Penemuan Elektron [PDF]

Citation preview

Penemuan Elektron Setelah John Dalton (1766-1844) pada tahun 1803 mengemukakan teori atom yang pertama kali, maka tidak lama setelah itu dua orang ilmuwan yaitu Sir Humphry Davy (1778-1829) dan muridnya Michael Faraday (1791-1867), menemukan metode elektrolisis, yaitu cara menguraikan senyawa menjadi unsur-unsurnya dengan bantuan arus listrik. Dengan metode



baru



itulah



akhirnya



mereka



menemukan



bahwa



atom



mengandung muatan listrik. 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.



Gambar Tabung Lucutan (discharged tube) Sifat sinar katode, antara lain : 1. merambat tegak lurus dari permukaan katode menuju anode; 2. merupakan radiasi partikel sehingga terbukti dapat memutar balingbaling; 3. bermuatan listrik negatif sehingga dibelokkan ke kutub listrik positif; 4. dapat memendarkan berbagai jenis zat, termasuk gelas. 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. Hasil-hasil eksperimen Crookes dapat dirangkum sebagai berikut. 1. Partikel sinar katode bermuatan negatif sebab tertarik oleh pelat yang bermuatan positif.



2. Partikel sinar katode mempunyai massa sebab mampu memutar baling-baling dalam tabung. 3. Partikel sinar katode dimiliki oleh semua materi sebab semua bahan yang digunakan (padat, cair, dan gas) menghasilkan sinar katode yang sama. Partikel sinar katode itu dinamai “elektron” oleh George Johnstone Stoney (1817 – 1895) pada tahun 1891. Pada



masa



itu



para



ilmuwan



masih



diliputi



kebingungan



dan



ketidaktahuan serta ketidakpercayaan bahwa setiap materi memiliki elektron karena mereka masih percaya bahwa atom adalah partikel terkecil penyusun suatu materi. Kalau atom merupakan partikel terkecil, maka di manakah keberadaan elektron dalam materi tersebut? Pada tahun 1897, Joseph John Thomson (1856 – 1940) dari Inggris melalui serangkaian



eksperimennya



berhasil



mendeteksi



atau



menemukan



elektron yang dimaksud Stoney. Thomson membuktikan bahwa elektron merupakan



partikel



penyusun



atom,



bahkan



Thomson



mampu



menghitung perbandingan muatan terhadap massa elektron (e/m), yaitu 1,759 x 108 coulomb/gram. Kemudian pada tahun 1908, Robert Andrew Millikan (1868-1953) dari Universitas Chicago menemukan harga muatan elektron, yaitu 1,602 x 1019



coulomb. Dengan demikian massa sebuah elektron dapat dihitung.



Massa satu elektron = e/(e/m) = (1,602 x 10-19) / (1,759 x 108) = 9,11 × 10–28 gram Pernahkah



Anda



memperhatikan



tabung



televisi?



Tabung



televisi



merupakan tabung sinar katode. Percobaan tabung sinar katode pertama kali dilakukan oleh William Crookes (1875). Hasil eksperimennya yaitu ditemukannya seberkas sinar yang muncul dari arah katode menuju ke anode yang disebut sinar katode.



George Johnstone Stoney (1891) yang mengusulkan nama sinar katode disebut "elektron". 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. Joseph John Thomson (1897) melanjutkan eksperimen William Crookes yaitu pengaruh medan listrik dan medan magnet dalam tabung sinar katode.



Gambar pembelokan sinar katode oleh medan listrik. Keterangan : C = katode A = anode E = lempeng kondensor bermuatan listrik F = layar yang dapat berpendar (berfluoresensi) Hasil percobaan J.J. Thomson menunjukkan bahwa sinar katode dapat dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik. Hal ini membuktikan terdapat partikel bermuatan negatif dalam suatu atom. Besarnya muatan dalam elektron ditemukan oleh Robert Andrew Milikan (1908) melalui percobaan tetes minyak Milikan seperti gambar berikut.



Gambar percobaan tetes minyak Milikan Bulatan-bulatan kecil tetes minyak dihasilkan oleh atomizer. Massa tetesan minyak dapat dihitung dari volume (diperoleh dari pengukuran jari-jari tetesan minyak yang da;pat diamati dari mikroskop) dan massa jenis minyak yang diketahui. Beberapa tetesan akan jatuh melewati lobang yang terdapat plat sebelah atas. Irradiasi dengan sinar-X akan mengionisasi gas dalam chamber dan membebaskan elektro. Elektro ini kemudain ditangkap oleh tetesan minyak. Bila pada kedua plat dipasang potesial litrik dan potensial nya di atur, maka tetes minyak yang bermuatan negatif akan melambat akibat ditarik oleh muatan positif plat bahgian atas and ditolak muatan negatif plat bahagian bawah. Pada voltase tertentu, tetesan minyak ini akan berhenti dan tergantung di tengah. Pada keadaan ini gaya listrik q. E (dimana q adalah muatan dan E adalah medan listrik yang dipakai) akan sama dengan gaya grafitasi pada tetes minya m.g. Sehingga pada keadaan ini q.E = m.g 



q=



m. g E



Dengan melakukan percobaan berulang-ulang, maka nilai muatan listrik pada tetes minyak tunggal adalah 1.5294 sekarang dikoreksi menjadi 1.602 x 1019



x 10 -19 C. Harga muatan itu



Dengan melakukan percobaan berulang-ulang, maka nilai muatan listrik pada tetes minyak tunggal adalah 1.5294



x 10 -19 C. Harga muatan itu



sekarang dikoreksi menjadi 1.602 x 1019 Dengan menggunakan hasil pengukuran Thomso e/m = 1.76 x 108, dapat dihitung massa electron sebagai, m = 9.109 x 1031 kg