
alat yang digunakan dalam eksperimen ini mempunyai jumlah lilitan N =130 lilitan serta R= 0,150 m, sehingga diperoleh besarnya
kuat medan magnet diantara dua kumparan adalah:
Percobaan
J.J Thomson menggunakan tabung kaca berhasil mengukur perbandingan muatan per
massa elektron (e/m) dengan mengukur simpangan sinar katoda dalam medan magnet B.
Di dalam tabung sinar katoda terdapat katoda dan
anoda sehingga elektron bergerak lurus diantara dua keping, yakni keping atas
positif dan keping bawah negatif. Karena diantara kedua keping terdapat medan
listrik yang arahnya ke bawah sehingga elektron mengalami gaya ke atas:
Dengan v adalah kecepatan elektron. Tegangan
listrik V dan medan magnet B
dapat diatur sedemikian rupa sehinga pengaruhnya terhadap elektron sama kuat
yang mengakibatkan elektron bergerak lurus.
Jika untuk
sementara medan listrik dimagnet dimatikan sehingga yang berpengaruh adalah
tegangan listrik V saja, akibatnya
elektron bergerak menyimpang ke atas sehingga pada akhir keping simpangannya
sebesar y dari sumbu keping. Besar
simpangan yaitu:
Dengan
a adalah percepatan dan t adalah waktu yang diperlukan elektron
untuk bergerak dari keping sampai layar. Lama waktu t pada gerak lurus beraturan pada sumbu x adalah
Dengan
L menyatakan jarak antara kedua
keping sampai layar. Berdasarkan hukum II Newton diperoleh kecepatan gerak
elektron dalam medan listrik adalah:
Pengukuran Muatan Elektron oleh Milikan
Menurut Wiyatmo (2007:135-141) pada tahun 1909,
Robert Andrew Milikan seorang fisikawan amerika serikat berhasil mengukur
muatan listrik sebuah elektron. Robert Andrew milikan adalah seorang penemu tetes
minyak milikan. Ia mneggunakan alat yang sederhana, sebuah kotak yang kedua
sisi sampingnya ditutup kaca, sisi atas dan sisi bawah terdiri dari pelat yang
dapat dimuati listrik dengan potensial berbeda. lempeng atas dibuat berlubang,
melalui lubang tersebut milikan menyemprotkan minyak. Tetes minyak yang
berukuran sangat kecil jatuh dari atas menuju pelat bagian bawah. Selanjutnya
tetes minyak itu diberi muatan sehingga gerakannya dapat diatur. Gerak tetes
minyak diamati dengan mikroskop. Alat-alat yang digunakan eksperimen oleh
milikan terdiri dari dua buah pelat logam yang disusun secara horizontal.
Butiran-butiran minyak yang disemprotkan lewat lubang kecil diantara dua pelat
berkas cahaya diarahkan diantara dua pelat. Teleskop digunakan untuk mengamati gerakan
butiran minyak diantara dua pelat. Teleskop dan berkas cahaya diatur sedemikian
rupa sehingga cahaya yang dipantulkan oleh butiran minyak akan diterima oleh
teleskop. Butiran-butiran minyak ini berupa kabut, ada yang bergerak ke atas
ringan, dan ada yang bergerak ke bawah karena gaya beratnya besar.
Jika pelat bagian atas diberi potensial positif dan
pelat bagian bawah diberi potensial negatif maka diantara kedua pelat tersebut akan
timbul medan listrik E yang homogen. Diantara kedua pelat
tersebut dipilih yang bermuatan negatif. Beda potensial diantara kedua pelat
diatur sedemikian rupa sehingga butiran minyak yang dipilih tersebut tetap
dalam keadaan diam. Pada keadaan ini berlaku kesetimbangan gaya berat, gaya
Archimedes, gaya listrik sehingga:
Karena
maka
Keterangan :
q = muatan listrik bintik minyak
V0 = beda potensial antara kedua pelat
g = percepatan gravitasi
r= jari-jari bintik minyak
ρ = massa jenis minyak
ρ’= massa jenis udara.
Besar
jari-jari bintik minyak berkisar 105 cm. karena jari-jari bintik
minyak sangat kecil maka milikan menggunakan cara membiarkan butiran minyak
bergerak bebas tanpa gaya apung medan listrik. Dengan tidak adanya medan
listrik maka bintik minyak akan dipercepat sampai kemudian bergerak dengan
kecepatan konstan. Pada keadaan ini bekerja gaya gesek antara butiran minyak
dengan udara. Maka:
Karena
maka:
Dimana
adalah efisiensi kekentalan udara dan v adalah kecepatan terminal dari tetes
minyak. Kesimpulan dari percobaan Milikan adalah sebagai berikut:
1. Tidak
pernah ditemukan tetes minyak yang mengandung muatan listrik lebih kecil dari
suatu nilai tertentu. Muatan listrik tersebut adalah muatan sebuah elektron
yang dikenal sebagai muatan elementer yang diberi simbol e
2. Semua
muatan listrik tetes minyak yang diamati milikan adalah e,2e,3e,…, ne dengan
n=1,2,3,…(bilangan bulat)
Besar muatan listrik sebuah elektron
yang diperoleh milikan adalah:
e
= 1,602129 x 10-19 C
BAB III
SOAL DAN PEMBAHASAN
- Tentukan berapa elektron yang
tertangkap oleh satu tetes minyak dalam percobaan yang dilakukan oleh
Milikan pada satu tetes minyak tersebut bermuatan -3,2 x 10-19
C! (Glanto, 2009:3)
Jawab:
Telah
diketahui dari pecobaan yang dilakukan oleh Milikan, bahwa muatan 1 elektron
sebesar -1,6 x 10-19 C. maka jumlah elektron yang ditangkap oleh
satu tetes minyak dengan muatan -3,2 x 10-19 C adalah:
- Thomson mampu menetukan massa/ rasio muatan elektron tetapi
tidak massa. Bagaimana percobaan milikan memungkinkan penemuan massa
elektron?
Jawab:
Dalam
percobaan milikan atau percobaan oil-drop, milikan melakukan percobaan dengan
menyeimbangkan gaya-gaya antara gaya grafitasi dan gaya listrik pada tetes kecil
minyak yang berada diantara dua buah pelat elektroda. Dengan mengetahui
besarnya medan listrik, muatan pada tetes minyak yang dijatuhkan dapat
ditentukan. Dan tetesan minyak yang selalu diukur adalah perbanyakan dari suatu
nilai tertentu. nilai itu dikenal sebagai muatan elektron (1,6x10-19C).
Berdasarkan massa Thomson / rasio muatan elektron sehingga kita dapat menentukan
massa elektron (9,11x10-31 kg).
- Hitung
massa elektron dengan menggunakan nilai yang didapat Millikan dan Thomson.
Jawab:
Anda dapat memperoleh penyelesaian
dengan mensubstitusikan nilai yang didapat Millikan pada hubungan: muatan/massa
= 1,76 x 108 (C g-1). Maka, m = e/(1,76 x 108
C g-1) = 1,6 x 10-19 C/(1,76 x 108C g-1)
= 9,1 x 10-28 g. Muatan listrik yang
dimiliki elektron (muatan listrik dasar) adalah salah satu konstanta universal
dan sangat penting.
BAB IV
PENUTUP
A. Simpulan
1. Perkembangan
teori atom
a. Teori atom Demokritus, atom adalah
bagian dari partikel yang tidak dapat dibagi-bagi lagi
b. Teori atom Dalton, Atom merupakan
partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi, atom adalah seperti bola pejal.
c. Model atom thomon, Menurut Thomson
sebuah atom memiliki muatan-muatan listrik positif dan negatif yang tersebar merata diseluruh
bagian atom.
d. Teori atom Rutherford, muatan listrik
positif dan sebagian besar massa sebuah atom akan berkumpul pada satu titik di
tengah-tengah atom yang disebut inti atom dan elektron-elektron yang
mengelilinginya.
2. Struktur
atom terdiri dari ruang kosong, proton dan neutron, quark, dan elektron.
3. Elektron
ditemukan oleh J.J Thomson melalui percobaannya dengan menggunakan tabung sinar
katoda.
4. Dan
pengukuran nilai muatan elektron dilakukan oleh Robert Milikan dengan
menggunakan percobaan tetes minyak milikan.
DAFTAR
PUSTAKA
Achmad,Hiskia,Tupamahu.2001.Struktur Atom Struktur Periodik Sistem
Periodik.Bandung:Citra Aditya Bakti
Amiruddin,Achmad.2009.Kimia Inti dan Radiokimia.Bandung:Jajasan
Karjawan Kimia
Ghalib, Achmad Cholis.2009.The True Power of Atom.Yogyakarta:DIVA
Press
Muljono.2003.Fisika Modern.Yogyakarta:ANDI
Rosenmberg,Jerome L.1985.Kimia Dasar.Jakarta:Erlangga
Wiyatmo, Yusman.2008.Fisika Atom.Yogyakarta:Pustaka Pelajar
bagus banget ka, makasi ilmunya kaaaa
BalasHapus