1. Penemuan Elektron
Keberadaan elektron dapat diketahui berdasarkan percobaan
sinar katode (Sir William Crookes, 1879). Dalam percobaannya, Crookes
menggunakan alat yang disebut tabung sinar katode atau disebut juga tabung
Crookes (lihat Gambar 1.1).
Gambar 1.1 Sinar katode adalah elektron yang memiliki massa.
Jika tabung Crookes dihubungkan dengan sumber arus searah
tegangan tinggi maka katode akan memancarkan berkas sinar menuju anode. Sinar
itu dinamakan sinar katode. Sinar katode memiliki massa. Hal ini dapat dilihat
dengan memutarnya baling-baling yang dipasang pada jalannya berkas sinar katode
(Gambar 1.1). Pengamatan lain menunjukkan, sinar katode dapat dibelokkan oleh
medan listrik menuju kutub positif listrik. Hal ini membuktikan bahwa sinar katode
memiliki muatan negatif.
Berdasarkan fakta tersebut, apa yang dapat Anda simpulkan?
Stoney menamakan sinar katode dengan istilah elektron. Dengan demikian,
elektron memiliki massa dan bermuatan negatif. Jika bahan katode diganti dengan
logam lain selalu dihasilkan sinar katode yang sama. Hal ini membuktikan bahwa
sinar katode atau elektron merupakan partikel dasar penyusun materi.
2. Penemuan Proton
Keberadaan proton dibuktikan melalui percobaan tabung
Crookes yang dimodifikasi. Tabung Crookes diisi gas
hidrogen dengan tekanan rendah. Percobaan ini dikembangkan oleh Eugen
Goldstein. Jika tabung Crookes dihubungkan dengan sumber arus listrik di bagian
belakang katode yang dilubangi maka akan terbentuk berkas sinar. Goldstein
menamakan sinar itu sebagai sinar terusan. Oleh karena sinar terusan bergerak
menuju katode maka disimpulkan bahwa sinar terusan bermuatan positif. Menurut
Goldstein, sinar terusan tiada lain adalah ion hidrogen. Ion ini terbentuk
akibat gas hidrogen bertumbukan dengan sinar katode. Oleh karena ion hidrogen
hanya mengandung satu proton maka disimpulkan bahwa sinar positif adalah
proton. Penggantian gas hidrogen oleh gas lain selalu dihasilkan sinar yang
sama dengan sinar terusan yang dihasilkan oleh gas hidrogen. Hal ini dapat
membuktikan bahwa setiap materi mengandung proton sebagai salah satu partikel
penyusunnya.
Pada tabung sinar katode yang dimodifikasi, sinar
katode mengionisasi gas dalam tabung yang mengakibatkan gas dalam tabung
bermuatan positif. Gas yang bermuatan positif ini bergerak menuju katode,
sebagian dapat melewati celah katode dan menumbuk dinding tabung.
3. Temuan Neutron
Keberadaan neutron dalam atom ditemukan oleh J. Chadwick
melalui percobaan penembakan unsur berilium oleh partikel alfa kecepatan
tinggi. Dari percobaan tersebut, terbentuk partikel yang tidak dipengaruhi
medan magnet dan dapat bertumbukan dengan parafin. Partikel alfa adalah
partikel bermuatan positif yang dipancarkan oleh unsur radio aktif.
Data percobaan menunjukkan bahwa sinar yang keluar dari
target berilium tidak dipengaruhi oleh medan magnet. Ketika sinar yang keluar
dari target berilium menumbuk parafin, proton akan keluar dari parafin dengan
kecepatan tinggi. Chadwick menyimpulkan bahwa partikel yang keluar dari unsur
berilium tidak bermuatan dan memiliki massa hampir sama dengan massa proton.
Partikel tersebut dinamakan neutron.