Penemuan
Elektron dan Teori Atom Thomson
a. Penemuan Elektron
Electron ditemukan oleh Joseph Jhon Thomson pada tahun
1900. Penemuan electron berkaitan dengan percobaan-percobaan tentang hantaran
listrik melalui tabung hampa. Anda tentu telah mengetahui bahwa gas pada
tekanan normal bukanlah penghantar listrik. Itulah sebabnya kita tidak terkena
serangan listrik ketika melintas dibawah kabel listrik tegangan tinggi. Namun,
pada tahun 1821, Sir humphty Davy, seorang ahli fisika dari inggris, menemukan
bahwa gas menjadi penghantar yang lebih baik pada tekanan rendah. Sejak saat
itu, banyak percobaan dilakukan dengan tabung hampa yang disebut tabung
pengawanmuatan (discharge tube), terutama oleh William Crookes.
Tekanan gas dalam tabung dapat diatur melalui pompa
isap (pompa vakum). Pada tekanan yang cukup rendah dan tegangan yang cukup
tinggi (beberapa ribu volt), gas dalam tabung akan berpijar dengan cahaya yang
warnanya bergantung pada jenis gas (neon berwarna merah, sedangkan natrium
berwarna kuning). Jika tekanan gas dikurangi, maka daerah didepan katode akan
menjadi gelap, tetapi bagian tabung didepan katode berputar dengan warna
kehijauan. Melalui percobaan dapat ditunjukkan bahwa perpendaran itu
diseababkan oleh suatu radiasi yang memancar dari permukaan katode menuju
anode. Oleh karena berasal dari katode, maka radiasi ini disebut sinar katode. Percobaan
lebih lanjut menunjukkan bahwa sinar katode merupakan radiasi partikel yang
bermuatan listrik negatif.
Hakikat sinar katode menjadi jelas setelah percobaan
yang dilakukan J.J Thomson pada tahun 1897. Berdasarkan besarnya simpangan
sinar katode dalam medan listrik, Thomson dapat menentukan nisbah muatan
terhadap massa (nilai e/m) dari partikel sinar katode sebesar 1,76 x 108 C
g-1 .
e/m = 1,76 x 10 8 C g-1
Selanjutnya, Thomson menemukan bahwa
partikel sinar katode, yang kemudian dinamakan electron, tidak bergantung pada
jenis electrode maupun jenis gas dalam tabung. Berdasarkan hal itu, Thomson
menyimpulkan bahwa electron merupakan partikel dasar penyusun atom
b. Percobaan Teks
Minyak Millikan
Setelah harga
e/m untuk electron diketahui melalui percobaan yang dilakukan oleh Thomson,
selanjutnya diperlukan percobaan lain untuk menentukan nilai e atau m. Jika
salah satu nilai besaran itu dapat diketahui, maka nilai yang satu lagi dapat
ditentukan. Pada tahun 1909, Robert Andrews Millikan dari Universitas Chicago,
dapat memecahkan dilemma tersebut melalui percobaan yang dikenal dengan
percobaan tetes minyak. Melalui percobaan ini, Millikan dapat menentukan muatan
elektron.
Dalam percobaan,
Millikan menggunakan alat berbentuk silinder, seperti gambar, komponen utama
alat itu terdiri atas :
1. Dua pelat
logam yang menyekat silinder menjadi 2 bagian, bagian atas dan bawah. Pelat bagian
atas diberi beda potensial. Pelat atas sebagian kutub positif, sedangkan pelat
bawah sebagai kutub negatif.
2. Alat penyemprot
(atomizer) untuk menyemprotkan minyak,
3. Teropong untuk
mengamati gerak tetes minyak, dan
4. Sumber radiasi
(sinar X) untuk mengionkan gas di dalam silinder.
Percobaan tetes
minyak dilakukan sebagai berikut.
1. Dengan menggunakan
alat penyemprot, minyak disemprotkan sehingga membentuk tetesan-tetesan kecil. Sebagian
tetes minyak akan melewati lubang pada pelat atas dan jatuh karena tarikan
gravitasi.
2. Dengan menggunakan
teropong, diameter tetes minyak dapat ditentukan, sehingga massa tetes minyak
dapat diketahui.
3. Radiasi sinar
X akan mengionkan gas di dalam silinder. Ionisasi akan menghasilkan elektron. Elektron
tersebut akan melekat pada tetes minyak, sehingga tetes-tetes minyak menjadi
bermuatan listrik negative. Ada yang menyerap satu, dua, atau lebih elektron. Jika
pelat logam tidak diberi beda potensial, tetes-tetes minyak tetap jatuh karena
pengaruh gravitasi.
4. Jika pelat
logam diberi beda potensial dengan pelat bawah sebagai kutub negative, maka
tetes minyak yang bermuatan negatif akan mengalami gaya tolak listrik. Sesuai dengan
hukum Coulomb, tetes minyak yang lebih banyak elektron akan bertolak lebih kuat.
Pergerakan tetes minyak dapat diamati menggunakan teropong. Dengan mengatur
beda potensial, tetes minyak dibuat mengambang. Dalam keadaan sperti itu
berarti gaya Tarik gravitasi sama dengan gaya tolak listrik.
5. Dengan mengetahui
massa tetes minyak dan beda potensial yang digunakan, maka muatan tetes minyak
dapat ditentukan.
Melalui percobaan
tersebut, Millikan menemukan bahwa muatan tetes-tetes minyak selalu merupakan
kelipatan bulat dari suatu muatan tertentu, yaitu 1,602 Coulomb. Millikan
menyimpulkan bahwa muatan tersebut adalah muatan dari satu elektron. Perbedaan muatan
antartetesan terjadi karena satu tetesan dapat mengikat 1,2,3 atau lebih
elektron.
e = 1,602 x
10-19 Coulomb
dengan telah
diketahuinya muatan elektron, maka massanya dapat dihitung sebagai berikut.
Thomson : e/m =
1,76 x 108 C gram-1
Millikan : e =
1,602 x 10-19 C
Maka massa
elektron, m = 9,11 x 10-28 gram
c. Teori Atom
Thomson
Setelah penemuan elektron, maka teori Dalton yang mengatakan bahwa atom
adalah pertikel yang tak terbagi, tidak dapat diterima lagi. Pada tahun 1900,
J.J Thomson mengajukan model atom yang menyerupai roti kismis. Menurut Thomson,
atom terdiri dari materi bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron
bagaikan kismis dalam roti kismis. Secara keseluruhan, atom bersifat netral. Model
atom Thomson dapat dilihat digambar
