PARTIKEL DASAR MATERI

Sifat-sifat Partikel Dasar Massa partikel dasar dinyatakan dalam satuan massa atom (sma), dimana 1 sma = 1,66 × 10–24 gram. Sedangkan muatan partikel dasar dinyatakan sebagai muatan relatif terhadap muatan elektron (e), di mana muatan 1 elektron = e = –1,60 × 10–19 coloumb. Muatan 1 proton sama dengan muatan 1 elektron, tetapi tandanya berbeda. Massa 1 proton sama dengan massa 1 neutron, masing-masing 1 sma. Massa elektron lebih kecil daripada massa proton atau neutron. Penemuan Partikel Dasar Atom Elektron Tabung televisi merupakan tabung sinar katode. 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. Dalam percobaannya, Crookes menggunakan alat yang disebut tabung sinar katode atau disebut juga tabung 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. Sinar katode memiliki massa. Hal ini dapat dilihat dengan memutarnya baling-baling yang dipasang pada jalannya berkas sinar katode. Partikel sinar katode itu dinamai “elektron” oleh George Johnstone Stoney (1817 – 1895) pada tahun 1891. Kelemahan dari Stoney tidak dapat menjelaskan pengaruh elektron terhadap perbedaan sifat antara atom suatu unsur dengan atom dalam unsur lainnya. Antoine Henri Becquerel (1896) menentukan sinar yang dipancarkan dari unsur-unsur radioaktif yang sifatnya mirip dengan elektron. Pada tahun 1897, Joseph John Thomson (1856 – 1940) dari Inggris melalui serangkaian eksperimennya berhasil mendeteksi atau menemukan elektron yang dimaksud Stoney. J.J. Thomson mempelajari sinar katode yang dihasilkan tabung. Thomson melaporkan data penelitiannya sebagai berikut. Sinar katode merambat dalam suatu garis lurus, kecuali jika dikenai gaya dari luar. Sinar katode tertarik ke arah lempeng bermuatan positif. Sinar ini terdiri atas partikel-partikel dengan massa tertentu. Sifat sinar katode adalah sama, tidak bergantung pada bahan dan zat yang ada dalam tabung. Berdasarkan data-data tersebut, Thomson menyimpulkan hal-hal berikut. Sinar katode bermuatan negatif. Angka banding muatan terhadap massa (e : m) untuk sinar katode yaitu 1,7588 × 108 C/g. Partikel sinar katode adalah partikel dasar yang ada dalam setiap materi. Partikel sinar katode itu diberi nama elektron. Elektron merupakan salah satu partikel dasar penyusun atom. Pada 1913, seorang ahli fisika Amerika Robert A. Millikan melakukan percobaan tetes minyak Milikan untuk dapat mengetahui muatan elektron. Minyak disemprotkan ke dalam tabung yang bermuatan listrik. Akibat gaya tarik gravitasi akan mengendapkan tetesan minyak yang turun. Apabila tetesan minyak diberi muatan negatif maka akan tertarik ke kutub positif medan listrik. Ia meneliti naik turunnya butir-butir minyak di dalam medan listrik sehingga akhirnya dapat menentukan muatan mutlak untuk elekton (e) yaitu sebesar 1,6022 × 10–19 coulomb. Untuk lebih memudahkan, muatan listrik untuk elektron diberi nilai relatif negatif satu (–1). Dengan ditemukannya muatan mutlak untuk elektron maka massa elektron dapat dihitung yaitu sebesar 9,1096 × 10–28 g. Proton Pada 1886, Eugen Goldstein mempelajari arah sinar pada sebuah tabung sinar katode. Pada saat dibuat rapat, gas dibelakang katoda tetap gelap, namun ketika Goldstein melubangi katode dalam tabung sinar katode, kemudian mengamati sinar yang terdeteksi di balik katode tersebut. Ternyata, gas dibelakang katoda menjadi berpijar. Peristiwa tersebut menunjukkan adanya radiasi yang berasal dari anode yang menerobos lubang pada lempeng katode. Karena berasal dari anode, sinar itu disebut sinar anode. Sinar anode juga disebut sinar positif karena anode merupakan kutub positif. Sifat sinar anode, antara lain: Merupakan radiasi partikel sehingga dapat memutar baling-baling; Dalam medan listrik/magnet, dibelokkan ke kutub negatif, jadi anode merupakan radiasi bermuatan positif; Partikel sinar anode bergantung pada jenis gas dalam tabung. Partikel terkecil diperoleh dari gas hidrogen. Partikel ini kemudian disebut proton. Massa 1 proton = 1 sma = 1,66 × 10-24 gram Muatan 1 proton = +1 = 1,6 × 10-19 C. berdasarkan hasil eksperimen muatan dan massa partikel sinar anode selalu merupakan kelipatan bulat dari massa dan muatan proton. Oleh karena itu, semua partikel diduga terdiri atas proton. Makin besar massa partikel, sinar anodenya makin sukar dibelokkan. Neutron Meskipun partikel dasar penyusun atom telah diketahui, namun Rutherford menemukan bahwa massa atom hanya sekitar setengah dari massa atom relatif yang diketahui sebelumnya. Padahal, massa elektron sangat kecil bila dibandingkan dengan massa proton. Berdasarkan hal tersebut, pada tahun 1920, Rutherford berpikir bahwa di dalam atom terdapat partikel netral yang bermassa sama dengan proton. Pada tahun 1932, James Chadwick, seorang ahli fisika dari Inggris melakukan suatu eksperimen yang membuktikan dugaan Rutherford. J. Chadwick melalui percobaan penembakan unsur berilium oleh partikel alfa kecepatan tinggi. Dari percobaan tersebut, terbentuk partikel yang tidak dipengaruhi medan magnet dan dapat bertumbukan dengan parafin. Partikel alfa adalah partikel bermuatan positif yang dipancarkan oleh unsur radio aktif. Data percobaan menunjukkan bahwa sinar yang keluar dari target berilium tidak dipengaruhi oleh medan magnet. Ketika sinar yang keluar dari target berilium menumbuk parafin, proton akan keluar dari parafin dengan kecepatan tinggi. Chadwick menyimpulkan bahwa partikel yang keluar dari unsur berilium tidak bermuatan dan memiliki massa hampir sama dengan massa proton. Partikel tersebut dinamakan neutron. Massa sebutir neutron adalah 1,675 × 10–24 gram, hampir sama atau boleh dianggap sama dengan massa sebutir proton. Berdasarkan penemuan partikel-partikel atom, dapat disimpulkan bahwa partikel dasar penyusun atom adalah proton, neutron, dan elektron. Proton dan neutron terletak di dalam inti, sedangkan elektron beredar mengelilingi inti. proton (partikel yang bermuatan positif) dan neutron (partikel yang tidak bermuatan). Proton dan neutron mempunyai nama umum, nukleon-nukleon, artinya partikel-partikel inti. Partikel-partikel dalam Atom Partikel Penemu Massa (sma) Muatan (sma) Lambang Proton J.J. Thomson 0 -1 (_-1^0)e Elektron Goldstein 1 +1 (_1^1)p Neutron J. Chadwick 1 0 (_0^1)n Beberapa sifat Unsur Secara umum, unsur dibedakan menjadi tiga bagian yaitu logam, nonlogam dan metaloid (antara logam dan non logam). Logam Logam merupakan penghantar listrik dan panas yang baik. Kemampuan merenggang dimanfaatkan untuk membuat kawat. Logam yang banyak digunakan sebagai kawat adalah baja, tembaga, dan kuningan (campuran tembaga dan seng). Kawat tembaga memiliki daya hantar listrik yang baik sehingga dimanfaatkan dalam kabel listrik. Beberapa logam bersifat keras dan memiliki titik leleh tinggi. Logam wolfram (tungsten) mempunyai titik leleh tinggi yaitu 3.4000C. logam ini digunakan untuk membuat filamen bola lampu. Merkurium (Hg) mempunyai titik leleh terendah yaitu -38,90C. raksa berwujud cair pada suhu kamar dan banyak digunakan untuk membuat termometer. Pada umumnya logam mempunyai sifat fisik antara lain : Penghantar listrik yang baik Penghantar panas yang baik Permukaan logam mengkilap Dapat ditempa menjadi lembaran yang sangat tipis Dapat direngangkan Non logam Pada umumnya non logam ditemukan dalam bentuk senyawanya. Unsur karbon dialam ditemukan dalam beberapa alotrop seperti intan dan grafit. Alotrop adalah dua bentuk atau lebih molekul/kristal dari suatu unsur tertentu yang memiliki sifat fisik dan kimia berlainan. Keduanya tidak mempunyai kilap logam, tidak dapat ditempa, dan bersifat mulur. Oksigen dan nitrogen merupakan komponen utama atmosfer. Unsur tersebut berwujud gas, tidak berwarna, dan tidak berbau. Unsur non logam ada yang berwujud cair dan padat seperti bromin berwujud cair dan iodin berwujud padat. Bromin, iodin, oksigen, nitrogen, hidrogen, fluorin bersifat diatomik. Fosforus merupakan unsur non logam yang berwujud padat dan terbakar diudara. Fosforus hanya ada dalam satu bentuk isotop yaitu fosforus-31. Di alam fosforus berada dalam alotrop yaitu fosforus putih dan fosforus merah. Yang paling stabil adalah fosforus merah. Metaloid Metaloid disebut juga logam tanggung atau semimetal yang mempunyai sifat diantara logam dan non logam. Contao dari metaloid adalah boron (B), silikon (Si), germanium (Ge), arsenik (As), stibium (Sb), telerium (Te), polonium (Po), astatin (At). As dan Sb mempunyai penampilan seperti logam tetapi berwarna gelap. Metaloid merupakan semikonduktor. Metaloid banyak digunakan dalam indutri elektronik. Peranti elektronik seperti kalkulator, mikrokomputer dibuat dari bahan-bahan metaloid. Lambang Unsur Henry Gwyn-Jeffreys Moseley (1887 – 1915) pada tahun 1913 menemukan bahwa jumlah muatan positif dalam inti atom merupakan sifat khas masing-masing unsur. Atom-atom dari unsur yang sama memiliki jumlah muatan positif yang sama. Moseley kemudian mengusulkan agar istilah nomor atom diberi lambang Z, untuk menyebutkan jumlah muatan positif dalam inti atom. Nomor atom unsur menunjukkan jumlah proton dalam inti. Setelah dilakukan percobaan, diketahui bahwa atom tidak bermuatan listrik yang berarti dalam atom jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif, sehingga nomor atom juga menunjukkan jumlah elektron dalam unsur. Selain nomor atom, ada juga yang disebut dengan nomor massa yang biasanya diberi lambang A. Nomor massa ini digunakan untuk menentukan jumlah nukleon dalam atom suatu unsur. Nukleon sendiri adalah partikel penyusun inti atom yang terdiri dari proton dan neutron. Dalam penulisan atom, nomor massa (A) ditulis di sebelah kiri atas, sedangkan nomor atom (Z) ditulis di sebelah kiri bawah dari lambang unsur. (_Z^A)X Keterangan: X = lambang unsur A = nomor massa Z = nomor atom Jumlah proton = Z Jumlah neutron = A – Z Jumlah elektron = Z – muatan Isotop, Isobar, dan Isoton Oleh karena atom-atom suatu unsur dapat memiliki jumlah neutron yang berbeda maka diperlukan suatu istilah untuk menyatakan hubungan nomor atom dan nomor massa atom-atom. Isotop Isotop adalah unsur-unsur sejenis yang memiliki nomor atom sama, tetapi memiliki massa atom berbeda atau unsur-unsur sejenis yang memiliki jumlah proton sama, tetapi jumlah neutron berbeda. Sebagai contoh, atom oksigen memiliki tiga isotop, yaitu: (_8^16)O,(_8^17)O,(_8^18)O, atom nitrogen memiliki tiga isotop(_7^13)N,(_7^14)N,(_7^15)N, atom helium memiliki dua isotop (_2^3)He,(_2^4)He, atom hidrogen memiliki tiga isotop (_1^1)H,(_1^2)H,(_1^3)H, atom karbon memiliki tiga isotop (_6^12)C,(_6^13)C,(_6^14)C, dan atom neon memiliki tiga isotop (_10^20)Ne,(_10^21)Ne,(_10^22)Ne, atom besi memiliki lima isotop (_26^54)Fe, (_26^55)Fe,(_26^56)Fe,(_26^57)Fe,(_26^58)Fe, atom belerang memiliki empat isotop (_16^32)S,(_16^33)S,(_16^34)S,(_16^36)S, klorin memiliki dua isotop (_17^35)Cl,(_17^37)Cl, natrium memiliki tiga isotop (_11^22)Na,(_11^23)Na,(_11^24)Na. Setiap isotop satu unsur memiliki sifat kimia yang sama karena jumlah elektron valensinya sama. Isotop-isotop unsur ini dapat digunakan untuk menentukan massa atom relatif (Ar) atom tersebut berdasarkan kelimpahan isotop dan massa atom semua isotop. Ar Unsur= ((% x A_1 )+ (% x A_2))/100 % = persentasi kelimpahan isotop A1 = nomor massa isotop 1 A2 = nomor massa isotop 2 Isoton Isoton adalah atom-ataom yang memiliki jumlah neutron sama, tetapi jumlah protonnya berbeda. Isoton suatu atom memiliki sifat fisika dan kimia berbeda. Contoh isoton adalah (_8^15)O dengan (_7^14)N,(_6^13)C dengan (_7^14)N,(_15^31)P dengan (_16^32)S,(_1^3)H dengan (_2^4)He,(_19^39)He dengan (_20^40)Ca, (_18^40)Ar dengan (_20^42)Ca ,(_6^14)C dengan (_8^16)O . (_11^23)Na dengan (_12^24)Mg Isobar Isobar adalah atom dari unsur yang berbeda yang memiliki nomor massa yang sama sedangkan nomor atom berbeda. Sebagai contoh (_6^14)C dengan (_7^14)N, (_11^24)Na dengan (_12^24)Mg, (_1^3)H dengan (_2^3)He. Konfigurasi Elektron Konfigurasi elektron adalah susunan elektron dalam suatu atom. Cara penyusunan elektron perkulit/lintasan berdasarkan pada jumlah elektron yang dapat mengisi setiap kulit. Jumlah maksimum elektron yang dapat mengisi setiap kulit dirumuskan dengan 2n2 (n = lintasan/kulit yang ditempati elektron). Jumlah elektron maksimum yang dapat ditempati pada setiap kulit adalah: Kulit pertama (kulit K) = 2 elektron Kulit kedua (kulit L) = 8 elektron Kulit ketiga (kulit M) = 18 elektron Kulit keempat (kulit N) = 32 elektron Kulit O, P, Q dapat menampung lebih dari 32 elektron tetapi pada kenyataannya belum ada atom yang elektronnya cukup banyak untuk dapat mengisi kulit-kulit tersebut sampai penuh. Berikut ini cara-cara untuk menentukan konfigurasi elektron suatu atom: kulit-kulit elektron diisi berurutan mulai dari kulit K, kulit L, kulit M, kulit N, dan seterusnya Kulit pertama yaitu kulit K (maksimum 2 elektron) diisi penuh 2 elektron, sisanya masuk ke kulit L Kulit kedua yaitu kulit L (maksimum 8 elektron) diisi : Sebanyak sisa elektron jika elektron sisa ≤ 8 8 elektron jika elektron sisa > 8 (sisanya masuk ke kulit M) Kulit ketiga yaitu kulit M (maksimum 18 elektron) diisi: Sebanyak sisa elektron jika elektron sisa ≤ 8 8 elektron jika elektron sisa 8-17 (sisa masuk ke kulit N) 18 elektron jika elektron sisa ≥ 18 (sisa masuk ke kulit N) Kulit keempat yaitu kulit N (maksimum 32 elektron) diisi: Sebanyak sisa elektron bila elektron sisa ≤ 8 8 elektron jika elektron sisa 8-17 (sisa masuk ke kulit O) 18 elektron jika elektron sisa 18-31 (sisa masuk ke kulit O) 32 elektron jika elektron sisa ≥ 32 (sisa masuk ke kulit O) Cara pengisian elektron pada kulit O, P, dan Q sama dengan kulit N Kelemahan konfigurasi berdasarkan kulit adalah tidak dapat menentukan golongan A atau B, hanya bisa menentukan nomor golongan. Elektron Valensi Elektron valensi adalah elektron yang berada pada kulit terluar. Unsur-unsur yang mempunyai jumlah elektron valensi yang sama akan memiliki sifat kimia yang sama pula. Selain itu, elektron valensi juga berperan penting dalam pembentukkan ikatan-ikatan pada molekul dan reaksi kimia.