Percobaan Millikan

Percobaan Millikan atau dikenal pula sebagai Percobaan oil-drop (1909) saat itu dirancang untuk mengukur muatan listrik elektron. Rober Millikan melakukan percobaan tersebut dengan menyimbangkan gaya-gaya antara gaya gravitasi dan gaya listrik pada suatu tetes kecil minyak yang berada di antara dua buah pelat elektroda. Dengan mengetahui besarnya medan listrik, muatan pada tetes minyak yang dijatuhkan (droplet) dapat ditentukan. Dengan mengulangi eksperimen ini sampai beberapa kali, ia menemukan bahwa nilai-nilai yang terukur selalu kelipatan dari suatu bilangan yang sama. Ia lalu menginterpretasikan bahwa bilangan ini adalah muatan dari satu elektron: 1.602 × 10−19 coulomb (satuan SI untuk muatan listrik).

Tahun 1923, Millikan mendapat sebagian hadiah Nobel bidang fisika akibat percobaannya ini. Eksperimen ini sejak saat itu sering kali diulang-coba dari generasi ke generasi dari siswa-siswa bidang fisika, walaupun demikian agak sulit dan mahal untuk melakukan eksperimen ini dengan tepat.

MODEL ATOM TETES MINYAK

MODEL ATOM TETES MINYAK

Joseph John Thomson (1856-1940)

Penemu Elektron

Penemuan electron atas jasa William Crookes (1875) yang disempurnakan oleh J.J. Thomson dan R. Milikan, memberikan bukti ketidaksempurnaan model atom Dalton. J.J. Thompson memperinci model atom Dalton. Dikemukakannya bahwa “Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamnya tersebar muatan negatif electron. Cara yang populer untuk menggambarkan model ini adalah dengan menganggap elektron sebagai kismis di dalam roti proton, sehingga model ini diberi nama model roti kismis.

Percobaan tabung sinar katoda pertama kali dilakukan William Crookes (1875). Hasil eksperimennya adalah ditemukannya seberkas sinar yang muncul dari arah katoda menuju ke anoda yang disebut sinar katoda.

George Johnstone Stoney (1891) yang memberikan nama sinar katoda disebut “elektron”. Kelemahan dari Stoney tidak dapat menjelaskan pengertian atom dalam suatu unsur memiliki sifat yang sama sedangkan unsur yang berbeda akan memiliki sifat berbeda, padahal keduanya sama-sama memiliki elektron.

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 katoda. Hasil percobaannya membuktikan bahwa ada partikel bermuatan negatif dalam suatu atom karena sinar tersebut dapat dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik.

Gambar 1 Gambar 2 Gambar 3

Keterangan:a. Jika tidak ada medan listrik dan medanmagnet, sinar katode bergerak lurus (gambar 1)

b. Jika hanya ada medan listrik, berkas sinarkatode dibelokkan ke atas (gambar 2)

c. Jika hanya medan magnet, berkas sinarkatode dibelokkan ke bawah (gambar 3) Eksperimen pertama yang menunjukkan adanya electron dilakukan seorang ahli fisika bangsa inggris yang bernama J.J. Thomson sekitar tahun 1900. Ia mengamati dua pelat elektroda dalam tabung vakum. Ketika dua pelat elektroda tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi, dari elektroda negative (katoda) menjalar sinar menuju elektroda positif (anoda). Sinar yang keluar dari katoda itu disebut sinar katoda dan tabung vakum tadi dinamakan tabung sinar katoda. Sinar katoda tidak terlihat oleh mata, tetapi keberadaannya dapat diketahui karena mampu memendarkan ZnS yang terdapat pada kaca dinding tabung sinar katoda (Gambar 1).

Sinar katoda dibelokkan oleh muatan medan magnet kearah kutub positif (Gambar 2) dan tarik menarik kearah kutub negative (Gambar 3). Fakta ini menjadi landasan bagi Thomson untuk menyimpulkan bahwa sinar katoda sebagai sebagai arus partikel yang bermuatan negative, yang dinamakan electron.

Berdasarkan besarnya simpangan sinar katode dalam medan listrik, Thomson dapat menentukan nisbah muatan terhadap massa (nilai e/m) dar partikel katode yaitu sebesar :

Robert Andrews Millikan (1909)

Setelah harga e/m untuk elektron diketahui dari eksperimen tabung sinar katoda, selanjutnya diperlukan percobaan lain untuk menentukannilai e dan m. Jika salah satu nilai tersebut diketahui maka nilai yang lain dapat ditentukan. Pada tahun 1909, Robert Andrews Millikan dapat memecahkan dilema tersebut melalui eksperimennya yaitu Eksperimen Tetes Millikan.

Percobaan tetes minyak milikan 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 grafitasi

2. Dengan menggunakan teropong, diameter tetes minyak dapat ditentukan, sehingga massa 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 minyak menjadi bermuatan listrik negatif. Ada yang menyerap satu,dua, atau lebih elektron. Jika pelat logam tidak diberi beda potansia, tetes-tetes minyak tetap jatuh karena pengaruh grafitasi

4. Jika pelat logam diberi beda potensial dengan pelat bawah sebagai kutub negatif, maka tetes minyak yang bermuatan negatif akan mengalami gaya tolak listrik. Sesuai dengan hukum coloumb, tetes minyak yang mengikat lebih banyak elektron akan tertolak lebih kuat. Pergerakan tetes minyak dapat menggunakan teropong. Dengan mengatur beda potensial, tetes minyak dibuat mengambang. dalam keadaan seperti itu berarti gaya tarik grafitasi sama dengan gaya tolak listrik

5. Melalui percobaan tersebut, Milikan menemukan bahwa muatan tetes-tetes minyak selalu merupakan kelipatan bulat dari suatu muatan tertentu, yaitu 1,602 x 10-19 coloumb. Millikan menyimpulkan bahwa muatan tersebut adalah muatan dari satu elektron. Perbedaan muatan antar tetesan terjadi karena satu tetesan dapat mengikat 1,2,3 atau lebih elektron

Dengan telah diketahuinya muatan elektron, maka dapat ditentukan massa elektron (m) yaitu dengan membagi nisbah muatan terhadap massa (nilai e/m dari percobaan tabung sinar katoda) dengan muatan elektron.

Sumber : http://tyospidermenk.blogspot.com/2011/02/tetes-minyak-milikan.html (diakses pd 04 sept 2013)

Pada tahun 1910, Ernest Rutherford bersama dua orang asistennya, yaitu Hans Geiger

dan Ernest Marsden, melakukan serangkaian percobaan untuk mengetahui kedudukan

partikel-partikel di dalam atom. Percobaan mereka dikenal dengan hamburan sinar alfa

terhadap lempeng tipis emas.

Dari pengamatan mereka, didapatkan fakta bahwa partikel yang ditembakkan pada

lempeng logam emas yang tipis, sebagian besar diteruskan, dan ada sebagian kecil yang

dibelokan bahkan ada juga beberapa di antaranya yang dipantulkan. Hal tersebut sangat

mengejutkan bagi Rutherford. Penemuan ini menyebabkan gugurnya teori atom

Thomson. Partikel yang terpantul tersebut diperkirakan telah menabrak sesuatu yang

padat di dalam atom. Dengan demikian atom tersebut tidak bersifat homogen seperti

digambarkan oleh Thomson. Bahkan menurut pengamatan Marsden, diperoleh fakta

bahwa satu di antara 20.000 partikel akan membelok dengan sudut 90obahkan lebih.

Percobaan Rutherford. Penembakan lempeng logam tipis

Emas dengan sinar

Berdasarkan gejala-gejala tersebut, diperoleh beberapa kesimpulan antara lain:

1. Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel diteruskan. Berarti,

sebagian besar volume atom merupakan ruang kosong.

2. Partikel yang mengalami pembelokan ialah partikel yang mendekati inti atom. Hal

tersebut disebabkan keduanya bermuatan positif.

3. Partikel yang dipantulkan ialah partikel yang tepat menabrak inti atom.

Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford

mengusulkan model atomnya yang menyatakan bahwa atom terdiri atas inti atom yang

sangat kecil dan bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif.

Jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron ynag mengelilingi inti, sehingga

atom bersifat netral. Rutherford juga menduga bahwa di dalam inti atom terdapat

partikel netral yang berfungsi untuk mengikat partikel-partikel positif agar tidak saling

menolak.

Dari percobaan tersebut, Rutherford dapat memperkirakan jari-jari atom kira-kira 10–8 cm

dan jari-jari inti kira-kira 10-13cm.Sumber :

Inti atom

Ernest Rutherford pada tahun 1911 menemukan inti atom. W. C. Rontgen yang menemukan sinar x

pada tahun 1895 dan penemuan zat radioaktif oleh Henry Becquerel mendasari penemuan

Rutherford. Zat radioaktif merupakan zat yang dapat memancarkan radiasi spontan, misalnya

uranium, radium dan polonium. Radiasi atau sinar yang dipancarkan oleh zat radioaktif disebut

sinar radioaktif. Sinar radioaktif yang umum dikenal adalah sinar alfa (α), sinar beta (β) dan sinar

gama (γ).

Ernest Rutherford

Sinar Alfa, beta dan gama

Ernest Rutherford melakukan penelitian dengan menggunakan sinar alfa untuk menembak plat

tipis emas (0,01 sampai 0,001mm). Detektor yang digunakan berupa plat seng sulfida (ZnS) yang

berpendar apabila sinar alfa mengenainya.

Hamburan sinar alfa

Hasil yang diperoleh adalah bahwa sebagian besar sinar alfa diteruskan atau dapat menembus plat

tipis emas. Sinar alfa dalam jumlah yang sedikit juga dibelokkan dan dipantulkan. Hasil penelitian

yang menunjukkan bahwa sebagian besar sinar alfa diteruskan memberikan kesimpulan bahwa

sebagian besar atom merupakan ruang kosong. Sedangkan sebagian kecil sinar alfa yang

dipantulkan juga memberikan kesimpulan bahwa dalam atom terdapat benda pejal dan bermuatan

besar. Adanya benda pejal yang bermuatan besar didasarkan pada kenyataan bahwa sinar alfa

yang bermuatan 4 sma dapat dipantulkan apabila mengenai plat tipis emas. Hal ini berarti massa

benda pejal dalam atom emas jauh lebih besar daripada massa sinar alfa. Selanjutnya Rutherford

menyebut benda pejal tersebut sebagai inti atom yang merupakan pusat massa atom. Penelitian

juga menunjukkan bahwa sinar alfa dibelokkan ke arah kutub negatif apabila dimasukkan kedalam

medan listrik. Hal ini berarti sinar alfa menolak sesuatu yang bermuatan positif dalam atom emas

dan lebih mendekati sesuatu dengan muatan yang berlawanan. Rutherford selanjutnya

menyimpulkan bahwa inti atom bermuatan positif.

Hasil penelitian membuat Rutherford secara umum mengemukakan bahwa:

Atom terdiri atas inti atom yang bermuatan positif yang merupakan pusat massa atom

Elektron diluar inti atom mengelilingi inti atom dan berjumlah sama dengan muatan inti atom

sehingga suatu atom bersifat netral.

Sumber : http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-smk/kelas_x/partikel-partikel-dasar-atom/

Percobaan Rutherford

Sumber : http://kimia.upi.edu/utama/bahanajar/kuliah_web/2007/INNAR%20SHOLATA%20(045081)/eksp.html

Eksperimen Rutherford pada tahun 1910 dikenal dengan percobaan hamburan partikel alfa. Partikel alfa yang berasal dari ion He bermuatan positif dari sumber radioaktif ditembbakkan melalui lempeng/lembaran emas (Au foil) yang sangat tipis. layar fluresen ditempatkan di belakang Au foil yang sangat tipis. Layar ini ditempatkan di belakang Au foil untuk mendeteksi hamburan (scattering) partikel alfa.

Partikel alfa adalah partikel bermuatan positif . Oleh karena itu, pantulan partikel alfa dengan sudut pantul lebih besar dari 90 hanya mungkin disebabkan adanya tumbukan antara partikel alfa dengan suatu partikel yang memiliki kerapatan sangat tinggi dan bermuatan sejenis (positif). Akibatnya, partikel alfa yang menuju kepada partikel itu akan dibelokkan arahnya karena adanya penolakan muatan yang sama. Gejala ini menurut Rutherford, akibat adanya suatu partikel yang merupakan inti dari lempeng tipis logam yang dijadikan target. Gejala lain yang diamati adalah hanya sebagian kecil dari partikel alfa yang dipantulkan, umumnya partikel alfa diteruskan. Gejala ini menurutnya, menunjukkan bahwa bagian terbesar dari atom-atom logam dijadikan tabir merupakan ruang kosong.

 

Dari percobaan tersebut, Rutherford menyimpulkan bahwa atom tersusun dari inti atom sebagai pusat atom yang bermuatan positif, dan kesimpulan yang lain bahwa elektron berputar mengelilingi inti dengan jarak tertentu dari inti atom.