Untuk membuktikan adanya partikel dasar atom dapat dilakukan percobaan dengan penggaris plastik yang digosok-gosokan pada rambut kering, penggaris tersebut dapat menarik potongan kecil kertas. Peristiwa tersebut membuktikan bahwa penggaris memiliki sifat listrik, karena penggaris merupakan materi yang tersusun atas atom-atom. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa atom memiliki sifat listrik.

Penyelidikan tentang sifat kelistrikan suatu atom dilakukan selama bertahun-tahun oleh beberapa ahli di antaranya J.J. Thompson, Eugen Goldstein, Rutherford, dan Bathe & Becker.

Struktur Atom

Menurut Bohr elektron mengelilingi inti atom pada tingkat-tingkat energi tertentu yang disebut kulit elektron. Bagaimana penyebaran elektron pada masing-masing kulit elektron tersebut? Elektron tersusun pada masing-masing kulit dalam suatu konfigurasi elektron.

Konfigurasi Elektron

Elektron bergerak mengelilingi inti atom pada masing-masing orbitnya yang dikenal sebagai kulit elektron. Jumlah kulit elektron suatu atom pada tabel periodik unsur sesuai dengan nomor periode unsur atom tersebut, sedangkan jumlah seluruh elektron sama dengan nomor atomnya.

Kulit elektron diberi lambang K, L, M, N. Sesuai dengan posisinya dari inti, K untuk kulit pertama, L kulit kedua, M kulit ketiga, dan N kulit keempat.

Susunan Atom / Menempati Kulitnya

Berapa jumlah elektron yang terdapat pada masing-masing kulit? Untuk mempelajari jumlah elektron pada kulitnya perhatikan gambar berikut.

Tentukan jumlah elektron maksimum pada masing-masing kulit! Berdasarkan gambar tersebut jumlah elektron maksimum pada masing masing kulit berbeda-beda yaitu sebagai berikut.

• Pada kulit K jumlah maksimum elektron = 2 elektron

• Pada kulit L jumlah maksimum elektron = 8 elektron

• Pada kulit M jumlah maksimum elektron = 18 elektron

Jumlah elektron yang dimiliki suatu atom sama dengan nomor atomnya. Misalnya, unsur dengan nomor atom 19 memiliki 19 elektron. Susunan elektron pada masing-masing elektron disebut konfigurasi elektron.

Oksigen memiliki 2 kulit elektron, maka oksigen terletak pada periode 2. Pada kulit pertama berisi 2 elektron, kulit kedua berisi 6 elektron. Konfigurasi elektron oksigen ditulis 2.6.

Argon memiliki 3 kulit elektron, terletak pada periode 3. Pada kulit pertama berisi 2 elektron, kulit kedua 8 elektron, kulit ketiga 8 elektron. Konfigurasi elektronnya ditulis 2.8.8.

Mengapa konfigurasi atom kalium 2.8.8.1 bukan 2.8.9? Hal ini karena ada aturan yang menyatakan bahwa penyusunan konfigurasi elektron pada kulit terluar maksimal 8 elektron. Demikian juga pada kalsium, konfigurasi elektron 20Ca adalah 2.8.8.2 bukan 2.8.10.

Bagaimana konfigurasi elektron unsur lainnya? Perhatikan konfigurasi elektron beberapa unsur pada tabel berikut.

Elektron Valensi

Elektron valensi menunjukkan jumlah elektron yang terdapat pada kulit terluar dari suatu atom.

Konfigurasi Elektron Unsur Golongan 1A

Kesamaan pada unsur-unsur golongan 1A yaitu jumlah elektron yang menempati kulit terluarnya. Elektron pada kulit terluar disebut elektron valensi.

Elektron valensi ini merupakan elektron yang terlibat pada pembentukan ikatan bila unsur-unsur bersenyawa (valen = ikatan). Unsur-unsur yang memiliki elektron valensi sama, pada tabel periodik unsur terdapat pada golongan yang sama, maka unsur tersebut memiliki sifat kimia yang sama. Unsur mempunyai sifat sama jika elektron valensinya sama.

Konfigurasi Elektron Ion

Mengapa larutan garam dapur, NaCl dalam air dapat menghantarkan arus listrik? Pada pelarutan NaCl dihasilkan ion Na+ dan ion Cl–. Apakah ion itu? Pada atom, jumlah elektron sama dengan jumlah proton. Elektron bermuatan negatif, sedangkan proton bermuatan positif sehingga atom tidak bermuatan atau netral.

Untuk mencapai kestabilannya atom-atom ada yang melepaskan elektronnya, ada juga yang menerima elektron sehingga terbentuk partikel bermuatan yang disebut ion. Akibat pelepasan atau penerimaan elektron, ion dapat berupa ion positif dan ion negatif.

Konfigurasi Elektron Ion Positif Dan Negatif

Na dan Ca melepaskan elektron, jumlah protonnya akan lebih banyak dari pada elektron maka muatan Na dan Ca jadi positif. Konfigurasi elektron ionnya ditulis dengan mengurangi elektron yang dilepaskannya.

O dan Cl menerima elektron, jumlah elektron akan lebih banyak daripada proton maka muatan O dan Cl jadi negatif. Konfigurasi elektron ionnya ditulis dengan menambah elektron yang diterimanya.

Inti Atom 

Model atom yang paling sukses selama ini adalah model atom Bohr. Asumsi yang digunakan Bohr dalam model atom hidrogennya adalah: 

1. Elektron bergerak mengelilingi inti dibawah pengaruh gaya Coulomb. 

2. Hanya orbit elektron tertentu yang stabil (energi elektron tetap). 

3. Radisi diemisikan oleh atom ketika elektron berpindah dari keadaan yang energinya lebih tinggi ke keadaan yang energinya lebih rendah.

Inti atom bermuatan positif yang terdiri atas proton, tetapi apakah hanya ada proton dalam Inti? Berikut dijelaskan penemuan neutron dalam inti. Pada tahun 1930, W Bothe dan Becker menembaki berilium dengan partikel alfa, ternyata ada pancaran radiasi netral yang bisa memukul keluar proton dengan energi 5.7 MeV. Identifikasi pertama kali tentang radiasi netral tersebut mengarah kepada sinar gama, tetapi energi sinar gama sebesar ~55 MeV. Jadi tidak mungkin sinar gama. Lalu sebenarnya apa radiasi netral itu? Tahun 1932, Chadwick menyatakan bahwa pancaran radiasi netral tersebut sama dengan pancaran partikel netral yang disebut neutron yang massanya hampir sama dengan massa proton. Ditemukanlah partikel penyusun inti lain selain proton, yaitu neutron yang memiliki sifat : meluruh jika diluar inti, τ (waktu hidup) =15,5 menit, mn = 1,0086654 u = 1,6748.10-27 kg, berspin ½ dan bermuatan netral. 

Sifat Inti 

Semua inti tersusun atas proton dan neutron (pengecualian inti atom hidrogen). Nomor atom Z menyatakan jumlah proton dalam inti, nomor neutron N menyatakan jumlah neutron dalam inti dan nomor massa A, menyatakan jumlah nukleon dalam inti, A = Z + N. Nukleon adalah nama untuk penyusun inti yaitu proton dan neutron. Notasi yang digunakan adalah dimana X adalah simbol kimia dari unsur. 

Contoh 1 : 

Berapakah jumlah proton dan neutron dalam inti :

27

Al

13

Jawab: 

Nomor massa A = 27, nomor atom Z =13 sehingga jumlah proton yang dimiliki Al adalah 13 buah dan neutron 14 (27 – 13). 

Elektron mempunyai muatan tunggal negatif, -e (e = 1.60217733 x 10-19 C), proton mempunyai muatan tunggal positif, +e, dan neutron tidak bermuatan sehingga membuatnya sulit dideteksi. Akibatnya muatan dari inti adalah Ze. Massa suatu unsur dinyatakan dalam atomic mass units u, 1 u = 1.660559 x 1027 kg (berdasarkan definisi bahwa massa satu C-12 adalah tepat 12 u). Massa juga dapat dinyatakan dalam MeV/c2 . Dari ER = m c2 maka 1 u = 931.494 MeV/c2 . 

Ukuran, Kerapatan dan Bentuk Inti 

Eksperimen hamburan Rutherford merupakan bukti pertama bahwa inti mempunyai ukuran yang berhingga. Dalam eksperimen tersebut, partikel alfa yang datang dibelokan oleh inti target sesuai dengan hukum Coulomb, asalkan jarak antar keduanya sekitar 10 -14 m. Untuk jarak yang lebih kecil, ramalan hukum Coulomb tidak berlaku karena inti tidak lagi dapat dipandang sebagai muatan titik oleh partikel alfa. Setelah eksperimen yang dilakukan oleh Rutherford, berbagai eksperimen telah dilakukan untuk menentukan dimensi inti dengan hamburan partikel, dan ini merupakan teknik yang paling disukai. Elektron dan neutron cepat ideal untuk maksud tersebut, karena elektron berinteraksi dengan inti hanya melalui gaya listrik sedangkan neutron berinteraksi hanya melalui gaya inti yang khas. Jadi, hamburan elektron memberikan informasi tentang distribusi muatan dalam inti dan hamburan neutron memberikan informasi tentang distribusi materi inti. Dalam setiap kasus didapatkan volume sebuah inti berbanding lurus dengan banyaknya nukleon yang dikandungnya, yaitu nomor massa A. Hal ini mensyaratkan bahwa kerapatan nukleon hampir sama dalam bagian dalam inti. Jika jejari inti R, volumenya adalah 4/3 π R3 , sehingga R3 berbanding lurus dengan A. Hubungan ini biasanya dinyatakan dalam bentuk 

 R = Ro A1/3 

dimana Ro = 1.2 x 10 -15 m. 

Contoh 2 : 

Cari kerapatan inti 

12

   C

6

Jawab :

Massa atomik adalah 12,0 u. Dengan mengabaikan massa dan energi ikat enam elektron, kita peroleh kerapatan inti 

m

⍴ = -------

4/3 πR3

12,0ux(1,66.10-27 kg/u)

⍴ = ----------------------- = 2,4.1017 kg/m3

4/3 πx(2,7.10-15 m)3

Kita telah menganggap inti berbentuk bola. Bagaimana bentuk inti ditentukan! Jika distribusi muatan dalam inti tidak simetrik bola, inti akan memiliki caturkutub (kuadrupol) listrik. Momen catur-kutub inti akan berinteraksi dengan elektron orbital sebuah atom dan akibatnya terdapat pergeseran tingkat energi atomik yang akan menimbulkan perpecahan hiperhalus dari garis spektral. Akibatnya kita akan dapatkan penyimpangan dari simetri bola pada inti. Inti seperti itu harus berbentuk bola lonjong atau bola dempak. Untuk berbagai tujuan biasanya inti dianggap berbentuk bola: namun penyimpangan dari bentuk bola walaupun sangat kecil merupakan informasi yang sangat berharga untuk struktur inti. 

Energi Ikat Energi total dari sistem terikat (inti) adalah lebih kecil dari energi kombinasi penyusun nucleon. Sebagai contoh pada inti deuterium (deuteron) 12H massanya 2,014102 u, sedangkan penyusunnya adalah sebuah proton dan sebuah neutron. Massa total penyusun adalam massa sebuah proton plus massa sebuah neutron yaitu 1,007825 u + 1,008665 u = 2,016490 u, harga ini 0,002388 u lebih besar dari masa inti deuterium. Perbedaan massa ini berhubungan dengan ikatan antara proton dengan neutron untuk membentuk deuteron. Massa 0,002388 u sama dengan 0,002388 u x 931 MeV/u = 2,22 MeV. Perbedaan energi ini dinamakan energi ikat inti. Dapat juga dinyatakan sebagai sejumlah energi yang diperlukan untuk memecah inti menjadi proton dan neutron. Sebaliknya, jika deutron terbentuk dari proton dan neutron bebas, maka energi sebesar 2,22 MeV dilepaskan. 

Kestabilan Inti Terdapat gaya tolak elektrostatis yang sangat besar antar sesama proton dalam inti. Gaya ini dapat menyebabkan inti hancur. Akan tetapi faktanya ada inti yang stabil, apa yang bisa menyebabkan inti stabil! Inti tetap stabil karena adanya gaya yang lain, gaya berjangjauan pendek, dinamakan gaya inti (atau kuat). Gaya ini merupakan gaya tarik yang bekerja pada semua partikel inti. Gaya tarik inti lebih kuat dari pada gaya tolak Coulomb pada jarak dekat dalam inti. Fakta yang lain, tidak setiap gabungan neutron dan proton membentuk inti yang mantap atau stabil. Pada umumnya, inti ringan (A<20) mengandung jumlah neutron dan proton yang hampir sama, sedangkan pada inti berat proporsi neutron bertambah besar. Hal ini terlihat pada gambar 4 yang merupakan plot antara N terhadap Z untuk nuklida stabil. Inti ringan stabil jika N = Z. Inti berat sangat stabil ketika N > Z, karena semakin besar jumlah proton, gaya tolak Coulomb semakin besar akibatnya diperlukan lebih banyak nukleon (neutron) agar inti tetap stabil. Gaya nuklir memiliki jangkauan terbatas, dan sebagai hasilnya interaksi nukleon kuat hanya terjadi antara tetangga terdekatnya. Efek ini dikenal sebagai kejenuhan gaya nuklir. Karena tolakan Coulomb dari proton menjangkau keseluruh bagian inti, maka terdapat batas kemampuan neutron untuk mencegah terpecahnya inti besar. Batas ini dinyatakan dalam isotop bismut yang merupakan nuklida mantap paling berat. Tidak ada inti stabil ketika Z > 83, inti akan bertransformasi menjadi inti yang lebih ringan melalui emisi sebuah atau lebih partikel alfa. 

Isotop Inti dari berbagai atom dapat memiliki jumlah proton yang sama, meskipun memiliki jumlah neutron yang bervariasi. Isotop adalah sebuah unsur yang memiliki Z sama tetapi nilai N dan A berbeda. Contohnya adalah 

11             12            13             14

   C                C             C               C      

  6               6              6               6

Atom adalah partikel terkecil dari suatu materi hidup/tidak hidup. Contoh materi dalam kasus ini yaitu pensil, yang mempunyai ruang dan massa. Intinya, semua materi pasti tersusun atas kumpulan atom. Nah, untuk penjelasan lebih lanjut mengenai inti atom, simak penjelasan berikut ya!

Inti atom tersusun atas proton dan neutron yang jaraknya saling berdekatan. Proton adalah partikel penyusun yang bermuatan listrik positif, dan neutron adalah partikel yang tidak bermuatan atau netral. Kedua partikel pembentuk inti atom ini disebut juga nukleon.

Secara umum lambang atom dituliskan: 

A

      X

Z

X = Nama unsur atom
Z = Nomor atom, dimana menyatakan jumlah elektron dan jumlah proton
A = Nomor massa, menyatakan jumlah proton dan neutron
N = A-Z disebut dengan jumlah neutron dalam inti

Dalam inti atom, ada beberapa istilah yang perlu kita ketahui sobat, diantaranya :

• Isotop, yaitu inti-inti yang memiliki nomor atom sama

• Isoton, yaitu inti-inti yang memiliki jumlah neutron sama

• Isobar, yaitu inti-inti yang memiliki nomor massa sama

Fisikawan meyakini ada energi besar yang mampu mengikat nukleon dalam inti sehingga mampu menahan gaya tolak elektrostatik. Energi besar yang mengikat nukleon itu dinamakan energi ikat inti. Dari mana ya energi itu berasal? Ternyata ada perbedaan jumlah massa inti dibanding dengan jumlah keseluruhan massa nukleon. Perbedaan massa itu disebut sebagai massa yang hilang atau defek massa.

Jika dirumuskan maka defek massa dinyatakan dengan rumus:

∆m = Z(mp) + (A-Z)(mn) - minti