Proton, elektron, dan neutron

PROTON

Proton adalah partikel subatomik dengan muatan positif sebesar 1.6 × 10^-19coulomb dan massa 938 MeV (1.6726231 × 10^-27 kg, atau sekitar 1836 kali massa elektron). 

Suatu atom biasanya terdiri dari sejumlah proton dan neutron yang berada di bagian inti (tengah) atom, dan sejumlah elektron yang mengelilingi inti tersebut. Dalam atom bermuatan netral, banyaknya proton akan sama dengan jumlah elektronnya. Banyaknya proton di bagian inti biasanya akan menentukan sifat kimia suatu atom . inti atom sering dikenal juga dengan istilah nuklei,nukleus, atau nukleon (bhs Inggris: nucleon), dan reaksi yang terjadi atau berkaitan dengan inti atom ini disebut reaksi nuklir.

Penemuan Proton

Keberadaan proton dibuktikan melalui percobaan tabung Crookes yang digunakan untuk membuktikan adanya elektron, hanya saja tabung tersebut dimodifikasi. Tabung Crookes diisi gas hidrogen dengan tekanan rendah. Percobaan ini dikembangkan oleh Eugen Goldstein pada tahun 1886. Eugene Goldstein melakukan eksperimen dari tabung gas yang memiliki katode, yang diberi lubang-lubang dan diberi muatan listrik.

Jika tabung Crookes dihubungkan dengan sumber arus listrik di bagian belakang katode yang dilubangi maka akan terbentuk berkas sinar. Goldstein menamakan sinar itu sebagai sinar terusan. Oleh karena sinar terusan bergerak menuju katode maka disimpulkan bahwa sinar terusan bermuatan positif. Menurut Goldstein, sinar terusan tiada lain adalah ion hidrogen. Ion ini terbentuk akibat gas hidrogen bertumbukan dengan sinar katode.
Oleh karena ion hidrogen hanya mengandung satu proton maka disimpulkan bahwa sinar positif adalah proton. Penggantian gas hidrogen oleh gas lain selalu dihasilkan sinar yang sama dengan sinar terusan yang dihasilkan oleh gas hidrogen. Hal ini dapat membuktikan bahwa setiap materi mengandung proton sebagai salah satu partikel penyusunnya.
Hasil eksprerimen tersebut membuktikan bahwa pada saat terbentuk elektron yang menuju anode, terbentuk pula sinar positif yang menuju arah  berlawanan melewati lubang pada katode. Setelah berbagai gas dicoba dalam tabung ini, ternyata gas hidrogenlah yang menghasilkan sinar muatan positif yang paling kecil baik massa maupun muatannya, sehingga partikel ini disebut dengan proton. Massa proton = 1 sma (satuan massa atom) dan muatan proton = +1.

ELEKTRON

Elektron adalah partikel subatom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebagae^-. Elektron tidak memiliki komponen dasar ataupun substruktur apapun yang diketahui, sehingga ia dipercayai sebaggai partikel elmenter. Elektron memiliki massa sekitar 1/1836 massa. . Ketika sebuah elektron bertumbukan dengan positron/proton , keduanya kemungkinan dapat saling berhambur ataupun musnah  total, menghasilan sepasang (atau lebih) foton sinar gamma. Sama seperti semua materi, elektron memiliki sifat baik partikel maupun gelombang sehingga ia dapat bertumbukan dengan partikel lain dan  berdifraksi seperti cahaya.
Penemuan elektron
Elektron ditemukan oleh Joseph John Thomson pada tahun 1897. Penemuan elektron diawali dengan ditemukannya tabung katode oleh William Crookes. Kemudian J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode ini dan dapat dipastikan bahwa sinar katode ini merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan di antara katode dan anode.

Sifat sinar katode, antara lain:
1. merambat tegak lurus dari permukaan katode menuju anode;
2. merupakan radiasi partikel sehingga terbukti dapat memutar baling-baling;
3. bermuatan listrik negatif sehingga dibelokkan ke kutub listrik positif;
4. dapat memendarkan berbagai jenis zat, termasuk gelas.
Dari hasil percobaan tersebut, J.J. Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.
J.J. Thomson berhasil menentukan perbandingan antara muatan dengan massa elektron (e/m) sebesar 1,76 ×10⁸ C/g. Kemudian pada tahun 1909, Robert Millikan dari Universitas Chicago, berhasil menentukan besarnya muatan 1 elektron sebesar 1,6 × 10^-19 C. Dengan demikian, maka harga massa 1 elektron dapat ditentukan dari harga perbandingan muatan dengan massa elektron (e/m).
Nilai e/m = 1,76 x 10⁸ C/g, maka Massa 1 elektron =9.11 x 10^-28 g
Setelah penemuan elektron, maka model atom Dalton tidak dapat diterima lagi. Menurut J.J. Thomson, atom merupakan partikel yang bersifat netral. Karena elektron bermuatan negatif maka harus ada partikel lain yang dapat menetralkan muatan negatif tersebut yaitu partikel yang bermuatan positif. Dari penemuannya tersebut, J.J. Thomson mengemukakan teori atomnya yang dikenal dengan teori atom Thomson, yaitu:

Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron yang bermuatan negatif.
Karena tersebarnya elektron-elektron di dalam atom bagaikan kismis, sehingga disebut juga model atom roti kismis.

 

NEUTRON

neutron atau netron adalah partikel subatomik yang tidak bermuatan (netral).
Inti atom dari kebanyakan atom (semua kecuali isotop Hidrogen yang paling umum, yang terdiri dari sebuah proton) terdiri dari proton dan neutron.
Perbedaan utama dari neutron dengan partikel subatomik lainnya adalah mereka tidak bermuatan. sifat neutron ini membuat penemuaannya lebih terbelakang, dan sangat menembus, membuatnya sulit diamati secara langsung dan membuatnya sangat penting sebagai agen dalam perubahan nuklir. 

Penemuan Neutron

Eksperimen Rurherford mengawali penemuan neutron. Dalam eksperimennya, Rutherford berusaha untuk menghitung jumlah muatan positif dalam inti atom dan massa inti atom. Ia berharap massa muatan positif sama dengan massa atom mengingat massa elektron sangat kecil. Akan tetapi, ia mendapati bahwa massa inti atom hanya setengah dari massa atom.

Di tahun 1920, ahli fisika Amerika William Draper Harkins menduga adanya partikel lain dalam inti atom selain proton. Partikel tersebut mempunyai massa yang hampir sama dengan proton, tetapi tidak bermuatan. Ia menamakan partikel tersebut neutron.Oleh karena partikel tersebut tidak bermuatan, maka keberadaannya sulit dibuktikan. Baru pada tahun 1932, James Chadwick dari Inggris berhasil membuktikan keberadaan partikel neutron.

Penembakan partikel α ke pelat berilium menghasilkan suatu radiasi yang tidak bermuatan. Apabila materi padat yang mengandung banyak atom hidrogen seperti lilin parafin ditempatkan sebagai penghalang, maka radiasi tidak bermuatan tersebut akan mengakibatkan proton dalam atom hidrogen terlempar keluar. Chadwick menunjukkan bahwa radiasi tidak bermuatan mengandung partikel-partikel tidak bermuatan yang memiliki massa 1.675 × 10^-27 kg, yang hampir sama dengan massa proton (1.675 × 10^-27 kg). Dengan penemuan neutron ini, struktur atom menjadi semakin jelas. atom tersusun dari inti atom yang dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif. Inti atom sendiri terdiri dari proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan. Kedua partikel penyusun atom ini disebut nukleon. Oleh karena atom bersifat netral, maka jumlah proton yang bermuatan positif harus sama dengan jumlah elektron yang bermuatan negatif.