Sampai pada awal abad ke-20, dunia ilmu fisika dihadapi dengan sebuah misteri yaitu peristiwa terlemparnya elektron dari suatu logam ketika disinari cahaya tertentu yang diketahui sebagai efek fotolistrik. Hal ini mengubah persepsi para ilmuwan mengenai cahaya yang bersifat gelombang.

Max Planck (foton)

Max Planck mengusulkan pandangan cahaya sebagai suatu aliran partikel-partikel yang dinamakan foton. Setiap partikel tersebut membawa sejumlah energi (kuantum).

Niels Bohr (atom hidrogen)

Niels Bohr menjelaskan proses terjadinya pelepasan cahaya saat elektron berpindah dari satu orbit (tingkat energi) ke yang lain. Menurutnya, elektron yang bergerak di suatu orbit memiliki energi tertentu yaitu:

Ketika elektron berpindah dari satu orbit ke yang lain, elektron diberi/melepaskan energi cahaya sebesar selisih kedua nilai energi elektron di orbit awal dan akhir.

Sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model

Ada beberapa jajaran panjang gelombang cahaya yang akan dihasilkan dari perpindahan elektron dari orbit yang lebih luar ke orbit yang lebih dalam.

Sumber: https://chem.libretexts.org/

Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik adalah saat elektron keluar dari permukaan logam ketika disinari oleh cahaya tertentu.

Sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/Photoelectric_effect

Einstein mengatakan bahwa setiap logam memiliki nilai energi tertentu yang dibutuhkan untuk mengeluarkan elektron dari logam tersebut (fungsi kerja logam, W).

E_foton < W, tidak ada elektron keluar

E_foton = W, elektron keluar

E_foton > W, electron keluar dengan energi kinetik

Sumber: https://courses.lumenlearning.com/cheminter/chapter/photoelectric-effect/

Efek Compton

Sebuah foton dengan panjang gelombang λ_i menumbuk elektron dan mengalami penyimpangan dari arah awal dengan sudut θ serta perubahan panjang gelombang menjadi λf.

Sumber: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/compton.html

Gelombang de Broglie

Louis de Broglie mengusulkan bahwa suatu benda yang bergerak juga dapat memiliki karakter gelombang yaitu panjang gelombang akibat gerak benda tersebut.

Panjang gelombang tersebut dapat dihitung dengan membagi konstanta Planck dengan momentum partikel.

Sebuah atom dapat dikatakan stabil apabila jumlah proton dan neutron di dalam inti sama. Namun ada banyak elemen yang memiliki jumlah neutron yang lebih banyak dari jumlah proton-nya. Elemen ini disebut sebagai isotop.

Isotop menjadi tidak stabil dan menghasilkan sinar radioaktif: alpha (α), beta (β), gamma (γ).

Sumber: http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/ocr_gateway_pre_2011/living_future/4_nuclear_radiation1.shtml

Sinar X-ray juga termasuk gamma ray

Sinar radioaktif dilalui pada sebuah daerah bermedan magnet menguji jenis sinar yang dihasilkan oleh suatu sumber radioaktif.

Sumber: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Nuclear/radact.html

Waktu paruh (half-life)

Elemen radioaktif akan mengalami peluruhan (decay) sampai menjadi elemen yang lebih stabil. Waktu paruh, T_½ , adalah waktu yang diperlukan sebuah unsur radioaktif sehingga jumlahnya menjadi setengah kali jumlah mula-mula.

Sumber: http://www.pnausa.org/harmony-todd/nuclear-101-radioactive-half-life

Jumlah unsur radioaktif dapat diunsurkan sebagai: