Partikel penyusun materi

Sederhana · Fase A–C · SD kelas 1–6 (IPAS)

Semua benda di sekitarmu tersusun atas butiran yang sangat-sangat kecil, jauh lebih kecil dari debu. Butiran itu disebut partikel. Kita tidak dapat melihatnya dengan mata, tetapi ada tanda-tandanya:

• Sesendok gula diaduk dalam teh lalu "menghilang", padahal tehnya menjadi manis. Butiran gula terpecah menjadi partikel-partikel kecil yang menyebar di antara partikel air.
• Bau parfum atau masakan ibu tercium sampai ke kamar. Partikel wangi bergerak dan menyebar di udara.

Partikel terkecil dari suatu unsur disebut atom. Atom-atom bisa bergandengan membentuk molekul. Satu molekul air terdiri atas dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Karena tersusun dari dua jenis atom, air disebut senyawa. Oksigen yang kita hirup tersusun dari satu jenis atom saja, jadi oksigen adalah unsur.

Lihat bagaimana partikel bergerak di lab Partikel & wujud zat.

Standar · Fase D · SMP kelas 7–9 (IPA)

Setiap atom tersusun atas tiga partikel subatom:

• Proton bermuatan +1 dan neutron tidak bermuatan. Keduanya berada di inti atom dan massanya hampir sama.
• Elektron bermuatan −1 dan massanya sekitar 1/1836 massa proton. Elektron bergerak di sekitar inti.

Atom netral memiliki jumlah proton sama dengan jumlah elektron. Bila atom melepas atau menerima elektron, ia menjadi ion yang bermuatan: atom natrium (Na) menjadi ion Na⁺, atom klorin (Cl) menjadi ion Cl⁻.

Istilah-istilah ini sering tertukar, jadi bedakan baik-baik:

• Partikel: sebutan umum untuk butiran penyusun materi, dari elektron sampai molekul.
• Atom: partikel terkecil unsur yang netral, terdiri atas inti dan elektron.
• Ion: atom atau gugus atom yang bermuatan listrik karena kelebihan atau kekurangan elektron.
• Molekul: dua atom atau lebih yang terikat kovalen, misalnya O₂ dan H₂O.
• Unsur: zat yang semua atomnya memiliki nomor atom sama, misalnya besi atau oksigen.
• Senyawa: zat yang tersusun dari dua unsur atau lebih dengan perbandingan tetap, misalnya air dan garam dapur.

Jadi O₂ adalah molekul unsur, H₂O adalah molekul senyawa, sedangkan garam dapur (NaCl) adalah senyawa yang tersusun dari ion, bukan molekul.

Lanjutan · Fase E–F · SMA kelas 10–12 (Kimia)

Proton dan neutron (disebut nukleon) ternyata bukan partikel paling dasar. Masing-masing tersusun atas tiga kuark: proton = dua kuark up dan satu down (uud), neutron = satu up dan dua down (udd). Kuark up bermuatan +⅔ dan down −⅓, sehingga muatan proton +⅔ + ⅔ − ⅓ = +1 dan neutron 0. Kuark diikat oleh gaya kuat dan tidak pernah ditemukan sendirian.

Elektron termasuk lepton, kelompok partikel-elementer yang tidak merasakan gaya kuat. Massa relatif partikel (dalam satuan massa atom, u): proton 1,00728; neutron 1,00866; elektron 0,000549.

Susunan materi bertingkat:

1. Kuark dan elektron (partikel elementer).
2. Proton dan neutron (nukleon) di inti.
3. Atom: inti + awan elektron.
4. Molekul atau ion: atom-atom yang berikatan atau atom yang bermuatan.
5. Zat: unsur atau senyawa, serta campuran dari zat-zat itu.

Pada diagram partikel, unsur digambar dengan satu jenis bulatan (atom tunggal seperti He, atau molekul seperti O₂), senyawa dengan gabungan bulatan berbeda yang selalu sama perbandingannya, sedangkan campuran berisi beberapa jenis partikel yang tidak terikat satu sama lain. Mengapa kimia hanya membahas elektron? Karena reaksi kimia hanya menggeser elektron terluar; inti tetap utuh. Perubahan inti dipelajari di kimia inti.

Mendalam · Perguruan tinggi · Kimia dasar dan lanjut

Model Standar fisika partikel mengenal 12 fermion (6 kuark: up, down, charm, strange, top, bottom; 6 lepton: elektron, muon, tau, dan tiga neutrino), boson pembawa gaya (foton untuk elektromagnetik, gluon untuk gaya kuat, W dan Z untuk gaya lemah), serta boson Higgs. Materi sehari-hari praktis hanya tersusun atas kuark up dan down serta elektron.

Perbedaan skala energi menjelaskan pembagian ilmu:

• Energi ikatan kimia berorde beberapa elektronvolt (eV) per ikatan, cukup untuk menggeser elektron valensi.
• Energi ikat inti sekitar 8 MeV per nukleon, sekitar sejuta kali lebih besar, sehingga reaksi kimia tidak mengubah inti.
• Massa proton (938 MeV/c²) sebagian besar berasal dari energi gluon dan gerak kuark, bukan dari massa diam tiga kuarknya.

Gaya lemah bertanggung jawab atas peluruhan-beta: kuark down berubah menjadi up sambil memancarkan elektron dan antineutrino. Antipartikel juga dipakai dalam kimia dan kedokteran: positron dari peluruhan β⁺ (Fluorin-18 pada tomografi emisi positron) beranihilasi dengan elektron menjadi dua foton gamma.

Pada tingkat atom, perilaku elektron hanya dapat dijelaskan oleh mekanika kuantum (dualitas gelombang–partikel, persamaan-schrodinger); lanjutkan ke kimia kuantum. Pada tingkat zat, pembedaan unsur–senyawa–campuran adalah dasar setiap analisis kimia: zat murni memiliki titik leleh tajam dan komposisi tetap, campuran tidak.