Struktur Inti Atom

Setelah ini kamu bisa membaca notasi nuklida, menghitung jumlah proton dan neutron, serta menjelaskan isotop lewat kurva kestabilan inti.

Karbon-12, karbon-13, karbon-14 — ketiganya karbon, semua bersifat sama persis secara kimia. Tapi karbon-14 bisa meluruh menjadi nitrogen setelah ribuan tahun, sedangkan karbon-12 stabil selamanya. Apa yang membedakan mereka? Rahasianya ada di inti atom: jumlah proton menentukan unsur, jumlah neutron menentukan versinya (isotop). Ada ribuan kombinasi proton-neutron yang mungkin, tetapi hanya sebagian kecil yang stabil — sisanya akan meluruh. Geser slider di bawah dan saksikan kurva kestabilan inti yang menjadi “peta kehidupan” setiap atom.

Geser slider nomor atom Z dan amati jumlah neutron N pada garis kestabilan yang menyimpang dari garis N sama Z.

Dari model atom Bohr ke inti yang padat

Model atom Bohr menggambarkan elektron mengorbit inti seperti planet mengelilingi matahari. Tapi Bohr memperlakukan inti sebagai titik tunggal yang bermuatan positif. Kenyataannya, inti sendiri tersusun dari partikel-partikel yang jauh lebih berat dari elektron — inilah yang membuat hampir seluruh massa atom terkonsentrasi di inti yang volume-nya hanya sepertriliunan dari atom itu sendiri.

Inti atom (nukleus) tersusun dari dua jenis nukleon: proton (bemassa sekitar 1 satuan massa atom, bermuatan $+e$ ) dan neutron (massa hampir sama dengan proton, tetapi netral tak bermuatan). Hampir seluruh massa atom berada di inti.

Bayangkan atom berukuran seperti stadion sepak bola. Inti atom, yang menyimpan hampir seluruh massa, hanya seukuran kelereng di tengah lapangan. Elektron berputar di tribun penonton — jauh sekali dari kelereng itu. Itulah sebabnya benda yang “berisi” sebagian besar adalah ruang kosong.

Notasi nuklida: ${}^{A}_{Z}\text{X}$ dan cara membacanya

Setiap inti diidentifikasi oleh tiga bilangan: nomor atom, nomor massa, dan simbol unsur. Notasi yang ringkas dan baku menuliskannya seperti pecahan di sebelah kiri simbol unsur.

${}^{A}_{Z}\text{X}, \qquad A = Z + N$

Arti tiap simbol: $\text{X}$ = simbol unsur (mis. C untuk karbon); $Z$ = nomor atom = jumlah proton (menentukan jenis unsur); $N$ = jumlah neutron; $A$ = nomor massa = jumlah total nukleon (proton + neutron). Satuan massa tiap nukleon sekitar $1$ satuan massa atom (smu) $\approx 1{,}66 \times 10^{-27}$ kg.

Karena jumlah proton menentukan unsur, $Z$ bisa langsung dibaca dari posisi unsur di tabel periodik: hidrogen $Z = 1$ , helium $Z = 2$ , karbon $Z = 6$ , uranium $Z = 92$ . Jumlah neutron $N$ tidak mengubah jenis unsur, melainkan versinya.

Mainkan kanvas berikut: seret slider proton dan neutron untuk merakit inti, dan baca notasi nuklida yang terbentuk.

Isotop: unsur sama, jumlah neutron berbeda

Isotop adalah atom-atom unsur yang sama (Z sama) tetapi dengan jumlah neutron berbeda (N berbeda, sehingga A berbeda). Karena kimia hanya melibatkan elektron (yang jumlahnya sama dengan Z), isotop-isotop satu unsur bersifat kimia nyaris identik. Tetapi sifat inti mereka bisa sangat berbeda: ada yang stabil, ada yang meluruh radioaktif.

Isotop adalah atom dengan nomor atom $Z$ yang sama tetapi nomor massa $A$ berbeda. Mis. karbon punya tiga isotop alami: ${}^{12}_{6}\text{C}$ (stabil, 98,9%), ${}^{13}_{6}\text{C}$ (stabil, 1,1%), dan ${}^{14}_{6}\text{C}$ (radioaktif, meluruh, jejak).

Contoh paling sederhana adalah isotop hidrogen. Ketiganya punya $Z = 1$ (satu proton), tapi jumlah neutronnya berbeda. Protium bahkan tak punya neutron sama sekali — satu-satunya inti stabil tanpa neutron.

Isotop	Notasi	Proton	Neutron	Nomor massa	Stabilitas
Protium	${}^{1}_{1}\text{H}$	1	0	1	Stabil
Deuterium	${}^{2}_{1}\text{H}$	1	1	2	Stabil
Tritium	${}^{3}_{1}\text{H}$	1	2	3	Radioaktif

Grafik berikut menampilkan tiga isotop hidrogen sebagai batang berdasarkan nomor massanya — visualisasi ringkas bagaimana satu unsur bisa berbobot berbeda.

Kurva kestabilan dan peta nuklida

Tidak setiap kombinasi proton-neutron menghasilkan inti yang stabil. Bila neutron terlalu sedikit, gaya tolak Coulomb antar proton menang; bila neutron terlalu banyak, inti “terlalu gemuk” dan meluruh. Hanya sekitar 250 dari ribuan kombinasi yang stabil — sisanya radioaktif.

Pada unsur ringan (Z kecil), inti stabil bila $N \approx Z$ . Tetapi makin berat unsur, makin banyak neutron yang dibutuhkan untuk meredam gaya tolak proton — sehingga garis kestabilan melengkung ke arah $N > Z$ , mendekati $N \approx 1{,}5\,Z$ untuk unsur-unsur berat seperti timbal ( ${}^{208}_{82}\text{Pb}$ ).

Grafik di bawah memetakan nomor massa $A$ terhadap nomor atom $Z$ . Garis bantu $A = 2Z$ (garis $N = Z$ ) dan kurva kestabilan menandai wilayah inti stabil — kombinasi di luar wilayah ini meluruh radioaktif.

Walaupun fisika inti tidak masuk cakupan resmi TKA Fisika (kelistrikan TKA terbatas statis + arus searah), struktur inti dan isotop adalah materi wajib ujian sekolah kelas 12 dan sering muncul di olimpiade. Tip soal lazim: (1) baca notasi ${}^{A}_{Z}\text{X}$ dan hitung jumlah proton, neutron, elektron pada atom netral; (2) identifikasi isotop unsur yang sama; (3) menentukan unsur dari $Z$ dan isotop dari $A$ . Jebakan klasik: mengira isotop satu unsur bersifat kimia berbeda (sebenarnya nyaris sama, beda hanya sifat inti).

Coba dulu di kertas, baru buka.

Soal. (a) Berapa jumlah proton, neutron, dan elektron pada atom netral ${}^{19}_{9}\text{F}$ ? (b) Uranium-238 ditulis ${}^{238}_{92}\text{U}$ . Berapa jumlah neutronnya? Sebutkan isotop lain yang lebih ringan satu neutron.

Notasi ${}^{19}_{9}\text{F}$ : nomor atom $Z = 9$ (jadi 9 proton), nomor massa $A = 19$ . Jumlah neutron $N = A - Z = 19 - 9 = 10$ .

Atom netral: jumlah elektron = jumlah proton = 9. Jadi ${}^{19}_{9}\text{F}$ mempunyai 9 proton, 10 neutron, 9 elektron. (Fluor-19 adalah satu-satunya isotop fluor yang stabil.)

${}^{238}_{92}\text{U}$ : $Z = 92$ , $A = 238$ , sehingga $N = 238 - 92 = 146$ neutron. Uranium-238 punya 146 neutron.

Kurangi $N$ sebesar satu (jadi 145), $Z$ tetap 92 (uranium), $A$ turun satu menjadi 237. Isotop itu adalah ${}^{237}_{92}\text{U}$ (uranium-237), yang juga radioaktif.

Jebakan: tertukar antara nomor atom $Z$ dan nomor massa $A$ saat membaca notasi ${}^{A}_{Z}\text{X}$ . Yang benar: nomor massa $A$ (total nukleon) di atas, nomor atom $Z$ (jumlah proton) di bawah. Untuk menghitung neutron selalu pakai $N = A - Z$ , bukan $A - \text{apa pun}$ .

Jebakan: mengira isotop satu unsur bersifat kimia berbeda karena nomor massanya beda. Yang benar: kimia ditentukan elektron (jumlahnya = $Z$ pada atom netral), jadi isotop satu unsur bersifat kimia nyaris identik. Yang berbeda adalah sifat inti (stabilitas, peluruhan, massa).

Jebakan: menganggap neutron bermuatan negatif karena namanya “netron” lawan “proton”. Yang benar: neutron netral (tak bermuatan), bukan negatif. Yang membedakannya dari proton hanyalah ketiadaan muatan listrik; massanya nyaris sama dengan proton.

Inti atom tersusun dari proton (bemassa ~1 smu, muatan $+e$ ) dan neutron (massa ~sama, netral); disebut nukleon.
Notasi nuklida ${}^{A}_{Z}\text{X}$ : $Z$ = nomor atom (proton, menentukan unsur), $A$ = nomor massa (proton + neutron), $N = A - Z$ .
Atom netral punya elektron sebanyak proton ( $= Z$ ).
Isotop: unsur sama ( $Z$ sama), neutron berbeda ( $A$ berbeda); sifat kimia nyaris identik.
Kurva kestabilan: unsur ringan stabil bila $N \approx Z$ , unsur berat butuh $N > Z$ untuk meredam tolakan proton.

Dari model atom Bohr ke inti yang padat

Notasi nuklida: ZAX{}^{A}_{Z}\text{X}ZA​X dan cara membacanya

Isotop: unsur sama, jumlah neutron berbeda

Kurva kestabilan dan peta nuklida

Notasi nuklida: ${}^{A}_{Z}\text{X}$ dan cara membacanya