Sahabat NU_Kliir 11: STRUKTUR PENYUSUN INTI ATOM

A. Partikel Dasar Penyusun Inti Atom

Konsep adanya inti atom pertama kali dinyatakan oleh Rutherford (1911) dari hasil serangkaian eksperimennya untuk menguji model atom yang dikemukakan oleh Thomson dengan percobaan yang terkenal dengan nama hamburan Rutherford. Dari eksperimen ini Rutherford menyimpulkan bahwa massa seluruh atom terkumpul pada suatu titik yang disebut inti atom yang bermuatan positif. Muatan positif yang terdapat pada inti atom sama dengan jumlah muatan elektron yang bergerak mengelilingi inti. Partikel yang bermuatan positif dalam inti atom disebut proton. Kemudian ditemukannya neutron oleh James Chadwick (1932) yang juga merupakan partikel yang ada dalam inti atom tetapi tidak bermuatan (netral). Dengan demikian inti atom tersusun oleh dua partikel yaitu proton dan neutron, proton bermuatan positif sedang-kan neutron netral yang selanjutnya proton dan neutron ini disebut nukleon atau nuklida.

Massa neutron hampir sama dengan proton, hanya sajamassa neutron lebih besar sedikit dibandingkan massaproton. Ukuran inti atom berkisar pada 10^-15 m, sehingga massa partikelnya sangat kecil. Satuan massa untuk inti atom dipakai satuan massa atom yang disingkat sma di mana 1 sma = 1,6604 × 10^-27 kg. 1 sma didefinisikan sama dengan 1/12 massa atom ₆C¹².

Inti atom dilambangkan _ZX^A dengan X menyatakan nama inti atom, Z menyatakan nomor atom, dan A menyatakan nomor massa atom. Misalnya inti atom karbon memiliki nomor atom 6 sedangkan nomor massanya 12, maka lambang atom karbon tersebut dituliskan ₆C¹² . Nomor atom menyatakan jumlah proton dalam inti atom atau jumlah elektron yang mengelilingi inti dan nomor massa menyatakan jumlah proton dan neutron yang terdapat pada inti atom atau jumlah nukleon, sehingga Jumlah neutron dalam suatu atom sama dengan selisih antara nomor massa dan nomor atom, atau A – Z.

Tabel 1 menunjukkan massa dan muatan dari ketiga pertikel tersebut

Tabel 1

PARTIKEL	MASSA (G)	MUATAN		PENEMU
PARTIKEL	MASSA (G)	COULUMB	SATUAN MASSA	PENEMU
Electron	9,10939 x 10^-28	-1,6022 x 10^-19	-1	J.J. Thompson
Proton	1,67262 x 10^-24	-1,6022 x 10^-19	+1	Goldstein
Neutron	1,67493 x 10^-24	0	0	Chadwick

B. Defek Massa Dan Energi Ikat Inti

Hubungan antara massa inti atom dengan energi ikat intidapat dijelaskan dengan teori yang dikemukakan oleh Albert Einstein yang menyatakan hubungan antara massa dan energiyang dinyatakan dalam persamaan E = mc². Di mana E adalah energi yang timbul apabila sejumlah m (massa) benda berubah menjadi energi dan c adalah cepat rambat gelombang cahaya.

Dari hasil pengukuran massa inti atom selalu lebih kecil dari jumlah massa nukleon pada inti atom tersebut, penyusutan/pengurangan massa ini disebut defek massa. Besarnya penyusutan massa inti akan berubah menjadi energi ikat intiyang menyebabkan nukleon dapat bersatu dalam inti atom. Besarnya energi ikat inti dapat diketahui jika besarnya defek massa inti diketahui. Besarnya defek massa dinyatakan dengan selisih jumlah massa seluruh nukleon (massa proton dan neutron) dengan massa inti yang terbentuk yang dapat dinyatakan dalam persamaan

(1)

Dengan: ∆m = defek massa

m_p = massa proton

m_n = massa neutron

Z = jumlah proton dalam inti

(A-Z) = jumlah neutron dalam inti

Defek massa atau susut massa timbul karena untuk menyusun inti diperlukan energi yang mengikat semua nukleon, yang disebut energi ikat (binding energy), yang diperoleh dari massa inti. Berdasarkan teori relativitas E instein mengenai kesetaraan antara massa dan energidiberikan oleh:

ΔE = ( Δm ) c²(2)

dengan c adalah kecepatan cahaya.

Menurut hasil pengukuran yang teliti jika massa 1 sma

berubah menjadi energi setara dengan energi sebesar 931 MeV

(Mega elektron volt) atau 1 sma = 931 MeV, sehingga besarnya

energi ikat inti dapat dinyatakan :

ΔE = Δm × 931 MeV/sma (3)

dengan :

Δm = defek massa

ΔE = energi ikat inti

Pada umumnya, inti yang memiliki nukleon yang lebih besar memiliki tingkat stabilitas inti yang rendah. Sehingga, tingkat stabilitas suatu inti ternyata tidak selalu ditentukan oleh besarnya energi ikat inti. Karena itu, besarnya energi yang berhubungan langsung dengan stabilitas inti adalah energi ikat pernukleon yang besarnya dapat dihitung melalui persamaan:

(4)

Dengan:

E_n : Energi ikat per nucleon

E : energi ikat inti

A : jumlah nukleon

C. Gaya Ikat Inti

Gaya Inti adalah gaya yang mengikat nukleon-nukleon, dengan kata lain gaya antarnukleon. Gaya Inti ternyata amat kuat tetapi jangkauannya amat pendek, dan tidak tergantung jenis nukleon, yaitu gaya antara proton dengan proton sama dengan gaya ntara proton dengan neutron, maupun antara neutron dengan neutron. Ini berarti, bahwa gaya inti tidak bergantung pada muatan listrik nukleon ( charge independent). Selanjutnya, ternyata gaya inti itu bersifat jenuh (saturated ), yaitu setiap nukleon hanya tarik-menarik dengan nukleon di sekitarnya, seperti halnya gaya Van der Walls antarmolekul cairan. Sifat jenuh gaya inti ini diamati ber dasarkan kejenuhan tenaga ikat per nukleon yang sekitar 8 MeV untuk semua unsur yang bilangan massanya A melebihi 60 seperti yang diperlihatkan oleh grafik pada gambar dibawah

Gambar 2.1: grafik gaya inti

D. Ukuran dan Bentuk Inti

Eksperimen hamburan Rutherford membuktikan bahwa inti mempunyai ukuran dan bentuk. Volume inti berbagai atom mempunyai nilai yang berband ing lurus dengan banyaknya nukleon yang dikandungnya. Hal ini berarti kerapatan nukleonnya hampir sama dalam bagian dalam inti. Inti atom tidak mempunyai permukaan yang jelas. Meskipun demikian, sebuah inti atom tetap mempunyai jari-jari rata-rata. Jari-jari inti bergantung pada massa, jumlah proton, dan neutron. Jari-jari inti dirumuskan secara empiris sebagai suatu pendekatan, yaitu

(4)

Dengan :

R : jari-jari inti (fm)

R₀: 1,2 x 10^-15 (m)

A : nomor massa atom

Inti suatu atom telah kita anggap sebagai bola. Tetapi, pada kenyataannya beberapa inti atom mempunyaidistribusi muatan tidak simetri bola. Oleh karena volumebola berban ding lurus dengan R³, maka persamaan (diatas) menunjukkan bahwa volume inti berbanding lurusdengan nomor massanya. Karena itu, untuk semua inti kecepatannya berbanding lurus dengan AR³, sehinggadengan pendekatan tertentu, semua inti mempunyaikerapatan yang sama, yaitu

(5)

Kerapatan inti mempunyai nilai konstan dibagian dalam inti dan nilai tersebut akan berkurang menuju nol diseluruh daerah yang kabur.

E. Dalil alquran tentang atom

Al-Qur’an diturunkan pada 14 abad yang lalu oleh Allah. Al-Qur’an bukan buku ilmiah. Akan tetapi, kitab ini mencakup beberapa penjelasan ilmiah dalam tautan keagamaannya. Penjelasan ini tidak pernah bertentangan dengan temuan-temuan ilmu modern. Sebaliknya, fakta-fakta tertentu yang baru ditemukan dengan teknologi abad ke-20 itu sebenarnya telah diungkapkan dalam Al-Qur’an 14 abad silam. Ini menunjukkan bahwa Al-Qur’an merupakan salah satu bukti terpenting yang menegaskan keberadaan Allah.

Ilmu kimia yang merupakan salah satu dari cabang penjurusan ilmu pengetahuan alam,suatu ilmu yang menjelaskan struktur perubahan dari suatu objek setara,yang di akibatkan oleh suatu reaksi, ternyata, pengetahuan kimia tersebut telah diungkapkan dalam Al-Qur’an sejak zaman Kiwari. Adapun penjelasan secara detailnya, baru bisa dijelaskan pada zaman baru-baru ini.

Berikut, beberapa ayat-ayat Al-qur’an terhadap ilmu kimia, beserta tafsirannya :
Keseimbangan

“Tidaklah mungkin bagi matahari mengejar bulan dan malam pun tidak mungkin mendahului siang. Masing-masing beredar pada garis edarnya. (yaasin : 40)”

Sebuah atom dan pergerakannya, merupakan miniatur dari pergerakan galaksi kita. Kita perlu eninjau lebih jauh ke perincian tentang struktur sempurna yang berada di dalam sebuah atom. Seperti yang Anda ketahui, elektron terus berputar mengelilingi inti atom karena muatan listriknya. Semua elektron bermuatan negatif (-) dan semua netron bermuatan positif (+). Muatan positif (+) dari inti atom menarik elektron kepadanya. Karena alasan ini, elektron tidak meninggalkan inti, meskipun ada gaya sentrifugal (yang menarik elektron menjauhi inti) yang terjadi akibat kecepatan elektron.

“Dan segala sesuatu Kami ciptakan berpasang-pasangan agar kamu mengingat kebesaran Allah.(Az-zariat : 49)”.

Atom memiliki elektron di bagian luarnya dan proton dalam jumlah sama di bagian pusatnya. Maka, muatan listrik atom berada dalam keadaan seimbang. Namun, baik volume maupun massa proton lebih besar daripada elektron. Jika kita membandingkannya, perbedaan di antara kedua partikel ini adalah seperti perbedaan antara manusia dengan sebutir kacang kenari. Walaupun demikian, muatan listrik total keduanya tetap sama besar.

“Sungguh, Kami menciptakan sesuatu menurut ukuran. (al-qamar : 49)”
Fenomena air hujan

Sebagaimana telah dikemukan pada urain sebelumnya, Al-Qur’an bukanlah kitab ilmu pengetahuan atau kitab kimia dalam pengertian harfiahnya. Akan tetapi, Al-Qur’an adalah kitab petunjuk bagi umat manusia. Dalam berbagai konteks, Al-Qur’an memberikan petunjuk mengenai berbagai permasalahan yang dihadapi manusia dan sekaligus menjadi gudang ilmu pengetahuan serta menjadi pintu pembuka untuk melakukan penelitian tentang berbagai aspek kehidupan manusia. Dengan demikian, dalam Al-Qur’an di sana-sini kita temukan ayat-ayat yang mendorong pembacanya untuk melakukan penelitian lebih lanjut dalam berbagai bidang ilmu pengetahuan, termasuk ilmu fisika