Inti Atom Tidak Mengandung Elektron

Jika massa inti helium adalah empat kali massa proton dan muatan inti helium adalah +2e, maka dapatlah dianggap bahwa inti helium terdiri dari dua buah proton dan dua elektron. Kemudian beberapa inti radioaktif dapat memancarkan sinar beta (elektron). Dari fakta ini dapat dihipotesakan bahwa di dalam inti atom terdapat elektron.

Ada beberapa alasan yang akan dibahas, sehingga dapat disimpulkan bahwa dalam inti atom tidak berisi elektron, yaitu:

a. Ukuran dan Bentuk Inti

Berdasarkan hasil eksperimen hamburan Rutherford telah dibuktikan bahwa inti atom mempunyai bentuk seperti bola. Dengan menggunakan elektron dan neutron cepat adalah lebih tepat untuk menyelidiki dimensi inti. Sebab elektron berinteraksi dengan inti hanya melalui gaya listrik, sedangkan neutron berinteraksi dengan inti hanya melalui gaya mekanik. Hamburan elektron di sekitar inti atom, membuktikan tentang distribusi muatan di dalam inti, sedangkan hamburan neutron membuktikan distribusi materi di dalam inti. Dalam kedua masalah ini panjang gelombang de Broglie dari elektron ataupun neutron yang digunakan haruslah lebih kecil dari inti atom yang diselidiki. Untuk menentukan ukuran inti atom, dapat digunakan elektron berenergi sekitar 1000 MeV, sedangkan jika digunakan neutron hanya berenergi sekitar 20 MeV.

Dari hasil eksperimen tersebut dapat disimpulkan bahwa : Volume sebuah inti atom berbanding lurus dengan banyaknya nukleon yang dikandung oleh inti atom tersebut, yaitu sesuai dengan nomor massa

Volume =

43 R3 = nomor massa (A)

R3

A=tetapan

R = Ro 3√A .............................................(1-4)

dengan Ro adalah tetapan pembanding yang nilainya tergantung pada inti atom yang menghamburkan partikel-partikel bermuatan listrik. Nilai Ro berada dalam rentang 1,0 x 10-15 m hingga 1,5 x 10-15 m. Oleh karena itu secara umum harga Ro = 1,2 x 10-15

m = 1,2 fermi.

Jari-jari inti atom yang sering dijumpai sekitar 5 x 10-15 m, sehingga dengan menggunakan prinsip ketaktentuan Heisemberg

Matludin Page 1

p

ℏ2Δx

1,054 x 10-34 j . s2 x 5 x 10-15m

p 1,1 x 10-20 kg.m/s

Berdasarkan prinsip ketaktentuan, maka energi kinetik untuk elektron yang mempunyai momentum sebesar 1,1 x 10-20 kg.m/s dan massa diam 9,1 x 10-31 kg adalah :

K= p2

2m=

(1,1 x 10-20 kg .m/s )2

2 ( 9,1 x 10-31 kg )= 415 MeV

Sedangkan energi diam elektron adalah 0,511 MeV dan elektron yang terpancar pada peluruhan beta hanya berenergi sekitar 2 atau 3 MeV. Energi kinetik proton yang mempunyai momentum sebesar 1,1 x 10-20 kg.m/s dan massa diam 1,67 x 10-27 kg, yaitu

K= p2

2m=

(1,1 x 10-20 kg .m/s )2

2 ( 1,67 x 10-27 kg ) = 0,23 MeV

Sedangkan energi diam proton adalah 940,5 MeV Dengan demikian elektron tidak mungkin terdapat di dalam inti atom, akan tetapi protonlah yang mempunyai peluang terbesar untuk berada di dalam inti atom.

b. Spin Inti. Proton dan elektron merupakan partikel fermi yang masing-masing

mempunyai spin =

12 . Berarti besar momentum sudut spin terhadap sumbu-z adalah

Sz=12

ℏ. Jadi setiap inti atom dengan jumlah proton yang genap ditambah elektron

yang genap pula harus memiliki spin bilangan bulat, sedangkan setiap inti atom dengan jumlah proton yang genap ditambah elektron yang ganjil harus memiliki spin

setengah bilangan bulat. Kenyataan bahwa deutron (12 H ) adalah inti isotop hidrogen

mempunyai nomor atom 1 dan nomor massa 2. Berarti pada inti atom deutron tersebut terdapat 2 proton (yang genap) dan 1 elektron (yang ganjil). Oleh karena itu

Matludin Page 2

spin deutron haruslah menjadi

12 ataupun

32 . Namun spin deutron menurut

pengamatan adalah sama dengan 1. Dengan demikian elektron tidak mungkin dapat berada di dalam inti atom.

c. Momen Magnetik. Di dalam fisika moderen telah diperoleh bahwa momen magnetik elektron :

Z = - (

e2mp ). LZ =

e2m mℓ .ℏ = =

(1,6 x 10-19 kg .)(1,054 x 10 -34 J . s )2 x 9,1 x 10-31

= 0,92932 x 10-23 J/T

Jika dianalogikan dengan proton, maka proton mempunyai momen magnetik :

µp =

e2mp

. Lz

=

e ℏ2m p

. mℓ=

(1,6 x 10-19 kg ) .( 1,054 x 10 -34 J . s )2 x 1,672 x 10-27 Kg

(1)

= 5,04306 x 10-27 J/T

Berarti momen magnetik proton adalah 0,05 persen momen magnetik elektron. Apabila elektron berada di dalam inti, maka orde momen magnetik elektron harus sama dengan orde momen magnetik proton. Kenyataannya momen magnetik inti yang teramati adalah tidak sama dengan momen magnetik proton. Hal ini menunjukkan bahwa elektron bukan penyusun inti.

Matludin Page 3