Atom adalah unit dasar materi dan struktur elemen yang menentukan. Istilah "atom" berasal dari kata Yunani untuk tak terpisahkan, karena pernah berpikir bahwa atom adalah hal terkecil di alam semesta dan tidak dapat dibagi. Kita sekarang tahu bahwa atom terdiri dari tiga partikel: proton, neutron, dan elektron - yang tersusun dari partikel yang bahkan lebih kecil, seperti quark.
Atom diciptakan setelah Big Bang 13,7 miliar tahun lalu. Ketika alam semesta baru yang panas dan padat mendingin, kondisi menjadi cocok untuk terbentuknya quark dan elektron. Quark berkumpul untuk membentuk proton dan neutron, dan partikel-partikel ini bergabung menjadi inti. Ini semua terjadi dalam beberapa menit pertama keberadaan alam semesta, menurut CERN.
Butuh 380.000 tahun bagi alam semesta untuk cukup dingin untuk memperlambat elektron sehingga inti dapat menangkapnya untuk membentuk atom pertama. Atom-atom awal terutama adalah hidrogen dan helium, yang masih merupakan unsur paling melimpah di alam semesta, menurut Jefferson Lab. Gravitasi akhirnya menyebabkan awan gas menyatu dan membentuk bintang, dan atom yang lebih berat (dan masih) diciptakan di dalam bintang-bintang dan dikirim ke seluruh alam semesta ketika bintang itu meledak (supernova).
Partikel atom
Proton dan neutron lebih berat daripada elektron dan berada di dalam inti atom di pusat atom. Elektron sangat ringan dan ada di awan yang mengorbit inti. Awan elektron memiliki radius 10.000 kali lebih besar dari inti, menurut Laboratorium Nasional Los Alamos.
Proton dan neutron memiliki massa yang kira-kira sama. Namun, satu proton sekitar 1,835 kali lebih besar dari satu elektron. Atom selalu memiliki jumlah proton dan elektron yang sama, dan jumlah proton dan neutron biasanya sama juga. Menambahkan proton ke atom membuat elemen baru, sementara menambahkan neutron membuat isotop, atau versi yang lebih berat, dari atom itu.
Inti
Nukleus ditemukan pada tahun 1911 oleh Ernest Rutherford, seorang ahli fisika dari Selandia Baru. Pada 1920, Rutherford mengusulkan nama proton untuk partikel atom bermuatan positif. Dia juga berteori bahwa ada partikel netral di dalam nukleus, yang dapat dikonfirmasi oleh James Chadwick, seorang ahli fisika dan mahasiswa Inggris dari Rutherford's, pada tahun 1932.
Hampir semua massa atom berada di nukleusnya, menurut Chemistry LibreTexts. Proton dan neutron yang membentuk inti kira-kira memiliki massa yang sama (proton sedikit kurang) dan memiliki momentum sudut yang sama, atau berputar.
Nukleus disatukan oleh kekuatan yang kuat, satu dari empat kekuatan dasar di alam. Gaya antara proton dan neutron ini mengatasi gaya listrik yang menjijikkan yang jika tidak akan mendorong proton terpisah, menurut aturan listrik. Beberapa inti atom tidak stabil karena gaya pengikatan bervariasi untuk atom yang berbeda berdasarkan ukuran inti. Atom-atom ini kemudian akan membusuk menjadi unsur-unsur lain, seperti karbon-14 yang membusuk menjadi nitrogen-14.
Proton
Proton adalah partikel bermuatan positif yang ditemukan dalam inti atom. Rutherford menemukan mereka dalam percobaan dengan tabung sinar katoda yang dilakukan antara tahun 1911 dan 1919. Proton sekitar 99,86% lebih besar dari neutron.
Jumlah proton dalam atom adalah unik untuk setiap elemen. Sebagai contoh, atom karbon memiliki enam proton, atom hidrogen memiliki satu dan atom oksigen memiliki delapan. Jumlah proton dalam atom disebut sebagai nomor atom unsur itu. Jumlah proton juga menentukan perilaku kimiawi unsur tersebut. Elemen-elemen disusun dalam Tabel Periodik Unsur-unsur dengan urutan peningkatan nomor atom.
Tiga quark membentuk masing-masing proton - dua quark "naik" (masing-masing dengan muatan positif dua pertiga) dan satu quark "turun" (dengan muatan negatif sepertiga) - dan mereka disatukan oleh partikel subatomik lain yang disebut gluon, yang tidak bermassa.
Elektron
Elektron sangat kecil dibandingkan dengan proton dan neutron, lebih dari 1.800 kali lebih kecil daripada proton atau neutron. Elektron sekitar 0,054% sebesar neutron, menurut Jefferson Lab.
Joseph John (J.J.) Thomson, seorang ahli fisika Inggris, menemukan elektron pada tahun 1897, menurut Science History Institute. Awalnya dikenal sebagai "sel-sel," elektron memiliki muatan negatif dan secara elektrik tertarik ke proton bermuatan positif. Elektron mengelilingi inti atom dalam jalur yang disebut orbital, sebuah gagasan yang diajukan oleh Erwin Schrödinger, seorang fisikawan Austria, pada 1920-an. Saat ini, model ini dikenal sebagai model kuantum atau model cloud elektron. Orbital dalam yang mengelilingi atom berbentuk bola tetapi orbital luarnya jauh lebih rumit.
Konfigurasi elektron atom mengacu pada lokasi elektron dalam atom khas. Menggunakan konfigurasi elektron dan prinsip-prinsip fisika, ahli kimia dapat memprediksi sifat atom, seperti stabilitas, titik didih dan konduktivitas, menurut Laboratorium Nasional Los Alamos.
Neutron
Keberadaan neutron itu diteorikan oleh Rutherford pada 1920 dan ditemukan oleh Chadwick pada 1932, menurut American Physical Society. Neutron ditemukan selama percobaan ketika atom ditembakkan pada lembaran tipis berilium. Partikel subatomik tanpa muatan dilepaskan - neutron.
Neutron adalah partikel bermuatan yang ditemukan dalam semua inti atom (kecuali untuk hidrogen). Massa neutron sedikit lebih besar dari massa proton. Seperti proton, neutron juga terbuat dari quark - satu quark "naik" (dengan muatan 2/3 positif) dan dua quark "turun" (masing-masing dengan muatan negatif sepertiga negatif).
Sejarah atom
Teori atom tanggal setidaknya sejauh 440 SM. untuk Democritus, seorang ilmuwan dan filsuf Yunani. Democritus kemungkinan besar membangun teorinya tentang atom di atas karya para filsuf masa lalu, menurut Andrew G. Van Melsen, penulis "Dari Atomos ke Atom: Sejarah Konsep Atom" (Duquesne University Press, 1952).
Penjelasan Democritus tentang atom dimulai dengan batu. Potongan batu menjadi dua menghasilkan dua bagian dari batu yang sama. Jika batu itu akan terus menerus dipotong, pada suatu titik akan ada sepotong batu yang cukup kecil sehingga tidak bisa lagi dipotong. Istilah "atom" berasal dari kata Yunani untuk tidak terpisahkan, yang menyimpulkan Democritus harus menjadi titik di mana makhluk (segala bentuk materi) tidak dapat dibagi lagi.
Penjelasannya termasuk gagasan bahwa atom ada secara terpisah satu sama lain, bahwa ada jumlah atom yang tak terbatas, bahwa atom dapat bergerak, bahwa mereka dapat bergabung bersama untuk menciptakan materi tetapi tidak bergabung menjadi atom baru, dan bahwa mereka tidak dapat dibagi, menurut Universe Today. Namun, karena sebagian besar filsuf pada saat itu - terutama Aristoteles yang sangat berpengaruh - percaya bahwa semua materi diciptakan dari bumi, udara, api dan air, teori atom Democritus dikesampingkan.
John Dalton, seorang ahli kimia Inggris, membangun ide-ide Democritus pada 1803 ketika ia mengajukan teori atomnya sendiri, menurut departemen kimia di Purdue University. Teori Dalton mencakup beberapa gagasan dari Democritus, seperti atom yang tidak dapat dipisahkan dan tidak dapat dihancurkan dan bahwa atom yang berbeda membentuk bersama untuk menciptakan semua materi. Dalton menambahkan teori termasuk ide-ide berikut: Bahwa semua atom dari unsur tertentu identik, bahwa atom dari satu unsur akan memiliki bobot dan sifat yang berbeda dari atom unsur lain, bahwa atom tidak dapat dibuat atau dihancurkan dan materi itu dibentuk oleh atom bergabung dalam bilangan bulat sederhana.
Thomson, ahli fisika Inggris yang menemukan elektron pada tahun 1897, membuktikan bahwa atom dapat dibagi, menurut Chemical Heritage Foundation. Dia mampu menentukan keberadaan elektron dengan mempelajari sifat-sifat pelepasan listrik dalam tabung sinar katoda. Menurut kertas Thomson 1897, sinar itu dibelokkan ke dalam tabung, yang membuktikan bahwa ada sesuatu yang bermuatan negatif di dalam tabung vakum. Pada tahun 1899, Thomson menerbitkan deskripsi tentang versi atomnya, yang umumnya dikenal sebagai "model puding prem." Kutipan dari makalah ini ditemukan di situs Tim Chem. Model atom Thomson termasuk sejumlah besar elektron yang tersuspensi dalam sesuatu yang menghasilkan muatan positif yang memberi atom muatan netral keseluruhan. Modelnya menyerupai puding prem, hidangan penutup Inggris populer yang kismisnya ditangguhkan dalam bentuk bola bundar seperti kue.
Ilmuwan berikutnya untuk lebih lanjut memodifikasi dan memajukan model atom adalah Rutherford, yang belajar di bawah Thomson, menurut departemen kimia di Universitas Purdue. Pada tahun 1911, Rutherford menerbitkan versinya tentang atom, yang mencakup inti bermuatan positif yang mengorbit oleh elektron. Model ini muncul ketika Rutherford dan asistennya menembakkan partikel alfa pada lembaran emas tipis. Partikel alfa terdiri dari dua proton dan dua neutron, semuanya disatukan oleh gaya nuklir kuat yang sama yang mengikat nukleus, menurut Jefferson Lab.
Para ilmuwan memperhatikan bahwa sebagian kecil partikel alfa tersebar di sudut yang sangat besar ke arah gerakan semula, sementara mayoritas melewati sangat sulit. Rutherford dapat memperkirakan ukuran inti atom emas, dan menemukan itu setidaknya 10.000 kali lebih kecil dari ukuran seluruh atom dengan sebagian besar atom merupakan ruang kosong. Model atom Rutherford masih menjadi model dasar yang digunakan saat ini.
Beberapa ilmuwan lain melanjutkan model atom, termasuk Niels Bohr (dibangun di atas model Rutherford untuk memasukkan sifat-sifat elektron berdasarkan spektrum hidrogen), Erwin Schrödinger (mengembangkan model kuantum atom), Werner Heisenberg (menyatakan bahwa seseorang tidak dapat mengetahui keduanya). posisi dan kecepatan suatu elektron secara bersamaan), dan Murray Gell-Mann dan George Zweig (secara independen mengembangkan teori bahwa proton dan neutron terdiri dari quark).
