Makalah Struktur Atomik

MAKALAH

“Struktur Atomik”

DISUSUN UNTUK MELENGKAPI TUGAS DALAM PERKULIAHAN

FISIKA MODERN

Di susun oleh:

1.      Ghea Lucki Utami                 A1E013035

2.      Ria Hidayati                          A1E013027

3.      Yesy Oktalia                         A1E013031

4.      Yumni Hanina                       A1E013019

Dosen Pengampu : Drs. Nyoman Rohadi, M.Sc

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS BENGKULU

2015

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis sampaikan kehadirat Allah Subhanahuwata’ala atas rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah yang berjudul Model-Model Atom, Hamburan Partikel Alfa, dan Rumusan Hamburan Rutherford

Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Fisika Modern Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Bengkulu tahun ajaran 2015/2016.

Makalah ini berhasil penulis selesaikan sesuai waktu yang direncanakan berkat bantuan serta dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih kepada:

1.      Orang tua dan seluruh keluarga yang tiada jemu mengobarkan semangat penulis untuk selalu belajar maupun menyelesaikan makalah ini.

2.      Bapak Drs. Nyoman Rohadi, M.Sc yang telah memberikan materi dan bimbingan dalam penyusunan makalah ini.

3.      Teman-teman kelas A Pendidikan Fisika 2013 dan semua pihak yang  turut andil dalam penyelesaian makalah ini baik secara langsung maupun tidak langsung yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis telah berusaha seoptimal mungkin untuk menyelesaikan makalah ini dengan baik. Apabila dalam makalah ini masih terdapat banyak kesalahan, hal itu karena keterbatasan pengetahuan dan kemampuan penulis. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan dalam menghasilkan makalah pada masa yang akan datang. Penulis berharap makalah sederhana ini dapat bermanfaat bagi penulis sendiri maupun bagi pembaca pada umumnya.

Bengkulu,  Oktober 2015

Penulis

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Perkembangan struktur atom disumbangkan oleh banyak ilmuwan. Kronologi dari struktur atom mengungkapkan penemuan partikel atom dan pengaturan mereka di dalam atom.

Atom adalah blok bangunan dari semua zat. Sebuah atom terdiri dari tiga partikel – neutron (tanpa biaya), proton (bermuatan positif) dan elektron (bermuatan negatif). Jumlah proton hadir dalam atom disebut nomor atom, sedangkan massa atom adalah jumlah proton ditambah rata-rata jumlah neutron. Setiap unsur yang berbeda yang ditemukan di alam berbeda dalam jumlah dari ketiga partikel atom. Secara umum nomor atom digunakan untuk mendefinisikan sebuah unsur, misalnya, suatu unsur dengan nomor atom 8 adalah oksigen dan sebaliknya. Sebuah unsur memiliki sejumlah tetap proton, tetapi dapat memiliki jumlah neutron yang bervariasi. Atom dengan jumlah neutron yang berbeda disebut sebagai isotop.

Gambar 1 Struktur atom

Gagasan atom itu ada sejak jaman Yunani. Hal itu disampaikan oleh Democritus (460 SM) sebagai Atoma, bahasa Yunani yang berarti tak dapat dibagi. Namun, pujian sebenarnya untuk penemuan atom masuk ke John Dalton yang mengajukan teori atom dan menyarankan bahwa semua hal terdiri dari partikel padat bola yang disebut atom. Setelah penemuan atom, banyak perbaikan yang telah dibuat tentang atom dan struktur atom.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1  Sejarah Penemuan Struktur Atom

Dari zaman yunani kuno hingga sekarang, model dan teori atom terus berkembang. Melalui model dan teori atom, kita dapat mengetahui struktur suatu atom. Perkembangan tersebut tidak dapat dilepaskan dari upaya para ilmuwan diantaranya Democritus, John Dalton, J.J. Thomson, Rutherford, Niels Bohr, Schrodinger, de Broglie dan lain sebagainya.

1.      Leukippos dan Demokritus (460 – 380 SM)

          Leukippos merupakan orang pertama yang mencetuskan tentang keberadaan atom. Beliau bersama dengan Demokritus muridnya mengemukakan bahwa materi terbentuk dari partikel yang sudah tidak terbagi lagi. Yang kemudian mereka namai dengan sebutan atom (Yunani:atomos = tak terbagi). Namun, Pendapat ini ditolak oleh Aristoteles, Dia berpendapat bahwa materi bersifat kuntinu (materi dapat dibelah terus-menerus sampai tidak berhingga). Oleh karena Aristosteles termasuk orang yang sangat berpengaruh pada masa itu, gagasan tentang atom memudar dan tidak mengalami perkembangan selama berabad-abad lamanya.

2.      Gassendi (1592-1655 M)

          Pemikiran tentang keberadaan atom muncul kembali. Sekitar tahun 1592 – 1655 Gasendi mengemukakan bahwa atom merupakan bagian terkecil suatu zat. Isaac Newton (1642 – 1727), seorang ilmuwan yang sangat berpengaruh pada masa itu, mengemukakan dukungannya tentang keberadaan atom.

3.      Teori atom Dalton (1808 M)

           Berdasarkan berbagai penemuan pada masa itu, John Dalton merumuskan teori atom yang pertama sekitar tahun 1803-1807, yang kita kenal sebagai teori atom Dalton. Berikut adalah postulat-postulat dalam teori atom Dalton.

a.       Setiap unsur terdiri atas partikel yang sudah tak terbagi yang dinamai atom.

b.      Atom-atom dari suatu unsur adalah identik. Atom-atom dari unsur yang berbeda mempunyai sifat-sifat yang berbeda, teimasuk mempunyai massa yang berbeda.

c.       Atom dari suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain, tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan. Reaksi kimia hanya merupakan penataan ulang atom- atom.

d.      Senyawa terbentuk ketika atom-atom dari dua jenis unsur atau lebih bergabung dengan perbandingan tertentu.

Namun pada perkembangannya, terdapat kelemahan dari teori atom Dalton ini, di antaranya :

a.       Tidak dapat menjelaskan sifat listrik materi.

b.      Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan.

c.       Tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan unsur yang lain.

Meskipun demikian, Teori atom Dalton diterima karena dapat menjelaskan dengan baik beberapa fakta eksperimen pada masa itu, di antaranya Hukum Kekekalan Massa dan Hukum Perbandingan Tetap dengan baik.

4.       Hipotesa Prout (1785-1855)

            Hipotesis Prout adalah upaya yang dilakukan di awal abad kesembilan belas untuk menjelaskan keberadaan beberapa unsur kimia melalui hipotesis tentang struktur internal dari atom . Pada 1815 dan 1816 , kimiawan Inggris William Prout menerbitkan dua artikel di mana ia mencatat bahwa berat atom yang telah ditetapkan untuk unsur yang dikenal pada saat itu tampaknya menjadi beberapa dari semua berat atom hidrogen . Akibatnya, hipotesis bahwa atom hidrogen adalah satu-satunya benar-benar mendasar, dan bahwa atom elemen lain sebenarnya kelompok dari beberapa atom hidrogen.

5.      Model Atom Thomson

          Pada Tahun 1900, J. J Thomson menemukan Elektron. Penemuan elektron berkaitan dengan percobaan-percobaan tentang hantaran listrik melalui tabung hampa. Melalui percobaan dapat ditunjukkan bahwa perpendaran itu disebabkan oleh suatu radiasi yang memancar dari permukaan katode menuju anode. Oleh karena berasal dari katode, maka radiasi ini disebut sinar katode. Percobaan lebih lanjut menunujukan bahwa sinar  katode merupakan radiasi partikel yang bermuatan listrik negatif. Selanjutnya, Thomson menamakanya elektron. Berdasarkan hal itu, Thomson menyimpulkan bahwa elektron merupakan partikel dasar penyusun atom.

          Setelah penemuan elektron pada tahun 1900, J. J Thomson mengajukan model atom yang menyerupai roti kismis. Model  ini kemudian, dikenal  sebagai model atom Thomson yaitu ; Atom merupakan  bola bermuatan  positif yang  terdistribusi merata meliputi seluruh bola, dan elektron-elektron yang  tersebar di dalam muatan positif tadi. Menurut Thomson, atom terdiri dari materi bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis. Kismis mempresentasikan  elektron  yang bermuatan negatif dan diskrit dengan massa  yang sangat kecil dibanding dengan  atom secara keseluruhan. Roti (tanpa kismis) merupakan bola atom dengan massa dan muatan listrik positif  terbesar secara merata. Yang diuraikan sebagai berikut :

a.       Atom tersusun atas muatan-muatan positif yang tersebar merata dalam seluruh volume bola

b.      Muatan-muatan negatif (elektron) melekat pada permukaan bola positif di titik-titik/posisi tertentu.

c.       Massa keseluruhan atom terdistribusi secara merata dalam seluruh volume bola

d.      Elektron tidak bergerak mengelilingi inti dan tetapi bergetar pada frekuensi tertentu diposisinya.

         Gambar 2. model Thomson

Thomson membangun model atom tersebut berdasarkan asumsi-asumsi fisika klasik yaitu :

1.      Dinamika suatu atom mengikuti hukum mekanika Newton

2.      Radiasi dari suatu atom mengikuti teori gelombang elektromagnet Maxwell

6.      Model Atom Rutherford

          Pada tahun 1910, Ernest Rutherford bersama dua orang asistennya, yaitu Hans Geiger dan Ernest Marsden, melakukan serangkaian percobaan untuk mengetahui lebih banyak tentang susunan atom. Mereka menembaki lempeng emas yang sangat tipis dengan partikel sinar alfa berenergi tinggi.

          Mereka menemukan bahwa sebagian besar partikel alfa dapat menembus lempeng emas tanpa pembelokkan berarti, seolah-olah lempeng emas itu tidak ada. Akan tetapi, kemudian mereka menemukan bahwa sebagian kecil dari partikel alfa mengalami pembelokan yang cukup besar, bahkan di antaranya dipantulkan.

          Adanya partikel alfa yang terpantul mengejutkan Rutherford. Partikel alfa yang terpantul itu pastilah telah menabrak sesuatu yang sangat padat dalam atom. Fakta ini tidak sesuai dengan model yang dikemukakan oleh J. J Thomson, dimana atom digambarkan bersifat homogen pada seluruh bagiannya.

          Pada tahun 1911, Rutherford menjelaskan penghamburan sinar  alfa dengan mengajukan gagasan tentang inti atom. Menurut Rutherford, sebagian besar dari massa dan muatan positif atom terkonsentrasi pada bagian pusat atom yang selanjutnya disebut inti atom. Elektron beredar mengitari inti pada jarak yang relatif sangat jauh. Lintasan elektron itu disebut kulit atom.

Gambar 3. Diagram skematik partikel alpha yang tersebar dari atom dalam lempeng

       emas  tipis

          Namun, terdapat kelemahan pada teori atom Rutherford yakni tidak dapat menjelaskan elektron itu tidak jatuh ke intinya. Menurut teori fisika klasik, gerakan elektron mengitari inti akan disertai pemancaran energi berupa radiasi elektromagnet. Dengan demikian, energi elektron semakin berkurang dan gerakannya melambat sehingga membentuk lintasan spiral dan akhirnya jatuh ke inti atom.

7.      Model atom bohr (1913), Spektrum hidrogen

          Pada tahun 1913, berdasarkan analisis spektrum atom dan teori kuantum yang dikemukakan oleh Max Planck, Niels Bohr mengajukan model atom hidrogen. Model atom hidrogen menurut Bohr menyerupai sistem tata surya. Elektron dalam atom hanya dapat berada pada tingkat energi tertentu. Artinya, elektron hanya dapat beredar pada lintasan tertentu saja. Elektron dapat berpindah dari satu kulit ke kulit lain disertai pemancaran atau penyerapan sejumlah tertentu energi.

8.      Model Atom Mekanika Kuantum (1926), Hipotesa de Broglie

          Teori atom Bohr hanya sesuai untuk atom hidrogen. Selain itu, pada perkembangan selanjutnya diketahui bahwa gerakan elektron menyerupai gelombang. Oleh karena itu, posisi elektron tidak mungkin dapat dipastikan. Dengan kata lain, orbit elektron yang berbentuk lingkaran dengan jari-jari tertentu seperti yang dikemukakan Niels Bohr tidak dapat diterima.

          Pada tahun 1926, dengan menggunakan pemikiran Louis de Broglie bahwa partikel berperilaku seperti gelombang, Erwin Schrödinger mengembangkan suatu model atom matematis yang menggambarkan elektron sebagai gelombang tiga dimensi daripada sebagai titik-titik partikel. Menurut teori atom mekanika kuantum, meski elektron mempunyai tingkat energi tertentu, posisinya tidak dapat dipastikan. Yang dikatakan tentang posisi elektron adalah peluang untuk menemukannya. Daerah dengan peluang terbesar untuk menemukan elektron tersebut disebut orbital. Orbital biasanya digambarkan berupa awan dengan ketebalan yang bervariasi. Awan yang lebih tebal menyatakan peluang yang lebih besar untuk menemukan elektron dan sebaliknya. Teori atom mekanika kuantum dapat menjelaskan struktur atom yang lebih kompleks (atom multielektron). 

2.2  Model Atomik

Walaupun ilmuwan dalam abad sembilan belas menerima ide bahwa unsur kimiawi terdiri dari atom-atom, mereka tidak mengetahui tentang atom itu sendiri. Penemuan elektron dan pengetahuan semua bahwa semua atom mengandung elektron menyiapkan pandangan yang penting mengenai struktur atomik. Elektron mengandung muatan listrik negatif, sedangkan atom muatan listriknya neutral: jadi setiap atom harus mengandung cukup materi bermuatan positif untunk menyimbangi muatan negatif elektron-elektronnya. Lebih lanjut lagi, elektron beribu-ribu kali lebih ringan dari keseluruhan; hal ini menimbulkan dugaaan bahwa bagian materi bermuatan positif dari atom yang menentukan hampir seluruh massa atom.

Ketika JJ. Thomson(1998) mengusulkan bahwa atom merupakan bola bermuatan positif serba sama yang mengandung elektron, hipotesisnya dianggap sangat nalar. Model plum-pudding (model kue) Thomson-disebut demikian karena menyerupai kue yang berkismis - dibuat sketsanya dalam (Gambar 4). Walaupun persoalan tersebuat sangat penting, seperti yang akan kita lihat, memaksa kita untuk meninggalkan model yang kelihatannnya berpeluang besar ini, yang tertinggal ialah konsep struktur atomik yang tidak dapat dipahami dari sudut pandang fisika klasik.

Gambar 4. Model atom Thomson. Eksperimen hamburan Rutherford menunjukkan bahwa model ini tidak benar

Cara langsung untuk mengetahui bagian dalam kue berkismis ialah mencelupkan jari kita ke kue itu, suatu teknik yang tidak jauh berbeda dari teknik yang dipakai oleh Geiger dan Marsden untuk mengetahui bagian dalam sebuah atom. Dalam eksperimen klasiknya, yang dilakukan dalam tahun 1911, atas dasar usul Ernest Rutherford, mereka memakai partikel alfa cepat sebagai penguar (probes) yang secara spontan dipancarkan oleh unsur (elemen) radiaktif. Partikel alfa ialah atom helium yang kehilangan 2 elektron sehingga yang tertinggal partikel bermuatan +2e. Geiger dan Marsden meletakan sebuah sampel (cuplikan) bahan pemancar partikel alfa dibelakang layar timbal yang mempunyai lubang keci (seperti dalam Gambar 5), sehingga menghasilkan berkas partikel alfa yang tajam. Berkas ini diarahkan pada selaput emas tipis (gold foil). Layar zink sulfide yang dapat digerakan dapat memberikan denyar cahaya tampak bila tertumbuk oleh partikel alfa ditempatkan pada sisi lain dari selaput emas itu. Dapat diduga bahwa partikel alfa dapat menembus langsung selaput itu dengan hanya mengalami sedikit defleksi. Kelakuan seperti itu didapatkan bila kita memakai model atomik Thomson: dalam model ini muatan dalam atom dianggap terdistribusi secara serba sama keseluruh volume. Jika model atom Thomson benar, hanya gaya listrik lemah saja yang bereaksi pada partikel alfa yang menembus selaput logam, dan momentum awalnya sudah cukup untuk menembusnya dengan sedikit penyimpangan dari lintasan semula.

Gambar 5. Eksperimen hamburan Rutherford

Apa yang didapatkan oleh Geiger dan Marsden ternyata bahwa banyak partikel alfa yang muncul dari selaput itu dengan deviasi (penyimpangan) kurang dari 1 ^o , tetapi beberapa terhambur dengan sudut yang sangat besar. tetapi beberapa terhambur dengan sudut yang sangat besar. bahkan sebagian kecil terhambur dalam arah yang berlawanan dengan arah semula. Karena partikel alfa relatif berat (sekitar 7000 x lebih masif dari elektron) dan partikel yang dipakai pada eksperimen ini memiliki kecepatan tinggi (biasanya sekitar 2 x 10⁷ m/s), jelaslah bahwa terdapat gaya yang kuat yang bereaksi pada partikel itu supaya terjadi defleksi sebesar itu. Satu-satunya model atom yang didapatkan Rutherford yang bisa menerangkan hasil itu ialah model yang terdiri dari inti kecil yang bermuatan positif yang merupakan tempat terkonsentrasinya hampir seluruh massa atom dengan elektron-elektronnya terdapat pada jarak yang agak jauh (seperti dalam Gambar 6). Dengan memandang sebuah atom sebagai sesuatu yang terdirin dari bagian besar ruang hampa, kita dapat dengan mudah melihat mengapa sebagian besar partilel alfa menembus selaput logam itu. Namun bila partikel alfa mendekati inti partikel itu akan mengalami medan listrik yang kuat dan mempunyai peluang besar untuk dihambur dengan sudut yang besar. elektron atom tersebut yang sangat ringan hampir tidak mempengaruhi gerak partikel alfa yang datang.

Gambar 6. Model atom Rutherford

Perkiraan numerik intensitas medan listrik dalam model atom Thomson dan Rutherford menunjukkan secara jelas perbedaan antara kedua model itu. Jika kita k=mengikuti anggapan Thomson bahwa muatan positif dalam atom emas tersebar merata keseluruh volume dan kita mengabaikan elektron sepenuhnya, maka intensitas listrik pada pemukaan atom (pada tempat itu intensitasnya maksimum) ialah sekitar 10³ V/m. Sebaliknya jika kita mengikuti Rutherford bahwa muatan positif dalam atom emas terkonsentrasi dalam inti kecil pada pusatnya, maka intensitas listrik pemukaan inti melebihi 10²¹ V/m – suatu faktor 10⁸ lebih besar. medan sekuat itu dapat mendefleksi bahkan membalik partikel alfa yang energetik yang datang dekat pada inti, sedangkan medan lemah model atom Thomson tidak dapat.

Eksperimen Geiger dan Marsden dan pekerjaan yang selanjutnya itu memberikan informasi juga mengenai inti atom yang berbentuk selaput target. Defleksi yang dialami partikel ketika partikel lewat dekat sebuah inti bergantung dari besar muatan inti, sehingga dengan membandingkan hamburan relatif partikel alfa selaput yang berbeda-beda merupakan suatu cara memperkirakan muatan inti dari atom yang bersangkutan. Semua atom suatu unsur didapati mempunyai muatan inti yang unik, dan muatan ini berttambah secara teratur dari suatu unsur ke unsur lain dalam tabel periodik (berkala). Ternyata muatan inti selalu merupakan kelipatan dari + e ; bilangan yang menyatakan besar satuan muatan positif dalam inti suatu unsur sekarang disebut bilangan atomik unsur itu. Kita ketahui bahwa proton yang masing-masing bermuatan + e merupakan penentu dari muatan suatu inti; bilangan atomik suatu unsur sama dengan banyaknya proton dalam inti atom tersebut. 

2.3  Hamburan Partikel - Alfa

Model atom Rutheford diterima, karena ia dapat mencapai suatu rumus yang menggambarkan hamburan partikel alfa oleh selaput tipis berdasarkan model tersebut yang cocok dengan hasil eksperimental. Ia mulai dengan menyatakan bahwa partikel alfa dengan inti yang berinteraksi dengannya berukuran cukup kecil sehingga dapat dipandang sebagai massa-titik dan muatan-titik; bahwa gaya listrik tolak-menolak antara partikel alfa dan inti (yang keduanya bermuatan positif) merupakan satu-satunya gaya yang beraksi; dan bahwa inti begitu massif dibandingkan dengan partikel alfa, sehingga tidak bergerak ketika terjadi interaksi. karena berubahnya  gaya listrik mengikuti 1/, dengan r menyatakan jarak sesaat antara partikel alfa dengan inti, lintasan partikel alfa merupakan hiperbola dengan inti pada fokus luar (Gambar 7).

Gambar 7. Hamburan Rutherford

 Parameter dampak b merupakan jarak minimum partikel alfa tersebut mendekati inti bila tidak terdapat gaya antaranya, dan sudut hamburan  marupakan sudut antara arah pendekatan asimtotik pertikel alfa dan arah peninggalan asimtotik partikel itu. tugas kita yang pertama ialah mencari hubungan antara b dan  Sebagai akibat impluse  yang diberikan oleh inti pada partikel alfa, momentum partikel alfa beruubah alfa dengan  dari harga semula   ke harga akhir . Ini berarti

4.1                  

      =

Karena inti tetap diam selama partikel alfa tersebut melewatinya, maka energi kinetik partikel alfa tetap konstan; jadi besar momentumnya juga tetap konstan, dan

Di sini v menyatakan kelajuan partikel alfa jauh dari inti. Dari (Gambar 8), kita lihat menurut hukum sinus,

Karena

                       

dan

kita dapatkan perubahan momentum

4.2                  

Karena impluse  berarah sama dengan arah perubahan momentum , besarannya sama dengan

4.3                  

dengan  menyatakan sudut sesaat antara F dan  sepanjang lintasan partikel alfa.

masukan Pers. 4.2 dan 4.3 ke dalam Pers. 4.1,

                         dt

Gambar 8. Hubungan geometris dalam hamburan Rutherford

Untuk mengubah variabel dalam ruas kanan dari t ke , kita perhatikan bahwa batas integrasinya berubah dari – ½  dan + ½  bersesuaian dengan harga  pada t =  dan t =  berturutan, sehingga

4.4                  

Kuantitas d tidak lain dari kelajuan sudut  partikel alfa disekitar inti (hal ini jelas dari Gambar 8). Gaya listrik yang ditimbulkan inti pada partikel alfa beraksi sepanjang vektor jejari yang menghubungkan keduanya, sehingga tidak terdapat torka pada partikel alfa dan momentum sudutnya  konstan. Jadi

                       

dari sini kita lihat bahwa

                       

Subtitusikan persamaan untuk  dalam persamaan 4.4 memberikan

4.5                  

Kita ingat, F menyatakan gaya listrik yang ditimbulkan oleh inti pada partikel alfa. Muatan dalam inti ialah Ze, bersesuaian dengan bilangan atomik Z, dan muatan partikel alfa ialah 2e. Jadi

           

dan

                                     

Sudut hamburan  berhubungan dengan parameter dampak b melalui persamaan

             

Kita lebih enak memakai energi partikel alfa K alih-alih massa dan kelajuan secara terpisah; dengan subtitusi ini.

4.6                  

(Gambar 9) merupakan gambaran skematik dari persamaan 4.6; penurunan yang cepat dari  ketika b bertambah tampak sangat jelas. Parameter dampak kecil (hampir bertumbukan langsung) diperlukan untuk mendapatkan defleksi besar.

2.4  Rumusan Hamburan Rutherford

Persamaan 4.6 tidak dapat dibandingkan langsung dengan eksperimen karena tidak terdapat cara untuk mengukur parameter dampak yang bersesuaian dengan sudut hamburan tertentu yang diamati. Suatu strategi tak langsung diperlukan disini

Gambar 9. Sudut hamburan berkurang ketika parameter dampak bertambah

Langkah kita yang pertama ialah mengingat bahwa semua partikel alfa yang mendekati inti target dengan parameter dampak dari O ke b akan dihambur dengan sudut q atau lebih, dengan q dinyatakan dalam b seperti pada persamaan 4.6. Ini berarti bahwa partikel alfa yang mula-mula berarah sedenikian sehingga berada dalam bidang seluas  sekitar inti akan dihambur dengan sudut q atau lebih (Gambar 9); bidang seluas  biasa disebut penampang hamburan interaksi tersebut. Lambang yang biasa dipakai untuk penampang hamburan ialah s, sehingga :

            4.7       s =            Penampang hamburan

Tentu saja, partikel alfa yang datang sebenarnya akan dihambur sebelum partikel itu mendekati daerah sekitar inti, jadi tidak perlu partikel itu melewati dalam jarak b dari inti.

Sekarang kita tinjau selaput setebal t yang berisi n atom persatuan volume. banyaknya inti target persatuan luas ialah nt, dan berkas partikel alfa yang datang pada bidang seluas A akan berinteraksi dengan ntA inti. Penampang hamburan kumpulan untuk sudut q atau lebih sama dengan banyaknya inti target ntA dikalikan dengan penampang s untuk hamburan seperti itu per inti, atau sama dengan ntAs. Jadi besar fraksi f dari banyaknya partikel alfa yang datang yang dihambur dengan sudut q atau lebih merupakan rasio antara penampang kumpulan ntAs  untuk hamburan seperti itu dan luas target total A. Ini berarti :

                       

                                   = nt

Substitusikan b ke Pers. 4.6,

4.8    

Dalam perhitungan diatas kita anggap selaput itu cukup tipis sehingga penampang inti yang berdekatan tidak saling-tindih dan partikel alfa yang dihamburkan menerima seluruh defleksinya dari interaksinya dengan inti tunggal.

Marilah kita pakai Pers. 4.8 untuk menentukan berapa besar fraksi berkas partikel alfa 7.7 MeV yang dihamburkan dengan sudut lebih besar dari 45^o jika dijatuhkan pada selaput emas yang tebalnya 3 x 10^-7m. (Besaran ini merupakan besaran yang biasa dipakai untuk energi partikel alfa dan ketebalan selaput yang dipakai oleh Geiger dan Marsden; untuk pembanding : diameter rambut manusia ialah sekitar 10^-4m). Kita mulai dengan mencari n, banyaknya atom per satuan volume dalam selaput dari hubungan

                        n =

Karena kerapatan emas ialah 1,93 x 10⁴kg/m³, massa atomiknya ialah 197 u, dan 1 u = 1,66 x 10^-27kg. kita dapatkan

                         

                           

Bilangan atomik Z dari emas ialah 79, energi kinetik 7,7 MeV sama dengan 1,23x10^-12j, dan q = 45⁰ ; dari angka-angka itu kita dapatkan

                        f = 7 x 10^-5

dari jumlah partikel alfa yang datang dihambur dengan sudut 45^o atau lebih hanya 0,007 persen! selaput setipis ini sangat mudah ditembus oleh partikel alfa.

Dalam eksperimen yang sebenarnya, detektor mencatat partikel yang terhambur antara sudut q dan q + dq, seperti dalam (Gambar 10).Fraksi jumlah partikel alfa yang terhambur seperti itu diperoleh dengan mendiferensiasi Pers. 4.8 terhadap q, menghasilkan

4.9      

(Tanda minus menyatakan bahwa f menurun jika q bertambah besar). Dalam eksperimen ini, layar fluoresen ditempatkan pada jarak r dari selaput, dan partikel alfa yang dihambur dideteksi melalui kelipan (scintilasi) yang ditimbulkannya. Partikel alfa yang terhambur antara sudut q dan q +dq mencapai daerah bola berjejari r yang tebalnya ialah rdq.

Gambar 10. Dalam eksperimen rutherford, paritikel yang dideteksi telah terhambur dengan  sudut antara Ө dan Ө + dӨ

Jejari daerah itu ialah r sin q, sehingga bidang seluas dS dari layar yang ditubruk partikel ini ialah :

Jika sebanyak N_i partikel alfa menumbuk selaput selama partikel ini berlangsung, banyaknya partikel yang terhambur ke dalam sudut dq pada sudut q ialah N_i df. Banyaknya N(q) per satuan luas yang sampai kelayar pada sudut q yang merupakan kuantitas yang terukur ialah :

4.10      Rumus hamburan Rutherford

Persamaan 4.10 merupakan rumus hamburan Rutherford.

Menurut Pers. 4.10 banyaknya partikel alfa per satuan luas yang tiba pada layar kelip berjarak r dari selaput penghambur harus berbanding lurus dengan tebal

Gambar 11. Hamburan Rutherford

selaput t, dengan banyaknya atom dalam selaput per satuan volume n dan dengan kuadrat bilangan atomik Z dari atom selaput itu, dan harus berbanding terbalik dengan kuadrat energi kinetik K dari partikel alfa dan dengan sin⁴ (q/2); dengan q menyatakan sudut hambur. Ramalan ini sesuai dengan hasil pengukuran Geiger dan Marsden seperti telah disebutkan didepan, sehingga Rutherford menyimpulkan bahwa anggapan yang dipakainya, terutama hipotesis mengenai inti atom sudah betul. Rutherford diakui telah “menemukan” inti.(Gambar 9) menunjukkan bagaimana N(q) berubah terhadap q.

BAB III

PENUTUP

3.1  Kesimpulan

3.1.1      Sejarah Penemuan Struktur Atom

a.       Leukippos dan Demokritus (460 – 380 SM)

            Beliau bersama dengan Demokritus muridnya mengemukakan bahwa materi terbentuk dari partikel yang sudah tidak terbagi lagi. Yang kemudian mereka namai dengan sebutan atom. Namun, Pendapat ini ditolak oleh Aristoteles, Dia berpendapat bahwa materi bersifat kuntinu (materi dapat dibelah terus-menerus sampai tidak berhingga).

b.      Gassendi (1592-1655 M)

Sekitar tahun 1592 – 1655 Gasendi mengemukakan bahwa atom merupakan bagian terkecil suatu zat.

c.       Teori atom Dalton (1808 M)

John Dalton merumuskan teori atom yang pertama sekitar tahun 1803-1807, yang kita kenal sebagai teori atom Dalton.

d.       Hipotesa Prout (1785-1855)

   Hipotesis Prout adalah upaya yang dilakukan di awal abad kesembilan belas untuk menjelaskan keberadaan beberapa unsur kimia melalui hipotesis tentang struktur internal dari atom .

e.       Model Atom Thomson

Thomson menyimpulkan bahwa elektron merupakan partikel dasar penyusun atom.

            Setelah penemuan elektron pada tahun 1900, J. J Thomson mengajukan model atom yang menyerupai roti kismis.

f.       Model Atom Rutherford

            Pada tahun 1911, Rutherford menjelaskan penghamburan sinar  alfa dengan mengajukan gagasan tentang inti atom. Menurut Rutherford, sebagian besar dari massa dan muatan positif atom terkonsentrasi pada bagian pusat atom yang selanjutnya disebut inti atom. Elektron beredar mengitari inti pada jarak yang relatif sangat jauh. Lintasan elektron itu disebut kulit atom.

            Namun, terdapat kelemahan pada teori atom Rutherford yakni tidak dapat menjelaskan elektron itu tidak jatuh ke intinya. Menurut teori fisika klasik, gerakan elektron mengitari inti akan disertai pemancaran energi berupa radiasi elektromagnet. Dengan demikian, energi elektron semakin berkurang dan gerakannya melambat sehingga membentuk lintasan spiral dan akhirnya jatuh ke inti atom.

g.      Model atom bohr (1913), Spektrum hidrogen

            Pada tahun 1913, berdasarkan analisis spektrum atom dan teori kuantum yang dikemukakan oleh Max Planck, Niels Bohr mengajukan model atom hidrogen.

h.      Model Atom Mekanika Kuantum (1926), Hipotesa de Broglie

Teori atom mekanika kuantum dapat menjelaskan struktur atom yang lebih kompleks (atom multielektron).

3.1.2    Model Atomik

Perkiraan numerik intensitas medan listrik dalam model atom Thomson dan Rutherford menunjukkan secara jelas perbedaan antara kedua model itu. Jika kita k=mengikuti anggapan Thomson bahwa muatan positif dalam atom emas tersebar merata keseluruh volume dan kita mengabaikan elektron sepenuhnya, maka intensitas listrik pada pemukaan atom (pada tempat itu intensitasnya maksimum) ialah sekitar 10³ V/m. Sebaliknya jika kita mengikuti Rutherford bahwa muatan positif dalam atom emas terkonsentrasi dalam inti kecil pada pusatnya, maka intensitas listrik pemukaan inti melebihi 10²¹ V/m – suatu faktor 10⁸ lebih besar. medan sekuat itu dapat mendefleksi bahkan membalik partikel alfa yang energetik yang datang dekat pada inti, sedangkan medan lemah model atom Thomson tidak dapat.

3.1.3   Hamburan Partikel - Alfa

Model atom Rutheford diterima, karena ia dapat mencapai suatu rumus yang menggambarkan hamburan partikel alfa oleh selaput tipis berdasarkan model tersebut yang cocok dengan hasil eksperimental. Ia mulai dengan menyatakan bahwa partikel alfa dengan inti yang berinteraksi dengannya berukuran cukup kecil sehingga dapat dipandang sebagai massa-titik dan muatan-titik; bahwa gaya listrik tolak-menolak antara partikel alfa dan inti (yang keduanya bermuatan positif) merupakan satu-satunya gaya yang beraksi; dan bahwa inti begitu massif dibandingkan dengan partikel alfa, sehingga tidak bergerak ketika terjadi interaksi.

3.1.4   Rumusan Hamburan Rutherford

 

3.2      Saran

Dalam pembelajaran fisika modern hendaknya dipelajari secara mendalam materi model-model atom, hamburan partikel alfa dan rumusan hamburan Rutherford ini. Karena dalam materi membutuhkan analisis yang cukup tinggi.

DAFTAR PUSTAKA

Beiser, Arthur. 1982. Konsep Fisika Modern. Jakarta : Erlangga