Sekilas Tentang Inti Atom

Menurut model atom dari Rutherford yang kemudian disempurnakan oleh Bohr, diketahui bahwa atom terdiri dari inti atom (nukleus) yang bermuatan positif dan elektron-elektron yang bermuatan negatif mengelilinginya. Lebih jauh, diketahui juga bahwa 99,9 persen massa atom berasa dari massa intinya. Pertanyaannya adalah materi apa sebenarnya yang menyusun suatu inti atom sehingga sebagian besar massa atom berasal dari inti?

Karena inti atom bermuatan positif, maka diasumsikan salah satu partikel yang menyusun inti atom adalah sebuah partikel bermuatan positif yang pada akhirnya dikenal sebagai proton. Proton memiliki massa hampir sama dengan massa atom hidrogen, sehingga atom hidrogen dikatakan terdiri dari suatu satuan muatan positif mendasar, dimana nomor massa A = 1 dan jumlah elektron atau proton Z=1.

Jika proton adalah satu-satunya partikel yang menyusun inti atom atau jumlah proton = nomor massa A, maka untuk inti atom lebih berat akan ada kelebihan muatan positif dalam suatu atom karena sebenarnya A > Z. Model inti yang ditawarkan untuk memecahkan persoalan kelebihan muatan positif ini adalah model proton-elektron, dimana inti atom tersusun atas proton dan elektron. Namun, karena adanya ketidaktaatan pada asas ketidakpastian, ketidakcocokan pada spin intrinsik inti, ukuran inti dan momen magnetik, maka elektron tidak dikategorikan sebagai salah satu partikel penyusun inti atom.

Pemecahan dilema ini baru dipecahkan setelah ditemukannya partikel netral yaitu neutron yang massanya hampir sama dengan massa proton. Menurut model proton-neutron ini, sebuah inti atom terdiri atas Z proton dan (A-Z) neutron, yang memberikan muatan total Ze dan massa total inti sekitar A, karena massa proton dan neutron kurang lebih sama. Di samping itu, karena proton dan neutron sangat bermiripan, kecuali perbedaan muatan listriknya, maka keduanya dikelompokan sebagai nukleon.

Jika nomor atom Z berpengaruh pada sifat-sifat suatu unsur, maka nomor massa A berpengaruh pada sifat-sifat dari inti atom. Dari sini kita dapat membagi inti atom ke dalam beberapa kelompok yaitu isotop, isobar, dan isoton. Isotop adalah inti-inti atom dengan Z sama tetapi A berbeda. Sebagai contoh, hidrogen memiliki 3 isotop : hidrogen biasa (Z=1, A= 1), deutrium (Z=1, A = 2), dan tritium (Z=1, A =3). Selanjutnya, isobar  adalah inti-inti yang nilai A (nomor massa) sama, contohny adalah ¹⁴C dan ¹⁴N. Adapun isoton adalah inti-inti yang memiliki jumlah neutron yang sama, contohnya adalah atom C (Z=6, A =13) dengan atom N (Z=7, A=14).

Massa dan energi ikat inti atom

Atom hidrogen yang terdiri dari 1 proton dan 1 elektron. Energi diam proton dan elektron diam yang terpisah jauh adalah

m_ec² +m_pc²

Jika ke-2 partikel didekatkan dan membentuk atom hidrogen akan ada radiasi elektromagnetik atau foton yang dipancarkan sebesar 13,6 eV.

m_ec² +m_pc² = m_Hc² + 13,6 eV  atau   m_ec² +m_pc² - m_Hc² = 13,6 eV

Jadi energi massa gabungan sistem lebih kecil daripada ketika partikel penyusunnya terpisah. Perbedaan ini disebut energi ikat yang disimbolkan oleh huruf B. Pada inti atom B dihitung menggunakan rumus

B = (Nm_n)c² + (Zm_p)c² – M_intic²

Keterangan :

B       = energi ikat inti atom (eV)

N      = jumlah neutron

m_n    = massa neutron (MeV)

Z      = jumlah proton

m_p    = massa proton (MeV)

M_inti = massa real inti (MeV)

c         = kecepatan cahaya (m/s)