Sifat-sifat elektron

sifat elektron

Elektron adalah partikel subatomik (lebih kecil dari atom) yang membawa satu unit listrik negatif. Semua materi terdiri dari atom yang, pada gilirannya, mengandung tiga partikel yang sangat kecil: proton, neutron, dan elektron. Dari ketiganya, hanya elektron yang dianggap sebagai partikel fundamental, yang tidak mampu dipecah menjadi partikel yang lebih sederhana.

Ada atau tidak adanya kelebihan elektron bertanggung jawab atas semua fenomena listrik. Misalkan kawat logam terhubung ke dua ujung baterai. Tekanan listrik dari elektron dalam baterai memaksa elektron dalam atom logam mengalir. Aliran elektron itu adalah arus listrik.

Model Bohr atom, di mana elektron mengorbit disekitar inti, adalah representasi yang nyaman. Sayangnya, itu tidak akurat. Hasil percobaan ilmiah menunjukkan bahwa elektron bertindak lebih seperti gelombang elektromagnetik daripada partikel yang mengorbit. Menurut prinsip dasar mekanika kuantum, mustahil untuk mengetahui secara simultan posisi dan momentum elektron yang tepat; ini berarti bahwa lintasan elektron tidak dapat ditentukan secara tepat.

Pengertian elektron

Elektron adalah salah satu partikel dasar yang membentuk materi. Semua materi kecuali dark terbuat dari molekul, yang sendiri terbuat dari atom. Atom-atom terdiri dari dua bagian. Inti atom dan awan elektron. Elektron berputar di sekitar inti atom. Elektron termasuk kelompok partikel elementer, yang dikenal sebagai lepton. Lepton adalah partikel dasar, putaran setengah bilangan bulat (spin 1⁄2) yang tidak mengalami interaksi kuat. Mereka tunduk pada prinsip Larangan Pauli. Fakta ini memiliki implikasi utama untuk membangun tabel unsur secara periodik.

Elektron bermuatan negatif (-1e), partikel yang hampir tak bermassa yang memiliki ukuran atom terbesar. Massa diam elektron sama dengan 9.109 × 10−31 kg (510.998 keV/c2) (sekitar 1/1836 massa proton). Elektron ditemukan oleh Sir John Joseph Thomson pada tahun 1897. Elektron terletak di awan elektron, yang merupakan area yang mengelilingi inti atom. Elektron hanya satu anggota kelas partikel dasar, yang membentuk atom.

Sifat dari elektron

Elektron memiliki tiga sifat dasar: muatan, massa, dan putaran. Menurut definisi, muatan listrik pada elektron adalah −1. Massa elektron telah diukur dan ditemukan menjadi 9,109389 × 10−31 kilogram. Elektron juga berputar pada sumbunya dengan cara yang hampir sama dengan yang dilakukan planet. Elektron yang berputar, seperti muatan listrik bergerak lainnya, menciptakan medan magnet di sekelilingnya. Medan magnet itu memengaruhi cara elektron mengatur diri mereka dalam atom dan bagaimana mereka bereaksi satu sama lain. Elektron juga bertanggung jawab atas sifat magnetik material.

Seperti semua partikel dasar, elektron menunjukkan sifat partikel dan gelombang: mereka dapat bertumbukan dengan partikel lain dan dapat terdifraksi seperti cahaya. Sifat gelombang elektron lebih mudah diamati dengan eksperimen daripada partikel lain seperti neutron dan proton karena elektron memiliki massa yang lebih rendah dan karenanya memiliki panjang gelombang yang lebih panjang untuk energi yang diberikan. Sifat elektron lainnya muatan elektron dan bilangan kuantum.

1. Sebagai gelombang

Apa yang dapat ditentukan adalah suatu wilayah ruang di sekitar inti di mana ada kemungkinan besar untuk menemukan muatan negatif yaitu atom. Secara matematis, distribusi probabilitas ini mirip dengan persamaan yang menggambarkan gelombang. Dengan kata lain, distribusi elektron dalam atom dapat digambarkan dengan rumus matematika dan konsep fisika gelombang berdiri.

Gelombang berdiri pada dasarnya adalah gelombang stasioner, getaran terikat — getaran dari senar gitar, misalnya. Dilihat dalam gerakan lambat, pemetik senar gitar pertama-tama menggesernya dari jarak tertentu dari posisi aslinya. Tali melambung ke asalnya dan kemudian dipindahkan ke arah yang berlawanan dengan jarak yang sama. Gambaran yang menggambarkan gerakan gelombang seperti itu. Perpindahan ke atas diberi tanda plus, sedangkan yang ke bawah diberi tanda negatif. Tanda-tanda ini disebut tanda fase. Titik di mana gelombang melintasi posisi semula disebut simpul, titik amplitudo nol dalam gelombang.

sifat gelombang elektron
sifat gelombang elektron

2. Memiliki Bilangan kuantum

Pada tahun 1926, Erwin Schrödinger menghasilkan persamaan gelombang yang menggabungkan karakteristik partikel dan gelombang elektron. Persamaan ini memungkinkan perhitungan fungsi probabilitas yang solusinya menghasilkan empat bilangan kuantum.

Bilangan kuantum pertama, bilangan kuantum utama (n), memberi tahu lokasi wilayah probabilitas relatif terhadap inti. Ini sesuai dengan orbit, atau kulit. Bilangan kuantum kedua, bilangan kuantum momentum sudut (l), menunjukkan bentuk wilayah probabilitas. Ini sesuai untuk menunjukan orbital. Bilangan kuantum ketiga, bilangan kuantum magnetik (m), menggambarkan orientasi wilayah probabilitas di dalam ruang. Bilangan kuantum keempat, bilangan kuantum spin (m s), menjelaskan arah putaran elektron. Tiga bilangan kuantum pertama menentukan wilayah di ruang tentang inti sebuah atom di mana ada kemungkinan tertinggi untuk menemukan kerapatan elektron. Wilayah ini disebut sebagai orbital atom.

Bentuk dua orbital paling umum yang ditemukan dalam senyawa organik berbentuk bola dalam orbital atom dan jam pasir yang dibentuk dalam orbital p atom. Orbital p atom dapat berorientasi sepanjang sumbu x, y, dan z dalam ruang tiga dimensi.Bilangan kuantum

Kombinasi linear orbital atom. Sama seperti gelombang dapat berinteraksi untuk memperkuat atau mengurangi diri mereka sendiri, orbital atom dapat bergabung untuk membentuk orbital baru. Proses penggabungan ini disebut sebagai kombinasi linear orbital atom. Dalam proses ini, jumlah total orbital tetap konstan; artinya, jumlah orbital baru selalu sama dengan jumlah orbital yang digabungkan untuk membentuknya. Kombinasi linear dapat terjadi antara orbital dua atom yang berbeda, menciptakan orbital molekul, atau antara dua orbital dari atom yang sama, menciptakan orbital atom hibrid.

3. Tingkat energi elektron

Proton dan neutron dalam atom dikemas bersama dalam inti pusat yang dikenal sebagai inti atom. Ukuran inti ribuan kali lebih kecil dari ukuran atom itu sendiri. Elektron didistribusikan di daerah tertentu di luar nukleus. Pada suatu waktu, para ilmuwan berpikir bahwa elektron melakukan perjalanan di jalur yang sangat spesifik di sekitar nukleus, mirip dengan orbit yang ditempuh oleh planet-planet di tata surya.

Sejarah elektron

Selama abad kesembilan belas, para ilmuwan membuat sejumlah penemuan dasar yang penting tentang fenomena listrik. Namun, tidak ada yang bisa menjelaskan sifat dasar listrik itu sendiri. Kemudian, pada tahun 1897, fisikawan Inggris J. J. Thomson (1856–1940) menemukan elektron. Dia mampu menunjukkan bahwa aliran arus listrik terdiri dari partikel individu, yang semuanya memiliki rasio muatan listrik yang sama dengan massa (e / m). Dia memperoleh hasil yang sama menggunakan sejumlah bahan berbeda dan menyimpulkan bahwa partikel-partikel ini hadir dalam semua bentuk materi. Nama yang diberikan kepada partikel-partikel ini — elektron — sebenarnya sudah disarankan beberapa tahun sebelumnya oleh fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney (1826–1911).

Meskipun Thomson mampu mengukur rasio muatan listrik massa (e / m) untuk sebuah elektron, ia tidak tahu bagaimana menentukan salah satu dari dua kuantitas ini secara individual. Masalah itu membingungkan fisikawan selama lebih dari satu dekade. Akhirnya, teka-teki itu dipecahkan oleh fisikawan Amerika Robert Andrew Millikan (1868–1953) dalam serangkaian percobaan yang dilakukan antara tahun 1907 dan 1913. Sosok yang menyertainya menguraikan fitur-fitur utama percobaan penurunan minyak terkenal Millikan.

Tetes minyak yang dibutuhkan untuk percobaan diproduksi oleh alat penyemprot bohlam biasa. Tetesan kecil yang terbentuk dengan metode ini jatuh ke bawah dan melalui lubang di plat atas di bawah pengaruh gravitasi. Ketika mereka jatuh, tetesan diberi muatan listrik negatif.

Setelah tetesan memasuki ruang antara dua lempeng, sumber tegangan tinggi dihidupkan. Tetesan oli yang bermuatan negatif kemudian tertarik ke atas oleh muatan positif pada pelat logam atas. Pada titik ini, tetesan diseret oleh dua gaya yang berlawanan: gravitasi, menariknya ke bawah, dan gaya listrik, menariknya ke atas.

Dengan menyesuaikan voltase yang digunakan dengan hati-hati, Millikan mampu menjaga tetesan oli menggantung di ruang antara dua lempeng. Karena tetesan tidak bergerak ke atas atau ke bawah, ia tahu bahwa gaya gravitasi pada tetesan itu benar-benar cocok dengan gaya listrik. Dari informasi ini, ia dapat menghitung nilai muatan listrik pada tetesan. Hasil yang diperolehnya, muatan 1,591 × 10 −10 coulomb, adalah

Sosok yang menguraikan fitur-fitur utama percobaan penurunan minyak Millikan. (Direproduksi dengan izin dari The Gale Group.)
Sosok yang menguraikan fitur-fitur utama percobaan penurunan minyak Millikan. (Direproduksi dengan izin dari
Grup Gale
.)

sangat dekat dengan nilai yang diterima hari ini sebesar 1,602177 × 10−19 coulomb. (Coulomb adalah satuan metrik standar untuk muatan listrik.)

Positron

Salah satu kisah detektif yang menarik dalam sains melibatkan penemuan partikel tipe elektron yang disebut positron. Selama 1920-an, fisikawan Inggris Paul Dirac (1902-1984) menggunakan alat baru mekanika kuantum untuk menganalisis sifat materi. Beberapa persamaan yang dipecahkannya memiliki jawaban negatif. Jawaban itu mengganggunya karena dia tidak yakin apa arti jawaban negatif — kebalikan dari beberapa sifat — bisa berarti. Salah satu cara dia menjelaskan jawaban-jawaban ini adalah berhipotesis tentang keberadaan kembar elektron. Si kembar akan memiliki setiap sifat elektron itu sendiri, kata Dirac, kecuali satu: ia akan membawa satu unit listrik positif daripada satu unit listrik negatif.

Prediksi Dirac dikonfirmasi hanya dua tahun setelah ia mengumumkan hipotesisnya. Fisikawan Amerika Carl David Anderson (1905-1991) menemukan elektron bermuatan positif dalam pancaran sinar kosmik yang sedang dia pelajari. Anderson menyebut partikel-partikel ini sebagai positron, untuk elektron positif. Saat ini, para ilmuwan memahami bahwa positron hanyalah satu bentuk antimateri, partikel yang mirip dengan partikel fundamental seperti proton, neutron, dan elektron, tetapi dengan satu sifat yang berlawanan dengan partikel fundamental.

Comments

No comments yet. Why don’t you start the discussion?

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *