Di dalam atom

Kalau sebuah atom sebesar stadion sepak bola, intinya kira-kira sebesar sebutir kacang polong di tengah lapangan.

Potong selembar kertas aluminium foil menjadi dua, lalu potong lagi menjadi dua, dan teruskan. Jauh sebelum foilnya habis, kamu akan sampai pada potongan yang begitu kecil sehingga memotongnya sekali lagi tidak lagi menghasilkan aluminium. Potongan terkecil itu adalah atom. Satu atom lebarnya kira-kira sepersepuluh miliar meter, terlalu kecil untuk dilihat dengan mikroskop cahaya mana pun, tetapi setiap atom dibangun hanya dari tiga jenis partikel.

Tiga partikel

Proton dan neutron terkumpul rapat di inti atom yang sangat kecil di bagian tengah, yang memuat hampir seluruh massa atom. Elektron tersebar di sekelilingnya dan mengisi hampir seluruh ruang atom. Diameter inti kira-kira 10 000 sampai 100 000 kali lebih kecil daripada diameter atom. Menurut NIST, proton 1836.15 kali lebih berat daripada elektron, jadi bahkan atom dengan banyak elektron mendapat jauh kurang dari 1% massanya dari elektron.

Muatan yang berlawanan saling tarik-menarik, jadi elektron yang bermuatan negatif tertahan di dekat inti yang bermuatan positif. Namun, proton saling tolak-menolak, dan inti yang berisi beberapa proton akan tercerai-berai kalau gaya listrik satu-satunya gaya yang bekerja. Gaya yang jauh lebih kuat, yang disebut gaya nuklir kuat, mengikat proton dan neutron, tetapi hanya pada jarak yang sangat kecil di dalam inti.

Nomor atom

Jumlah proton menentukan unsur apa sebuah atom. Setiap atom dengan 6 proton adalah karbon, dan setiap atom dengan 8 proton adalah oksigen. Bilangan itu adalah nomor atom, dan tabel periodik disusun berdasarkan urutannya, mulai dari hidrogen dengan nomor 1 ke atas. Pada atom netral, jumlah elektron sama dengan jumlah proton, jadi muatannya saling meniadakan. Jika atom melepas atau menerima elektron, atom itu menjadi ion: natrium yang telah melepas satu elektron punya 11 proton dan 10 elektron, sehingga bermuatan +1.

Nomor massa dan isotop

Jumlah proton dan neutron menghasilkan nomor massa. Atom-atom dari satu unsur bisa punya jumlah neutron yang berbeda. Inilah isotop. Karbon-12 punya 6 neutron, dan karbon-14, yang dipakai untuk menentukan umur benda kuno, punya 8. Angka di belakang nama adalah nomor massa, jadi jumlah neutron selalu sama dengan nomor massa dikurangi nomor atom.

Bagaimana kita mengetahuinya

Tidak ada orang yang pernah melihat proton lewat lensa. Setiap partikel ditemukan lewat percobaan. Pada tahun 1897, J. J. Thomson di Laboratorium Cavendish, Cambridge, menunjukkan bahwa sinar katode terdiri atas partikel negatif yang sangat kecil dan jauh lebih ringan daripada atom mana pun: elektron. Tim Ernest Rutherford menembakkan partikel alfa yang cepat ke lembaran emas yang tipis, dan beberapa di antaranya terpantul hampir lurus kembali. Pada tahun 1911 Rutherford menjelaskan hal ini dengan inti yang kecil, berat, dan bermuatan positif. James Chadwick membuktikan pada tahun 1932 bahwa inti juga berisi partikel tak bermuatan, yaitu neutron, dan karena itu meraih Hadiah Nobel Fisika 1935.