BAB IPENDAHULUANA. Latar Belakang Pada tahun 1910, Ernest Rutherford melakukan percobaan utnuk menguji kebenaran model atom Thomson yang sekarang dikenal sebagai eksperimen hamburan Rutherford (Rutherford scattering experiment). Rutherford menemukan partikel-, sebuah partikel yang dipancarkan oleh atom radioaktif, pada tahun 1909. Partikel ini memiliki muatan positif, dan faktanya adalah kita sekarang tahu bahwa partikel- seperti atom helium dilepaskan dari elektronnya, memberikannya muatan 2+. Dalam eksperimen hamburan ini, aliran partikel- ini diarahkan ke lembaran emas. Lembaran emas ini dipilih oleh Rutherford karena dapat dibuat sangat tipis, hanya setebal beberapa atom emas. Saat partikel- melintasi lembaran emas, Rutherford dapat mengukur berapa banyak partikel- yang akan dihamburkan oleh atom emas dengan mengamati kilatan cahaya partikel- menabrak layar. Berdasarkan pada teori atom Thomson, Rutherfod berhipotesa partikel- akan dibelokkan sedikit, saat proton emas menolak partikel- yang bermuatan positif tinggi. Namun pada kenyataannya, eksperimen hamburan Rutherford menunjukkan hasil yang jelas-jelas menolak hipotesis tersebut dan tentunya model atom Thomson. Rutherfod menemukan sebagian besar partikel alfa mampu menembus lembaran emas tanpa dibelokkan. Bersamaan dengan itu, Rutherford juga menemukan partikel alfa yang dibelokkan sedikit, namun dengan sangat mengejutkan, Rutherford juga menemukan beberapa partikel alfa yang dibelokkan pada sudut yang sangat tajam kembali ke sumber radioaktif. Penyimpangan yang cukup mencolok antara hasil yang diperkirakan dengan hasil yang diperoleh dilukiskan Rutherford dalam kata-kata berikut:Ini adalah peristiwa yang sangat tidak masuk akal yang pernah terjadi dalam hidup saya. Ini sama tidak masuk akalnya dengan ibarat Anda menembakkan sebuah peluru 15 inci pada selembar kertas tissue dan peluru itu kemudian berbalik menembaki Anda.

Untuk menjelaskan adanya sebagian besar partikel- yang menembus lembaran emas tanpa dibelokkan, Rutherford kemudian mengembangkan model inti atom. Dalam model ini, Rutherford menempatkan sebuah proton yang besar (seperti eksperimen dan model sebelumnya) di inti atom. Rutherford berteori bahwa di sekitar proton terdapat ruang besar yang kosong dari segala partikel kecuali elektron yang jarang-jarang. Ruang terbuka yang besar ini memberikan alasan adanya partikel alfa yang tidak terbelokkan. Partikel alfa yang dibelokkan sedikit diperkirakan telah lewat cukup dekat dari proton sehingga dibelokkan oleh gaya elektrostatik. Sedangkan beberapa partikel alfa yang dibelokkan kembali ke sumber diperkirakan telah mengalami tumbukan dengan inti sehingga dipantulkan kembali oleh gaya elektrostatik.BAB IIPEMBAHASANTeori populer struktur atom pada saat percobaan Rutherford adalah " plum pudding model yang ". Model ini dirancang oleh Lord kelvin dan dikembangkan lebih lanjut oleh J.J. Thomson. Thomson adalah ilmuwan yang menemukan elektron , dan bahwa itu adalah komponen dari setiap atom. Thomson percaya bahwa atom tersusun dari suatu muatan positif yang terdistribusi merata dalam volume atom dan elektron-elektron bermuatan negatif tersebar dalam muatan positip tadi. Model atom Thompson sering disebut sebagai model roti kismis.. Keberadaan proton dan neutron tidak diketahui pada saat itu. Mereka mengetahui atom berukuran sangat kecil (Rutherford menduga jari-jari atom berorde sekitar 10 -8 m). Model atom Thomson tersebut tidak dapat digunakan untuk menjelaskan peristiwa yang diamati oleh Rutherford dalam percobaan hamburan partikel alfa oleh suatu lembaran tipis. Dalam percobaan tersebut, partikel alfa (bermassa jauh lebih besar dari pada massa elektron) diarahkan ke suatu lembaran emas. Partikel yang terhambur dideteksi dengan dengan layar pendar ZnS. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa sebagian besar partikel alfa diteruskan, ada sedikit yang dihamburkan dalam sudut hamburan yang besar dan dan ada sebagaian kecil yang dihamburkan dan kembali ke arah datangnya partikel tersebut. Rutherford tidak dapat menginterpretasikan hasil ini berdasarkan model roti kismis milik Thompson.Hasil percobaan ini mendorong Rutherford untuk mengusulkan bahwa massa dan muatan positif atom tidaklah tersebar secara merata dalam seluruh volume atom, tetapi terbatas hanya dalam suatu daerah yang sangat kecil, dengan diameter sekitar 10-14 m, pada pusat atom. Pada tahun 1911, mengajukan teori atom baru berdasarkan hasil eksperimen hamburan partikel . Rutherford menyatakan bahwa pembelokan partikel pada sudut yang sangat besar disebabkan karena terjadi tumbukan tunggal dengan suatu objek sangat padat (masif). Rutherford dengan demikian mengusulkan bahwa muatan dan massa atom terpusatkan pada pusatnya, dalam suatu daerah yang disebut dengan inti (nucleus). Gambar (1) melukiskan geometri hamburan dalam kasus ini.

Gaya tolak Coulomb yang terjadi adalah (dalam satuan SI) :

(1.1)

Electron-elektron atom, dngan massanya yang lebih kecil tidak banyak mempengaruhi lintasan proyektil, jadi pengaruhnya pada hmaburan dapat kita abaikan. Kita juga menganggap bahwa massa inti besar sekali jika dibandingkan dengan massa proyektil seingga inti atom tidak bergerak selama proses hamburan. Karena inti tidak bergerak, maka energy kinetic awa dan akhi K dari proyektil sama besar. Sebagaimana diperlihatkan pada Gambar (1), bagi setiap parameter impak b, terdapat suatu sudut hambur tertentu . Proyktil menempuh suatu lintasan berbentuk hiperbola; dalam koordinat polar r dan , persamaan hiperbola adalah,(1.2)

Sebagaimana diperlihatkan pada Gambar (2), kedudukan awal partikel adalah pada = 0, , dan kedudukan akhir adalah pada , dengan menggunakan kedua koordinat kedudukan akhir, pesamaan dia atas dapat disederhanakan menjadi(1.3)

Gambar (2). Lintasan hiperbola dari sebuah partikel terhambur

Sebuah partikel yang menghampiri inti atom dengan parameter dampak b akan dihamburkan pada suatu sudut ; sedangkan yang menghampiri inti dengan nilai-nilai b yang lbih kecil, akan dihamburkan denga sudut yang lebih besar dari, seperti diperlihatkan pada gambar (1).Kajian terhadap hamburan partikel brmuatan oleh inti atom (yang lazimnya disebut hamburan Rutherford) akan dibagi menjadi tiga bagian, yakni:(1) Fraksi partikel yang dihamburkan pada sudut yang lebih besar dari ,(2) Rumus Rutherford dan pembuktian kebenarannya lewat percobaan, dan(3) Jarak terdekat ke inti atom, yang dapat dicapai oleh partikel bermuatan.

1. Fraksi partikel yang dihamburkan pada sudut yang lebih besar dari Dari Gambar (1) dapat dilihat bahwa setiap partikel dengan parameter dampak yang jauh lebih kecil daripada nilai b akan dihamburkan pada sudut yang lebih besar dari . Berapa besarkah peluang itu bagi sebuah partikel bermuatan yang memiliki parameter dampak yang lebih kecil dari b ? Andaikan lembran emas tipisnya setebal satu atom (lapisan tunggal atom-atom yang tersusun sangat rapat, seert tampak pada gambar (3). Masing-masing atom tampak sebagai sebauh piringan bundar, dengan luas . Jika lembaran tersebut mengandung N buah atom, maka luas totalnya . Untuk hamburan dengan sudut yang lebih besar dari , parameter dampaknya berada antara nol dan b, yang berarti bahwa jarak proyektil ke inti atom berada dalam derah piringan bundar seluas . Jika semua proyektil dianggap tersebar merata pada luas lembar tadi, fraksi proyektil yang berada dalam luas tersebut adalah .Ketebalan lembar hambur sebenarnya dapat menapai sekitar susunan seribu atau sepuluh ribu atom. Andaikanlah t adalah ketebalan lemabar hambur dan A adalah luasnya, dan andaikan pula bahwa adalah kerapatan dan M adalah massa molekul bahan pembuat lembar itu. Jadi, volume lembar tersebut adalah At, dan massany, sehingga jumlah molnya . Jadi, jumlah atom atau inti per satuan volume adalah (1.4)

(1.5)Gambar (3). Geometri hamburan bagi susunan banyak atom. Bagi parameter dampak b, sudut hambur yang bersangkutan adalah . Jika partikel memasuki atom dalam daerah piringan seluas , maka sudut hambur akan lebih besar daripada .

adalah ilangan Avogadro. Bagi sebuah proyektil datang, jumlah inti atom persatuan luas yang tampak adalah secara rata-rata setiap inti memberi luas sebesar ()-1 pada medan tampak proyektil. Untuk sudut hambur yang lebih besar dari , proyektil harus berada dalam daerah lingkaran seluas yang berpusat pada sebuah atom. Dengan demikian, fraksi partikel yang dihamburkan pada sudut yang lebih besar dari adalah tidak lain daripada jumlah partikel yang menghampiri sebuah atom dalam suatu daerah cakupan

dengan anggapan bahwa semua partikel yang datang tersebar merata pada luas lembar hambur.

2. Rumus hamburan Rutherford dan bukti percobaannyaAgar kita dapat menghitung probabilitas hamburan sebuah partikel ke dalam suatu selang sudut kecil pada (antara dan d), kita syaratkan parameter dampaknya terletak dalam suatu selang kecil db di b (lihat gambar (4)). Dengan demikian, fraksi, df, adalah :

Menurut persamaan (1.5). dengan mendiferensialkan Persamaan (1.3). kita peroleh pernyataan db dalam d sebagai berikut:

Jadi, (1.6)

Gambar (4). Partikel-partikel yang memasuki daerah cincin antara b dan db disebarkan secara merata di sepanjang cincin dengan lebar d. Detector berada pada jarak r dari lembar penghambur.(1.7)

[Tanda minus pada persamaan (1.6) tidak begitu peting, hanya memberitahukan kepada kita bahwa bertambah bila b berkurang]. Andaikan kita tempatkan sebuah detector bagi partikel yang terhambur pada sudut sejauh jarak r dari inti atom. Maka probabilitas bagi sebuah partikel untuk dihamburkan ke dalam detector tersebut bergantung pada df ; namun demikian, df hanyalah memberikan peluang bagi semua proyektil yang dihamburkan pada sudut ke dalam d, dan dapat dilihat bahwa semua proyektil itu akan terdistribusi secara merata sekitar sebuah cincin berjari-jari r sin dengan ketebalan rd. Luas cincinnya adalah . Untuk menghitung laju arah hambur proyektil ke dalam detector, kita harus mengetahui probabilitas per satuan luas bagi hamburan ke dalam daerah cincin tadi. Ini diberikan oleh , yang akan kita sebut . Selanjutnya dengan melakukan suatu manipulasi perhitungan, akan diperoleh:

Rumus Rutherfird ini kemudian diuji kebenarannya dalam laboratorium Rutherford oleh Geiger dan Marsden , melalui serangkaian percobaan yang memerlukan keteletitian dan keterampilan tinggi. Untuk percobaan ini, mereka menggunakan partkel-partikel alfa (z = 2) dengan mengamati hamburannya dari berbagai jenis lembar tipis logam. Mengingat pada saat itu belum tersedia pencatat elektronik dan alat pemrosesnnya, maka Geiger dan Marsden mengamati dan mencatat partikel-partikel alfanya dengan menghitung kerdipan cahaya.(1.8)

3. Jarak terdekat partikel hambur ke inti penghamburKetika sebuah partikel bermuatan positif menghampiri sebuah inti atom, geraknya mengalami perlambatan, karena sebagian energy kinetic awalnya iubah menjadi energy potensial yang berasal dari gaya tolak Coulomb inti atom. Semakin dekat partikelnya menghampii inti atom, maka semkin besar pul energy potensial kinetic yang ia peroleh, karena

Energy potensial maksimum yang dimiliki, jadi juga energy kinetic minimum yang dimiliki, terjadi pada nilai minimum dari r. dengan menganggap V = 0 ketika partikel berada jauh sekali dari inti atom, maka energy total yang dimilikinya adalah . Sewaktu partikel menghampiri inti atom, K menurun dan V bertambah, tetapi V + K tetap tidak berubah. Pada jarak , lajunya adalah dan berlaku :(1.9a)

Momentum sudut uga kekal. Ketika jauh dari inti atom, momentum sudut partikel adalah mvb, dan pada , momentum sudutnya adalah

atau(1.9b)

Dengan menggabungkan persamaan (1.9a) dan (1.9b), akan diperoleh(1.10)

Persamaan ini dapat digunakan untuk memperoleh nilai .DAFTAR PUSTAKAKaplan, Irvin. Nuclear Physics. Addison-Wesley Publishing Company.Krane, Kenneth. Fisika Modern. Jakarta : Penerbit Erlangga.Anonim. 2014. http://wikipedia.org. Diakses pada 25 Februari 2015.