Struktur atom

Struktur atom (disebut juga model atom) mengacu pada komposisi atom dan susunan serta susunan bagian-bagiannya [1]  . Atom sangat kecil. Ambil contoh atom karbon (C). Diameternya sekitar 140pm (pikometer), tetapi biasanya dicatat sebagai jari-jari. Dalam kasus milimeter (mm), diameternya adalah 1,4X10 ^ -7mm Ini terdiri dari inti yang terletak di pusat atom dan beberapa elektron kecil . Elektron ini bergerak di sekitar pusat inti, seperti planet-planet di tata surya yang mengorbit matahari. Dan atom itu sama dengan partikel hitam manapun di alam semesta. Penelitian terbaru tentang inti menunjukkan bahwa proton atau neutron dalam inti dapat terdiri dari lapisan energi getaran bola yang terdiri dari gaya keseimbangan internal dan eksternal. Dengan menggunakan prinsip ini, berbagai inti yang relatif stabil dapat dibangun dengan menggunakan tumpukan energi dengan ukuran berbeda. Entri merinci model atom netral, model bola bermuatan padat, model kue jujube, model Saturnus, model tata surya, model Bohr, model nuklir, dan model Chadwick.

Sejarah penemuan

Dari ahli kimia dan fisikawan Inggris Dalton (J.John Dalton, 1766 ~ 1844) penciptaan teori atom setelah sekian lama orang mengira tidak bisa lebih seperti atom kecil bola obat kaca kecil , yang tidak lagi ada trik lagi [2]  .

Sejak penemuan sinar katoda oleh ilmuwan Jerman Hitoff pada tahun 1869, sejumlah besar ilmuwan seperti Crooks, Hertz , Lerner, Thomson, dll. Telah mempelajari sinar katoda selama lebih dari 20 tahun. Akhirnya, Thomson (Joseph John Thomson) menemukan keberadaan elektron. Dalam keadaan normal, atom tidak bermuatan.Karena elektron bermuatan negatif yang 1700 kali lebih kecil dari massanya dapat lepas dari atom, hal ini menunjukkan bahwa masih terdapat struktur di dalam atom, dan ini juga menunjukkan bahwa masih terdapat benda-benda bermuatan positif di dalam atom. atom.Mereka harus menetralkan muatan negatif yang dibawa oleh elektron untuk membuat atom netral.

Model Saturnus

Fisikawan Jepang Hantaro Nagaoka (Nagaoka Hantaro, 1865-1950) 1903 5 Desember [5]  di Tokyo matematika fisika presentasi lisan pada pertemuan tersebut, dan diterbitkan pada tahun 1904 di Jepang, Inggris, majalah Jerman "Makalah yang menjelaskan pergerakan elektron di atom dalam spektrum garis dan pita dan fenomena radioaktif. Dia mengkritik model Thomson , berpikir bahwa listrik positif dan negatif tidak dapat menembus satu sama lain, dan mengusulkan sebuah struktur yang dia sebut "model Saturnus" -yaitu , model atom dengan cincin elektron yang berputar mengelilingi inti bermuatan positif . Bola elektronik dengan massa besar lingkaran tepi bermuatan positif dengan jarak yang sama dalam kecepatan sudut yang sama untuk membuat gerakan melingkar . Spektrum garis emisi getaran radial elektron, getaran tegak lurus terhadap permukaan cincin , spektrum pita emisi , elektron pada cincin terbang sebagai sinar β, dan partikel bermuatan positif di bola tengah terbang sebagai sinar α . Model Saturnus ini memiliki pengaruh besar pada pembentukan model nuklir atomnya di kemudian hari. Pada tahun 1905, ia menganalisis hasil eksperimen seperti pengukuran rasio muatan-massa partikel alfa , dan ia menemukan bahwa partikel alfa adalah ion helium. Pada tahun 1908, ilmuwan Swiss, Leeds, mengusulkan model atom magnetik.

Model mereka dapat menjelaskan beberapa fakta eksperimental pada waktu itu sampai batas tertentu, tetapi mereka tidak dapat menjelaskan banyak hasil eksperimen baru yang akan muncul di masa mendatang, sehingga belum dikembangkan lebih lanjut. Beberapa tahun kemudian, " model kue kismis " Thomson digulingkan oleh muridnya Rutherford .

Model tata surya

Fisikawan Inggris Ernest Rutherford (1871-1937) datang ke Laboratorium Cavendish di Inggris pada tahun 1895 dan belajar dengan Thomson, menjadi mahasiswa pascasarjana luar negeri pertama Thomson. Rutherford sangat rajin dan rajin, di bawah bimbingan Thomson, Rutherford menemukan sinar alfa selama percobaan pertamanya, percobaan penyerapan radioaktif .

Rutherford merancang eksperimen yang cerdik dengan meletakkan unsur radioaktif seperti uranium dan radium dalam wadah timah, hanya menyisakan lubang kecil di wadah timah. Karena timbal dapat memblokir radiasi, hanya sebagian kecil radiasi yang ditembakkan dari lubang kecil, membentuk berkas radiasi yang sangat sempit. Rutherford menempatkan magnet yang kuat di dekat pancaran radiasi dan menemukan bahwa ada semacam radiasi yang tidak terpengaruh oleh magnet dan terus bergerak dalam garis lurus. Jenis sinar kedua dibelokkan ke satu sisi oleh pengaruh magnet, tetapi tidak terlalu banyak dibelokkan. Jenis sinar ketiga berbelok parah.

Rutherford menempatkan material dengan ketebalan berbeda ke arah depan radiasi untuk mengamati bagaimana radiasi diserap. Jenis sinar pertama tidak terpengaruh oleh medan magnet, yang menunjukkan bahwa sinar tersebut tidak bermuatan dan memiliki daya tembus yang kuat. Bahan umum seperti kertas dan serpihan kayu tidak dapat menghalangi gerak maju sinar, dan hanya timah yang lebih tebal Pelat dapat sepenuhnya memblokir itu, yang disebut sinar gamma . Sinar jenis kedua akan dipengaruhi oleh medan magnet dan berbelok ke satu sisi.Hal ini dapat dilihat dari arah medan magnet bahwa sinar ini bermuatan positif. Daya tembus sinar ini sangat lemah, dan bisa jadi benar-benar terhalang oleh selembar kertas. Ini adalah sinar alfa yang ditemukan oleh Rutherford . Sinar jenis ketiga ditentukan oleh arah defleksi yang akan bermuatan negatif, dan memiliki sifat yang sama dengan elektron yang bergerak cepat, disebut sinar beta . Rutherford sangat tertarik pada sinar alfa yang dia temukan. Setelah melakukan penelitian yang mendalam dan mendetail, ia menunjukkan bahwa sinar alfa adalah aliran partikel bermuatan positif yang merupakan ion - ion atom helium , yaitu atom helium dengan dua elektron lebih sedikit.

"Tabung penghitung" ditemukan oleh Hans Geiger (1882-1945), seorang mahasiswa dari Jerman, dan dapat digunakan untuk mengukur partikel bermuatan yang tidak terlihat dengan mata telanjang. Ketika partikel bermuatan melewati tabung penghitung , tabung penghitung mengirimkan sinyal listrik.Hubungkan sinyal listrik ini ke alarm, instrumen akan mengeluarkan suara "klik", dan lampu indikator juga akan menyala. Sinar yang tidak terlihat dapat direkam dan diukur dengan alat yang sangat sederhana. Orang menyebut alat musik ini counter Geiger. Dengan bantuan penghitung Geiger, laboratorium Manchester yang dipimpin oleh Rutherford telah membuat kemajuan pesat dalam penelitian tentang sifat-sifat partikel alfa .

Pada tahun 1910, Marsden (E. Marsden , 1889-1970) datang ke Universitas Manchester.Rutherford memintanya untuk membombardir foil emas dengan partikel alfa , melakukan eksperimen praktik, dan menggunakan layar fluoresen untuk merekam partikel alfa yang melewati lembaran emas. Menurut model kue kismis Thomson , elektron kecil didistribusikan dalam materi bermuatan positif yang seragam , dan partikel alfa adalah atom helium yang telah kehilangan dua elektron, dan massanya ribuan kali lebih besar dari elektron. Ketika cangkang artileri berat membombardir atom, elektron kecil tidak dapat menahannya. Materi positif dalam atom emas didistribusikan secara merata di seluruh volume atom, dan tidak mungkin menahan pemboman partikel alfa. Dengan kata lain, partikel alfa akan dengan mudah melewati foil emas, meskipun diblokir sedikit, hanya akan sedikit mengubah arah partikel alfa setelah melewati foil emas. Rutherford dan Geiger telah melakukan jenis percobaan ini berkali-kali, dan pengamatan mereka sesuai dengan model kue kismis Thomson. Partikel alfa mengubah arahnya sedikit di bawah pengaruh atom emas, dan sudut hamburannya sangat kecil.

Marsden dan Geiger mengulangi eksperimen yang telah dilakukan berkali-kali ini, dan keajaiban muncul! Mereka tidak hanya mengamati partikel alfa yang tersebar, tetapi juga partikel alfa yang dipantulkan oleh lapisan emas. Rutherford menggambarkan pemandangan itu dalam pidatonya di tahun-tahun terakhirnya. Dia berkata: "Saya ingat dua atau tiga hari kemudian, Geiger datang kepada saya dengan sangat bersemangat dan berkata: 'Kami mendapat beberapa partikel alfa yang dipantulkan ... ....', ini adalah peristiwa paling luar biasa dalam hidup saya. Luar biasa seperti ketika Anda menembakkan bola meriam 15 inci ke kertas rokok, tetapi Anda terkena bola meriam yang dipantulkan. Setelah memikirkannya, saya tahu hamburan balik semacam ini hanya bisa terjadi hasil dari tabrakan tunggal. Setelah perhitungan, saya telah melihat bahwa jika sebagian besar massa atom terkonsentrasi di inti yang sangat kecil, mustahil untuk mendapatkan urutan besarnya . "

Apa yang dikatakan Rutherford "setelah berpikir" bukanlah memikirkan tentang satu atau dua hari, tetapi memikirkan tentang satu atau dua tahun penuh. Setelah melakukan banyak percobaan dan perhitungan teoritis dan pertimbangan yang cermat, ia dengan berani mengusulkan model atom nuklir , menggulingkan model atom bola bermuatan padat milik gurunya Thomson.

Setelah Rutherford memverifikasi bahwa partikel alfa yang dipantulkan dalam eksperimen siswanya memang partikel alfa, dia dengan hati-hati mengukur jumlah partikel alfa yang dipantulkan. Pengukuran menunjukkan bahwa dalam kondisi eksperimental, satu partikel alfa dipantulkan kembali untuk setiap 8.000 partikel alfa. Menggunakan model atom bola bermuatan padat Thomson dan teori hamburan partikel bermuatan hanya dapat menjelaskan hamburan sudut kecil partikel alfa, tetapi tidak dapat menjelaskan hamburan sudut besar. Hamburan ganda dapat menghasilkan hamburan sudut besar, tetapi hasil perhitungan menunjukkan bahwa kemungkinan hamburan ganda sangat kecil, yang terlalu jauh dari pengamatan bahwa salah satu dari 8.000 partikel alfa dipantulkan kembali.

Model atom Thomson tidak dapat menjelaskan hamburan partikel alfa. Setelah perhitungan dan perbandingan yang cermat, Rutherford menemukan bahwa hanya jika muatan positif terkonsentrasi di area kecil, ketika partikel alfa melewati atom tunggal, sudut yang besar dapat terjadi. Dengan kata lain, muatan positif atom harus terkonsentrasi di inti kecil di tengah atom. Atas dasar asumsi ini, Rutherford selanjutnya menghitung beberapa hukum hamburan α dan membuat beberapa kesimpulan. Kesimpulan ini dengan cepat dikonfirmasi oleh serangkaian eksperimen indah oleh Geiger dan Marsden.

Model atom Rutherford seperti tata surya, dengan inti bermuatan positif seperti matahari, dan elektron bermuatan negatif seperti planet yang mengorbit matahari. Dalam "tata surya" ini, gaya yang mengatur di antara mereka adalah gaya interaksi elektromagnetik . Dia menjelaskan bahwa materi bermuatan positif dalam atom terkonsentrasi di inti kecil, dan sebagian besar massa atom juga terkonsentrasi di inti kecil ini. Saat partikel alfa ditembakkan langsung ke inti atom, partikel tersebut dapat dipantulkan kembali. Ini secara memuaskan menjelaskan hamburan partikel alfa bersudut besar. Rutherford menerbitkan makalah terkenal "Hamburan Partikel α dan β oleh Materi dan Struktur Prinsipnya".

Teori Rutherford membuka cara baru untuk mempelajari struktur atom dan membuat prestasi abadi untuk pengembangan ilmu atom. Namun, untuk waktu yang lama, teori Rutherford diperlakukan dengan dingin oleh fisikawan. Kelemahan fatal dari model atom Rutherford adalah bahwa gaya medan listrik antara muatan positif dan negatif tidak dapat memenuhi persyaratan stabilitas, yaitu tidak dapat menjelaskan bagaimana elektron tetap berada di luar inti secara stabil. Model Saturnus yang diusulkan oleh Nagaoka Hantaro pada tahun 1904 tidak berhasil karena tidak dapat mengatasi kesulitan stabilitas. Oleh karena itu, ketika Rutherford mengusulkan model atom nuklir, banyak ilmuwan menganggapnya sebagai dugaan, atau salah satu dari berbagai model, dan mengabaikan dasar yang kokoh di mana Rutherford mengusulkan model tersebut.

Rutherford memiliki wawasan yang luar biasa, sehingga ia sering menangkap esensi dan membuat prediksi ilmiah. Pada saat yang sama, ia memiliki sikap ilmiah yang sangat ketat, ia mulai dari fakta eksperimen dan menarik kesimpulan yang harus dibuat. Rutherford yakin bahwa model yang ia usulkan masih sangat tidak sempurna dan perlu penelitian dan pengembangan lebih lanjut. Dia menyatakan di awal makalah: “Pada tahap ini, tidak perlu mempertimbangkan kestabilan atom yang disebutkan, karena jelas itu akan tergantung pada struktur halus atom dan pergerakan komponen bermuatan.” Dia juga menulis kepada teman-temannya tahun itu. Berkata: "Saya berharap dalam satu atau dua tahun, beberapa wawasan yang lebih jelas dapat dibuat tentang struktur atom."

Model Bohr

Teori Rutherford telah menarik seorang pemuda dari Denmark, dan namanya adalah Niels Henrik David Bohr Niels Henrik David Bohr, 1885-1962), berdasarkan model Rutherford, Dia mengusulkan orbital terkuantisasi elektron di luar nukleus, memecahkan masalah tentang stabilitas struktur atom, dan menjelaskan teori struktur atom yang lengkap dan meyakinkan [6]  .

Lahir dari keluarga profesor di Kopenhagen, Bohr menerima gelar doktor dari Universitas Kopenhagen pada tahun 1911 . Dia belajar di laboratorium Rutherford dari Maret hingga Juli 1912, di mana dia melahirkan teori atomnya. Bohr pertama kali memperluas hipotesis kuantum Planck ke energi di dalam atom untuk memecahkan kesulitan dalam stabilitas model atom Rutherford, dengan asumsi bahwa atom hanya dapat mengubah energinya melalui energi diskrit kuantum , yaitu atom hanya dapat keadaan diam diskrit , dan keadaan diam terendah adalah keadaan normal atom. Kemudian , terinspirasi oleh temannya Hansen , ia mencapai konsep transisi kondisi tunak dari hukum kombinasi garis spektrum . Pada Juli, September dan November 1913, ia menerbitkan tiga bagian dari makalah panjang "Tentang Struktur Atom dan Struktur Molekuler". .

Teori atom Bohr memberikan gambaran atom seperti itu: elektron bergerak dalam lingkaran di sekitar nukleus pada beberapa kemungkinan orbit yang spesifik , dan semakin jauh dari inti, semakin tinggi energinya; kemungkinan orbit terdiri dari momentum sudut elektron pasti kelipatan bilangan bulat dari h / 2π Tentukan; ketika elektron bergerak pada kemungkinan orbit ini, atom tidak memancarkan atau menyerap energi, hanya ketika elektron bertransisi dari satu orbit ke orbit lainnya, atom memancarkan atau menyerap energi, dan radiasi yang dipancarkan atau diserap tunggal- frekuensi, Hubungan antara frekuensi dan energi radiasi diberikan oleh E = hν . Teori Bohr berhasil menjelaskan kestabilan atom dan hukum spektrum atom hidrogen .

Teori Bohr sangat memperluas pengaruh teori kuantum dan mempercepat perkembangan teori kuantum. Pada tahun 1915, fisikawan Jerman Sommerfeld (Arnold Sommerfeld, 1868-1951) memperluas teori atom Bohr untuk memasukkan orbit elips , dan mempertimbangkan efek relativitas khusus bahwa massa elektron berubah dengan kecepatannya, dan menurunkan kehalusan spektrum. Strukturnya adalah konsisten dengan percobaan.

Pada tahun 1916, Albert Einstein (1879-1955) memulai dari teori atom Bohr dan menggunakan metode statistik untuk menganalisis proses penyerapan materi dan emisi radiasi, dan menurunkan hukum radiasi Planck . Karya Einstein ini menggabungkan pencapaian tahap pertama teori kuantum, menggabungkan karya Planck, Einstein, dan Bohr menjadi satu kesatuan.

Model nuklir

Siswa Rutherford memiliki lebih dari selusin pemenang Hadiah Nobel, dan yang terkenal termasuk Bohr , Chadwick , Cockcroft , Capica , Hahn, dll. Setelah penemuan inti, Rutherford pada tahun 1919 Penggunaan sinar alfa untuk membombardir inti nitrogen telah tercapai "alkimia" untuk pertama kalinya dalam sejarah manusia, dan mencapai reaksi nuklir untuk pertama kalinya. Sejak saat itu, elemen bukanlah hal yang kekal. Rutherford menemukan melalui serangkaian reaksi nuklir bahwa proton, atau ion hidrogen, adalah konstituen dari semua inti atom, dan neutron yang diprediksi. Neutron kemudian ditemukan oleh muridnya Chadwick, dan akhirnya menetapkan bahwa proton dan neutron adalah model struktur inti nuklir . Setelah prinsip eksklusi Pauli ditetapkan, hukum periodik unsur juga dijelaskan. Rutherford kemudian dikenal sebagai bapak fisika nuklir . Tentu saja, pada masa Inggris sedang gencar dan kuat, jangan lupakan Curie of France , karena bom atom yang dibutuhkan untuk rangkaian penemuan Rutherford adalah partikel alfa yang dipancarkan oleh unsur radioaktif (terutama radium) . Pada saat ini, Prancis mendirikan Laboratorium Curie. Curie tewas dalam kecelakaan mobil. Marie memenangkan Hadiah Nobel Kimia atas prestasinya dalam radioaktivitas. Buku terkenal "Teori Umum Radioaktivitas" diturunkan. Setelah Laboratorium Curie, the Curie kecil dan istrinya: Dipandu oleh Joliot Curie dan Ilena Curie, mereka sama-sama berbakat, dan mereka tidak kalah dengan tiga tempat suci. Little Curie dan istrinya sedikit kurang beruntung. Mereka menemukan bahwa neutron didahului oleh Chadwick, positron didahului oleh Anderson , dan fisi nuklir ditemukan oleh Hahn.Hasilkan peluang pertama, dan peluang itu cepat berlalu. Namun pada akhirnya, ia memenangkan Hadiah Nobel untuk penemuan radioaktivitas buatan . Saat ini ada ribuan isotop radioaktif , yang sebagian besar diproduksi secara artifisial, berkat Curie kecil.

Model nuklir berhasil secara eksperimental, tetapi bertentangan dengan teori dasar pada saat itu. Menurut elektrodinamika klasik , karena gerakan melingkar elektron , gelombang elektromagnetik terikat untuk dipancarkan. Karena kehilangan energi, gelombang tersebut akan jatuh ke dalam nukleus dalam jarak 1 ns dan memancarkan spektrum kontinu pada waktu yang bersamaan . Dengan kata lain, tidak ada yang namanya atom dalam teori. Tetapi atom memang ada dan stabil, memancarkan spektrum linier , didukung oleh sejumlah besar fakta eksperimental dan keseluruhan ilmu kimia. Pada tahun 1911, seorang pemuda Denmark berusia 26 tahun datang ke Cambridge dan kemudian dipindahkan ke Laboratorium Rutherford di Manchester untuk mempelajari tentang penemuan luar biasa dari inti atom ini. Pada akhirnya, ia menemukan metode koreksi fundamental dari model nuklir, yang tidak hanya dapat menjelaskan kestabilan atom, tetapi juga menghitung jari-jari atom. Dia adalah Niels Bohr yang setenar Einstein.

Pada tahun 1885, seorang guru matematika di Swiss Balmer menemukan rumus empiris untuk spektrum atom hidrogen yang terlihat, setelah fisikawan Swedia Rydberg mempromosikan rumus Rydberg . Pada tahun 1900, fisikawan Jerman Planck mengusulkan konsep kuantisasi energi , menjelaskan spektrum radiasi benda hitam. Pada tahun 1905, Einstein mengajukan konsep kuantum cahaya . Kesimpulan ini memberi Bohr banyak inspirasi. Di bawah wahyu ini, Bohr menerapkan konsep kuantisasi ke model atom pada tahun 1913 dan mengusulkan model atom hidrogen Bohr . Kunci dari model ini adalah tiga asumsi yang diperkenalkan oleh Bohr. Asumsi mapan : elektron hanya dapat bergerak pada beberapa orbit diskrit, dan tidak akan memancarkan gelombang elektromagnetik . : Kondisi frekuensi mengasumsikan perbedaan tingkat antara penyerapan atom (atau emisi) dari energi yang sama foton . Hipotesis kuantisasi momentum sudut : momentum sudut elektron adalah kelipatan bilangan bulat dari konstanta Planck . Melalui serangkaian turunan, misteri spektrum hidrogen perlahan-lahan muncul dan meraih sukses besar. Bohr memenangkan Hadiah Nobel pada tahun 1922 untuk ini. Meskipun model Bohr tampaknya relatif kasar sekarang, signifikansinya tidak terletak pada model itu sendiri, tetapi dalam konsep yang diperkenalkan saat membangun model: keadaan diam , tingkat energi, transisi, dll. Bohr memperkenalkan prinsip korespondensi, Menyelaraskan konflik antara model atom hidrogen dan mekanika klasik. Setelah kesuksesan Bohr, dia menolak undangan mentornya Rutherford dan kembali ke tanah airnya. Dia mendirikan sebuah lembaga penelitian di Kopenhagen (kemudian berganti nama menjadi Institut Penelitian Bohr). Institut Penelitian Bohr menarik sejumlah besar mahasiswa fisika muda berprestasi dari semua Ilmuwan, termasuk Heisenberg , Pauli dan Dirac , pendiri teori kuantum , membentuk atmosfir akademis yang kuat. Saat ini, Kopenhagen mulai mendalami hukum dasar fisika.

Hingga saat ini, fisika secara kasar dapat dibagi menjadi dua aliran. Salah satunya adalah sekolah fisika klasik yang diwakili oleh Einstein. Anggotanya kira-kira adalah Planck , De Broglie , dan Schrödinger. Yang lainnya adalah Sekolah Kopenhagen yang dipimpin oleh Bohr. , Anggotanya kira-kira termasuk Bonn , Heisenberg, Pauli, Dirac dan sebagainya. Wajar saja, kontroversi ini belum berakhir. Jadi apa yang terjadi dengan fisika setelah atom hidrogen Bohr? Apa fokus perselisihan antara dua raksasa ilmiah itu?

Model Chadwick

Pada tahun 1935, fisikawan Inggris James Chadwick (Sir James Chadwick 1891 ～ 1974) lahir di Inggris pada tahun 1891. Setelah lulus dari Universitas Manchester, ia mengkhususkan diri dalam studi fenomena radioaktif. Setelah menempuh pendidikan di Cambridge University di bawah bimbingan Profesor Rutherford, banyak prestasi yang diraihnya. Pada tahun 1935, ia memenangkan Hadiah Nobel Fisika untuk penemuan neutron . Selama Perang Dunia Kedua , dia pergi ke Amerika Serikat untuk terlibat dalam penelitian senjata nuklir. Meninggal dunia pada tahun 1974 [7]  .

Ia menemukan bahwa neutron dan proton memiliki massa yang sama, tetapi ia tidak bermuatan. Keberadaan neutron menjelaskan mengapa massa atom lebih besar dari massa total proton dan elektron, Ia juga memenangkan Hadiah Nobel 1935 untuk penemuan neutron.

Atom terdiri dari inti bermuatan positif dan elektron bermuatan negatif yang mengorbit inti. Hampir semua massa atom terkonsentrasi di nukleus. Pada awalnya, orang mengira bahwa massa inti atom (menurut teori model atom Rutherford dan Bohr) harus sama dengan jumlah proton bermuatan positif yang dikandungnya. Akan tetapi, beberapa ilmuwan telah menemukan dalam penelitian mereka bahwa jumlah muatan positif dalam inti tidak sama dengan massanya! Dengan kata lain, selain proton yang bermuatan positif, nukleus juga harus mengandung partikel lain. Jadi, apa itu "partikel lain"?

Fisikawan Inggris terkenal James Chadwick-lah yang memecahkan masalah fisika ini dan menemukan bahwa "partikel lain" adalah "neutron".

Pada tahun 1930, ketika ilmuwan Bottle dan Baker membombardir berilium dengan partikel alfa, mereka menemukan sinar yang sangat tembus, mereka mengira itu adalah sinar gamma dan mengabaikannya. Webster bahkan dengan hati-hati mengidentifikasi jenis radiasi ini dan melihat sifat netralnya, tetapi sulit untuk menjelaskan fenomena ini, jadi dia tidak terus mempelajarinya secara mendalam. Putri Marie Curie, Elena Curie dan suaminya juga berkeliaran di tepi "sinar berilium" dan akhirnya kehilangan neutron.

Chadwick lahir di Cheshire, Inggris pada tahun 1891 dan lulus dari Universitas Victoria di Manchester. Dia tidak menunjukkan bakatnya di sekolah menengah. Dia pendiam dan biasa-biasa saja, tetapi dia bersikeras pada keyakinannya: jika Anda dapat melakukannya, Anda harus melakukannya dengan benar dan teliti; dia tidak dapat melakukannya dan tidak memahaminya, dan tidak pernah menulis. Oleh karena itu, terkadang ia tidak dapat menyelesaikan tugas fisika sesuai jadwal. Dan itu adalah semangat bukan kesombongan, mencari kebenaran dari fakta, dan "berurusan dengan kuda dan sepuluh tunggangan, mendapatkan perbuatan baik" yang telah menguntungkan dia sepanjang hidupnya dalam penelitian ilmiah.

Chadwick, yang masuk universitas, dengan cepat mengungkapkan bakatnya yang luar biasa dalam penelitian fisika karena pengetahuan dasarnya yang kuat. Dia diambil oleh ilmuwan terkenal Rutherford, dan setelah lulus, dia tinggal di Laboratorium Fisika Universitas Manchester dan terlibat dalam penelitian radiologi di bawah bimbingan Rutherford. Dua tahun kemudian, ia memenangkan Beasiswa Nasional Inggris untuk eksperimennya yang sukses tentang "penyimpangan sinar alfa saat melewati lembaran logam".

Sama seperti karir ilmiahnya yang mulai menyingsing, Perang Dunia Pertama menempatkannya di kamp penjara sipil. Baru setelah perang berakhir dia bebas dan kembali ke penelitian ilmiah. Pada tahun 1923, ia dipromosikan menjadi wakil direktur Laboratorium Cavendish di Universitas Cambridge karena hasil yang luar biasa dalam pengukuran dan penelitian muatan nuklir, dan ia terlibat dalam penelitian partikel bersama dengan direktur Rutherford.

Pada tahun 1931, Joliot Curie dan putri serta menantu Mrs. Curie mengumumkan penemuan baru mereka bahwa lilin parafin menghasilkan sejumlah besar proton di bawah iradiasi "sinar berilium". Chadwick segera menyadari bahwa jenis sinar ini mungkin terdiri dari partikel netral, dan partikel netral ini adalah kunci misteri bahwa muatan positif inti tidak sama dengan massanya!

Chadwick segera berangkat untuk mempelajari percobaan yang dilakukan oleh Joliot Curie dan istrinya.Mereka menggunakan ruang awan untuk mengukur massa partikel ini, dan menemukan bahwa massa partikel ini sama dengan massa proton dan tidak memiliki muatan. Dia menyebut partikel ini "neutron".

Neutron ditemukan olehnya. Dia memecahkan masalah yang dihadapi oleh fisikawan teoretis dalam penelitian atom dan menyelesaikan terobosan dalam penelitian fisika atom. Belakangan, fisikawan Italia Fermi menggunakan neutron sebagai "bola meriam" untuk membombardir inti uranium dan menemukan fisi nuklir dan reaksi berantai dalam fisi, yang membuka era baru penggunaan energi atom oleh manusia. Chadwick memenangkan Hadiah Nobel Fisika tahun 1935 atas kontribusinya yang luar biasa pada penemuan neutron.

Hubungan kuantitatif

Hubungan kuantitatif antara partikel struktural yang menyusun atom

①Bilangan massa (A) = jumlah proton (Z) + jumlah neutron (N)

②Jumlah proton = jumlah muatan inti = jumlah elektron di luar inti = nomor atom

Catatan: Neutron menentukan jenis atom (isotop), nomor massa menentukan perkiraan massa atom relatif atom, jumlah proton (muatan inti) menentukan jenis unsur; jumlah elektron di lapisan terluar atom menentukan signifikansi yang tampak dari seluruh atom, dan juga menentukan sifat kimia dari unsur-unsur golongan utama .

 

sumber foto :   freepik.com

Berbagi :