Inti Atom

Konsep adanya inti atom pertama kali dinyatakan oleh Rutherford 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 Chadwich 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 sedangkan neutron netral yang selanjutnya proton dan neutron ini disebut nukleon atau nuklida. Massa neutron hampir sama dengan proton, hanya saja massa neutron lebih besar sedikit dibandingkan massa proton. 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 $\frac{1}{12}$massa atom $_{6}C^{12}$ .

1 Lambang Atom

Inti atom dilambangkan $_{Z}X^A$ 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 $_{6}C^{12}$. 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.

2 Gaya Ikat Inti

Sebagai mana diketahui bahwa inti atom terdiri atas proton dan neutron, padahal proton bermuatan positif dan neutron tidak bermuatan atau netral. Menurut hukum Coulomb, hal tersebut akan menimbulkan gaya elektrostatis berupa gaya tolak menolak. Akan tetapi mengapa proton-proton tersebut dapat menyatu di dalam inti atom.

Sebenarnya dalam inti atom terdapat interaksi gaya gravitasi dan gaya elektrostatis, akan tetapi gaya gravitasi dapat diabaikan terhadap gaya elektrostatis. Jadi pasti ada gaya lain yang menyebabkan proton-proton dalam inti atom dapat menyatu. Gaya yang menyebabkan nulkeon bisa bersatu di dalam inti disebut gaya ikat inti. Gaya gravitasi menyebabkan gaya tarik-menarik antar massa nukleon, yaitu proton dengan proton, proton dengan neutron, atau neutron dengan neutron, sedangkan gaya elektrostatis menyebabkan gaya tolak-menolak antara muatan proton dan proton. Gaya ikat inti lebih besar dibandingkan gaya gravitasi dan gaya elektrostatis.

Gaya ikat inti bekerja antara proton dengan proton, proton dengan neutron, atau neutron dengan neutron. Gaya ikat inti bekerja pada jarak yang sangat dekat sampai dengan jarak pada diameter inti atom ($10^{-15}$ m).

3 Energi Ikat Inti

Hubungan antara massa inti atom dengan energi ikat inti dapat dijelaskan dengan teori yang dikemukakan oleh Albert Einstein yang menyatakan hubungan antara massa dan energi yang dinyatakan dalam persamaan $E = mc^2$. 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 inti yang 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 :



dengan :
∆m = defek massa
mp = massa proton
mn = massa neutron
Z = jumlah proton dalam inti atom
(A – Z) = jumlah neutron pada inti atom


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 :



dengan :
∆m = defek massa
∆E = energi ikat inti

Apakah energi ikat inti selalu dapat menggambarkan tingkat kestabilan inti atom? Ternyata tidak selalu. Jika inti memiliki jumlah nukleon yang banyak energi ikatnya juga besar. Namum belum tentu inti tersebut stabil. Pada umumnya inti atom yang mempunyai jumlah neutron lebih banyak mempunyai tingkat kestabilan inti yang lebih rendah. Ada besaran yang mempunyai hubungan dengan tingkat kestabilan inti yang disebut tingkat energi ikat per nukleon yaitu energi ikat inti dibagi dengan jumlah nukleon pada inti tersebut yang dinyatakan dalam persamaan :

dengan $A$ menyatakan nomor massa.


Contoh 1. Hitung defek massa dan energi ikat per nukleon dari inti $_{92}U^{238}$. , bila diketahui massa atomnya = 238,05076 sma, massa neutron = 1.00867 sma dan massa proton = 1,00728 sma!

Penyelesaian :
Diketahui :
$m_{inti}=238,05076 sma$
$m_{p}=1,00728 sma$
$m_{n}=1,00867 sma$
Maka :

a. defek massa


Jadi, defek massanya adalah 1,88482 sma.

b. energi ikat per nukleon
hitung dulu energi ikat inti


Energi ikat per nukleon = $\frac{1755,7098}{238}=7,38 MeV$
Jadi, energi ikat per nukleon adalah 7,38 MeV.


Contoh 2. Hitunglah besarnya defek massa dan energi ikat per nukleon dari $_{28}Ni^{60}$. , bila diketahui massa inti atom Ni = 59,915 sma, massa netron = 1.00867 sma, dan massa proton = 1,00728 sma!.

Penyelesaian :
Diketahui :
$m_{inti}= 59,915 sma$
$m_{p} = 1,00728 sma$
$m_{n} = 1,00867 sma$
Maka :
a. defek massa



Jadi, defek massanya adalah 0,56628 sma.

b. energi ikat per nukleon


Jadi, energi ikat per nukleon adalah setara 8,79 MeV.