Sejarah Atom I: Dalton, J.J Thomson, Robert Milikan, Eugen Goldstein

"Atom merupakan unsur yang tersusun atas partikel-partikel yang ukurannya sangat kecil" pernyataan tersebut merupakan salah satu postulat dari beberapa postulat yang dinyatakan oleh Dalton pada tahun 1808. Upaya para ilmuwan dalam mempelajari struktur atom merupakan perjalanan yang sangat panjang. Gagasan tentang atom dikemukakan pertama kali oleh Democritus pada akhir abad ketiga sebelum Masehi, yang kemudian dijadikan dasar oleh Dalton dalam mengembangkan teorinya tentang materi. Selain postulat Dalton yang telah disebutkan di awal, berikut beberapa postulat Dalton tentang materi:

• Atom dari suatu unsur memiliki massa atom tertentu. Atom-atom dari unsur yang berbeda memiliki massa atom yang berbeda pula. Sebagai contoh, massa atom neon adalah 20,1797 sma, sedangkan massa atom argon adalah 39,948 sma.
• Atom-atom dari unsur-unsur yang berbeda memiliki sifat yang berbeda pula. Sebagai contoh, atom-atom dari gas neon mengalami kondensasi menjadi cairan neon pada -246 , sedangkan atom-atom dari gas argon mengalami kondensasi menjadi cairan argon pada -186 .
• Suatu senyawa merupakan gabungan dari dua atau lebih atom-atom yang berbeda. Sebagai contoh, air (H2O) merupakan gabungan dari atom hydrogen dan atom oksigen.
• Di dalam suatu senyawa jumlah dan jenis atom selalu memiliki perbandingan yang tetap tidak tergantung pada cara yang digunakan untuk membuat senyawa tersebut. Sebagai contoh, Kristal perak iodide (AgI) selalu terdiri dari atom perak dan atom iodin dengan perbandingan 1:1, tidak tergantung pada cara pembuatannya.
• Atom tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan. Reaksi kimia hanya melibatkan pengaturan ulang susunan atom-atom, jumlah dan jenis atom adalah tetap.

Selama hampir 100 tahun teori Dalton tentang materi diterima oleh sebagian besar ilmuwan. Namun, menjelang akhir abad 18 beberapa postulat dari teori materi Dalton menjadi tidak berlaku setelah terjadi serangkaian penemuan luar biasa seperti penemuan sinar-X pada tahun 1895, radioaktivitas pada tahun 1896, dan electron pada tahun 1897. Hasil penemuan tersebut mengungkapkan bahwa atom bukan suatu obyek yang tidak dapat dibagi lagi, akan tetapi atom merupakan suatu obyek yang kompleks yang tersusun atas partikel-partikel subatomic.

Selama 5 tahun yaitu pada 1898-1903, J.J. Thomson melakukan percobaan dengan menggunakan tabung sinar katode (cathode ray tube = CRT). Thomson menemukan bahwa percobaan menggunakan katode dari logam-logam yang berbeda selalu memberikan hasil yang sama. Berdasarkan fakta ini Thomson menyatakan bahwa atom-atom dari logam-logam yang berbeda selalu memiliki electron sehingga electron merupakan partikel fundamental dari setiap atom. Atom adalah netral. Oleh karena itu Thomson mengusulkan bahwa atom harus memiliki sesuatu yang bermuatan positif. Berdasarkan hal tersebut Thomson mengajukan sebuah postulat bahwa "Atom terdiri dari sebuah bola awan baur(diffuse sphere of cloud yang bermuatan positif dengan elektron-elektron bermuatan negative yang tertanam secara acak di dalamnya". Model atom Thomson seringkali disebut dengan model roti kismis (plum pudding model) dimana kismis merupakan electron yang bermuatan negative, sedangkan roti merupakan bola awan baur yang bermuatan positif. Thomson juga menghitung rasio antara muatan listrik electron (e) dengan massanya (m), (e/m = -1,758 820 x 10^8 C/g) berdasarkan data besarnya pembelokan sinar katode yang disebabkan oleh medan magnet dan medan listrik yang kekuatannya diketahui.

Robert Milikan, seorang peneliti di University of Chicago, melakukan percobaan pada tahun 1909 yang dikenal sebagai percobaan tetes minyak Milikan. Dari beberapa pecobaan menggunakan tetesan minyak yang berbeda selalu diperoleh harga muatan tetesan minyak yang merupakan bilangan bulat dari harga yang sama yaitu -1,602 176 x 10^-19 . Muatan sebesar ini adalah dimiliki oleh electron. Berdasarkan fakta tersebut maka harga muatan electron, e, ditetapkan sebesar -1,602 176 x 10^-19 . Dengan memasukkan harga e kedalam rasio e/m yang diperoleh oleh Thomson maka massa electron, m adalah 9,109 382 x 10^-28g (e/m = -1,602 176 x 10^-19 /-1,758 820 x 10^8 C/g = 9,109 382 x 10^-28g). 

Tahun 1886, Eugen Goldstein seorang ilmuwan fisika Jerman, mengamati bahwa apabila katode pada tabung sinar katode dibuat berlubang maka pada ujung tabung sebelah kiri dekat katode tampak bercahaya. Goldstein menyimpulkan bahwa selain sinar katode yang bergerak dari katode ke anode, ada sinar lain yang bergerak dengan arah yang berlawanan, yaitu bergerak dari arah anode ke katode. Karena sinar ini bergerak melewati lubang-lubang pada katode maka sinar tersebut oleh Goldstein disebut dengan sinar terusan (canal ray). Sinar terusan memiliki muatan positif karena terdiri dari ion-ion positif. Ion-ion positif ini terjadi ketika sinar katode menumbuk atom-atom dari gas yang terdapat dalam tabung. Tumbukan ini menyebabkan atom-atom berubah menjadi ion-ion postif. Jenis ion tersebut tergantung pada gas yang terdapat dalam tabung sehingga memberikan rasio e/m yang berbeda pula. sinar terusan memiliki harga e/m yang lebih kecil dibandingkan harga e/m untuk electron. Hal ini menunjukkan bahwa massa partikel-partikel dalam sinar terusan adalah lebih besar dibandingkan massa electron. Sinar terusan dengan rasio e/m terkecil diperoleh dari gas H2. Sinar ini terdiri dari ion-ion H+ atau proton. Massa proton adalah 1,672622 x 10^-24gram.