STRUKTUR INTI ATOM

Partikel-partikel pembentuk inti atom adalah proton (1P1) dan netron ( 0n1). Kedua partikel pembentuk inti atom ini disebut juga nukleon.

Simbol nuklida : ZXA atau ZAX dengan

A = nomor massa
Z = jumlah proton dalam inti = jumlah elektron di kulit terluar
N = A - Z = jumlah netron di dalam inti atom

Proton bermuatan positif = 1,6 x 10-19 C dan netron tidak bermuatan.

Isoton : Atom-atom unsur tertentu ( Z sama) dengan nomor massa berbeda.

Isoton: kelompok nuklida dengan jumlah netron sama tetapi Z berbeda.

Isobar: kelompok nuklida dengan A sama tetapi Z berbeda.

Massa inti atom selalu lebih kecil dari jumlah massa nukleon-nukleon pembentuknya. Akibatnya ada energi ikat inti.

Contoh: 2p + 2n � 2He4 jadi Dm = m(2p + 2n) - m(2He4)

Energi ikat inti DE = Dm c2 � Dm = (Z . mp + N . mn) - minti

Dalam fisika inti satuan massa biasa ditulis 1 sma (1 amu) = 1.66 x 10-27 kg = 931 MeV/C2

satuan Dm :
kg � E = Dm . c2 (joule)
sma � E = Dm . 931 (MeV)

Stabilitas inti:

Suatu nuklida dikatakan stabil bila terletak dalam daerah kestabilan pada diagram N - Z.
Untuk nuklida ringan (A < 20) terjadi kestabilan bila Z = N (N/Z = 1), sedangkan untuk nuklida dengan Z > 83 adalah tidak stabil.

Beranda

10.08.2008 | Author: indigoMorie | Posted in Struktur Atom & Konfigurasi Elektron

Pada tahun 1909 Hans Geiger dan Ernest Marsden dengan petunjuk dari Ernest Rutherford melakukan eksperimen di Laboratorium Fisika Universitas Manchester untuk membuktikan kebenaran dari teori atom yang dikemukakan oleh Thomson.

Eksperimen ini melibatkan penambakan partikel alfa (inti atom helium atau ion helium dengan muatan positip) yang diemisikan oleh unsur Radium pada lempengan logam emas tipis dan kemudian mendeteksi partikel alfa yang telah melewati lempengan logam emas tersebut dengan menggunakan layar yang dilapisi seng sulfida (ZnS) sebagai dtetektor.

Rutherford berpendapat bahwa apabila struktur atom yang dikemukakan oleh Thomson adalah benar maka sebagian besar berkas partikel alfa akan melewati lempengan logam emas dan sebagian kecil sekali yang akan didefleksi.

Akan tetapi hasil eksperimen Rutherford sangat mengejutkan, walaupun sebagian besar berkas partikel alfa melewati lempengan logam emas, terdapat banyak berkas partikel alfa yang didefleksi dengan sudut yang besar (lebih dari 900), bahkan terdapat berkas partikel alfa yang direfleksi kembali kearah sumber tanpa pernah menyentuh layer detector (perhatikan gambar).

Setelah merunut pola-pola partikel alfa yang ditembakkan ke lempeng logam emas, maka Rutherford mengambil kesimpulan bahwa sebagian besar ruang dalam atom adalah “ruang kosong”, dan terdapat massa yang terkonsentrasi pada pusat atom yang bermuatan positif dimana ukurannya 10.000 kali lebih kecil dibanding ukuran keseluruhan bagian atom, dan elektron mengelilingi inti atom tersebut seperti planet-planet kita mengelilingi matahari.

Rutherford menyimpulkan struktur atom tersebut berlandaskan eksperimennya sebagai berikut:

·      Sebagian besar berkas partikel alfa yang dapat melewati lempengan logam emas menunjukan bahwa partikel alfa ini melewati ruang kosong yang ada di dalam atom sehingga dengan mudah partikel alfa ini melewati ruang kosong tersebut tanpa hambatan yang berarti.

·      Berkas partikel alfa yang didefleksi menunjukan bahwa partikel alfa tersebut berada pada posisi yang dekat dengan inti atom yang bermuatan positif. Muatan positif dengan muatan positif akan saling tolak menolak, hal inilah yang menyebabkan partikel alfa dibelokan dengan sudut yang besar.

·      Berkas partikel alfa yang di refleksi kembali (dipantulkan kembali) menunjukan bahwa partikel alfa tersebut bertumbukkan dengan inti atom yang bermuatan positif. Inti atom emas mempunyai massa dan muatan positif yang lebih besar disbanding dengan massa dan muatan partikel alfa, hal inilah yang membuat partikel alfa di pantulkan kembali.

Berdasarkan hal tersebut diatas maka Rutherford mengajukan model atom sebagai berikut:

Ditulis oleh Koichi Ohno pada 15-02-2009

Marilah kita meninjau sistem yang terdiri dari elektron dan inti. Sistem yang demikian itu termasuk di dalamnya adalah molekul, ion, kompleks, kristal dan seluruh material lainnya. Dalam usaha untuk membuat perlakukan atau perhitungan secara mekanika kuantum, beberapa simbol harus diperkenalkan. Untuk pembahasan atau perhitungan yang sistematik, ZA dan ZB menyatakan bilangan atom masing-masing untuk atom A dan B dan jarak antar keduanya dinyatakan dengan RAB, sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar 4.1. rij menyatakan jarak antara elektron i dan j dan RAi menyatakan jarak antar atom A dan elektron i. Operator Laplacian dan masa untuk atom A dan elektron i dinyatakan masing-masing oleh ?A, ?i, MA, dan m. Dengan menggunakan simbol atau notasi ini, operator Hamiltonian dapat dinyatakan sebagai sebuah penjumlahan dari lima suku-suku berikut.

 (4.1)

 (4.2)

(4.3)

(Energi potensial untuk interaksi antar inti atom)

(4.4)

(Energi potensial untuk interaksi antar inti atom dan elektron)

(4.5)

(Energi potensial untuk interaksi antar elektron)

(4.6)

Gambar 4.1 Sebuah sistem yang terdiri dari inti dan elektron.

Simbol A dan i dalam ? menunjukkan bahwa penjumlahan harus dilakukan masing-masing untuk seluruh atom atau seluruh elektron. Simbol A > B dan i > j dalam ? menyatakan bahwa penjumlahan harus dilakukan untuk satu pasangan inti atau elektron tanpa pengulangan.

Operator Hamiltonian yang diberikan di atas dapat diterapkan pada sistem khusus seperti pada sebuah sistem yang terdiri dari hanya sebuah inti dan juga sebuah sistem dengan hanya satu elektron. Jika hanya terdapat satu inti, Un dapat diabaikan dan penjumlahan terhadap A hanya mengan dung satu kontribusi dari inti. Untuk sistem dengan satu elektron, Ue dapat diabaikan dan penjumlahan terhadap i hanya mengandung satu kontribusi yang disebabkan oleh elektron. Lebih lanjut, untuk sistem yang tidak memiliki elektron, Ke, Une, Ue diabaikan dan untuk sistem tanpa inti atom maka Ke, Une dan Ue diabaikan. Ini akan membuat Hamiltonian ?? yang diberikan pada persamaan (4.1) dapat diterapkan pada setiap sistem yang terdiri dari sembarang jumlah inti dan elektron.

Ketika kita tidak memperdulikan perbedaan antara inti dan elektron, operator Hamiltonian ?? untuk sebuah sistem yang mengandung partikel dengan masa Mp, MJ dan muatan listrik Qp, QJ dapat dinyatakan dengan cara yang sangat lebih sederhana dengan rumus berikut.

(4.7)

Terdapat beberapa alasan mengapa dalam perlakuan di atas kita mencatat adanya perbedaan antara inti dan elektron sebagaimana didiskusikan di bawah ini.

Ketika sebuah gaya F bekerja pada sebuah benda dengan masa M, benda tersebut akan mengalami percepatan sebesar a = F/M. Hal ini sangat jelas untuk dipahami dengan menggunakan persamaan Newton untuk gerak, F = Ma. Sekarang, marilah kita mengandaikan bahwa gaya F bekerja secara independen pada dua buah benda dengan masa yang berbeda yaitu M dan m. Besarnya percepatan yang dimiliki pada kedua benda tersebut adalah F/M dan F/m, dan rasio antara keduanya adalah (F/M)/(F/m) = m/M. Jika M sangat besar dibandingkan dengan m maka rasio ini akan mendekati nol. Dengan demikian maka percepatan pada benda dengan masa besar (M) dapat diabaikan jika dibandingkan dengan benda yang bermasa kecil (m). Konsekuensinya adalah pada hukum aksi-reaksi, sebuah pasangan gaya dengan besaran yang sama dan bekerja pada dua benda dengan perbedaan rasio masa yang besar, benda yang berat akan sulit untuk bergerak sedangkan benda yang ringan akan sangat mudah untuk bergerak. Dengan demikian, gerakan dari sebuah partikel berat dapat diabaikan jika dibandingkan dengan gerak pada partikel ringan dengan kata lain, sepanjang gerakan partikel ringan yang menjadi perhatian utama, kita bisa nyatakan bahwa partikel berat berada pada posisi diam yang tetap.

M. Born dan J. B. Oppenheimer menerapkan sebuah ide yang didasarkan pada rasio masa yang besar pada sistem yang terdiri dari inti dan elektron, dan pada tahun 1927 mereka memperkenalkan sebuah pendekatan adiabatik atau pendekatan Born-Oppenheimer di mana inti atom adalah tetap ketika kita sedang meninjau gerak elektron. Dalam pendekatan ini, kita mengabaikan Kn dari ?? yang lengkap pada persamaan di atas dan Hamiltonian ??e berikut yang disebut sebagai Hamiltonian elektronik digunakan.

(4.8)

Di sini, Un dapat diabaikan untuk masalah-masalah yang berkaitan dengan gerakan elektron, karena di dalamnya tidak terdapat koordinat elektron. Dalam usaha untuk membahas kestabilan sistem atau gaya yang bekerja pada inti, Unn sebaiknya dimasukkan ke dalam ??e. Marilah kita mengandaikan bahwa persamaan eigen untuk ??e yang juga persamaan eigen untuk elektron-elektron He? = u? telah berhasil dipecahkan. Untuk lebih menjelaskan arti dari koordinat, koordinat inti dan koordinat elektron masing-masing dinyatakan oleh R dan r. Dengan notasi ini, persamaan eigen untuk elektron dinyatakan dengan

(4.9)

Kita perlu mencatat di sini bahwa R merepresentasikan parameter dari koordinat inti atom yang tetap. Jika R bergeser maka ??e akan berubah dan akan menghasilkan fungsi eigen ? dan nilai eigen u yang termodifikasi. Ketika ?(R, r) telah diperoleh, maka kemudian kita dapat mengetahui distribusi probabilitas untuk menemukan elektron di sekitar inti atom yang diam. Demikian pula, saat u(R) dapat ditentukan, kita akan mengetahui energi pada konfigurasi inti yang diam. Nilai-nilai dari fungsi u(R) bergantung pada R. Penurunan pada u akan mengakibatkan situasi yang lebih stabil secara energetik dan peningkatan u akan membawa pada sistem yang tidak stabil. Ini memberi arti bahwa u(R) adalah energi potensial untuk gerakan inti atom yang perubahannya bergantung pada posisi-posisi relatif dari inti atom. Hal ini dapat terlihat pada arti dari Hamiltonian yang lengkap ?? yang dinyatakan oleh ?? = Kn + ??e, dan juga dari arti Hamiltonian berikut yang dapat diturunkan dari H dengan mengganti ??e dengan nilai eigen u(R).

(4.10)

??n adalah Hamiltonian untuk gerakan inti dalam pendekatan adiabatik, Kn adalah energi kinetik dan u(R) menyatakan energi potensial. Dalam ruang lingkup ini maka u(R) disebut sebagai potensial adiabatik. Sebagaimana akan didiskusikan di bawah ini, dari fungsi u(R) kita dapat memperoleh informasi tentang konfigurasi inti yang stabil (seperti struktur molekul untuk molekul), panas dari reaksi (berkaitan dengan energi ikatan dari molekul diatomik) dan kekuatan dari ikatan kimia.

Marilah kita menyelesaikan persamaan eigen ?? dalam persamaan (4.1).

(4.11)

Nilai eigen E adalah untuk energi total termasuk di dalamnya untuk gerakan elektron dan inti atom. Dengan memperhatikan bahwa fungsi eigen ?(R, r) dalam persamaan (4.9) untuk gerakan elektron menggambarkan perilaku elektron dengan inti yang hampir diam, kita dapat mengasumsikan bentuk berikut untuk fungsi gelombang ? .

(4.12)

Dengan memasukkan persamaan (4.12) ke dalam persamaan (4.11) diikuti dengan penggunaan persamaan (4.9), pendekatan dari ?A?( R, r) = 0 dan berdasarkan pada pertimbangan di atas tentang perubahan yang lambat untuk ?(R, r) terhadap R, maka kita akan mendapatkan persamaan berikut.

(4.13)

Dengan mencari solusi dari persamaan ini, kita akan mendapatkan tingkat-tingkat energi baik itu untuk gerakan inti maupun gerakan elektron. Energi yang diperoleh dari persamaan (4.13) mengandung energi translasi, rotasi dan vibrasi disamping energi untuk gerakan elektron. Metoda-metoda untuk memisahkan gerak translasi, rotasi dan vibrasi telah dipelajari pada bagian 1.12 yaitu pada sistem dengan dua partikel (molekul diatomik)

Ketika potensial adiabatik diberikan untuk sebuah sistem poliatomik, berbagai sifat dapat ditentukan. Marilah kita mempelajari sifat-sifat ini untuk sistem diatomik sebagai sebuah contoh. u(R) untuk sebuah molekul diatomik secara umum adalah sebuah kurva yang ditunjukkan pada Gambar 4.2. R adalah jarak antar inti atau dua atom yang terpisah berkaitan dengan limit pemisahan R ? ?. Dalam gambar, u(R) akan menurun jika kita bergerak dari R = ? menuju jarak yang lebih pendek antara dua buah inti. Kedua inti secara bersama-sama akan mengalami gaya tarik-menarik yang berkaitan dengan menurunnya energi. Ini berarti bahwa terdapat gaya ikat. Penurunan jarak yang berlanjut akan menyebabkan nilai minimum dari u(R) pada suatu jarak Re dan untuk jarak yang lebih dekat lagi u(R) akan meningkat secara cepat. Ini memberikan indikasi bahwa untuk Re, atom-atom akan saling tolak-menolak secara kuat. Gaya F dapat didefinisikan sebagai F = dU/dR, yang secara formal menyatakan sebuah gaya yang bekerja sepanjang jarak antar atom R. Untuk Re F akan menjadi positif dan menyebabkan gaya tolak-menolak antar inti. Untuk R > Re akan menjadi negatif dan akan menyebabkan gaya tarik-menarik antar inti. Re disebut sebagai jarak keseimbangan antar inti yang juga berarti panjang ikatan atau jarak interatomik yang merupakan sebuah konstanta yang sangat penting yang menentukan struktur molekul.

Gambar 4.2 Kurva potensial energi untuk sebuah molekul diatomik.

Besarnya energi stabilisasi yang berkaitan dengan pembentukan s ebuah molekul disebut sebagai energi ikatan dan didefinisikan dalam besaran De berikut ini.

(4.14)

Energi ikatan secara kasar sama dengan energi disosiasi, meskipun beberapa koreksi untuk energi termal dan enegi titik nol (zero point energy) perlu dilakukan jika kita ingin membandingkannya secara langsung dengan panas reaksi yang diukur. Jika energi ikatan kecil, koreksi untuk energi panas menjadi sangat penting. Ketika temperatur sangat tinggi dan energi termal melampaui energi ikatan, molekul akan cenderung untuk terurai dan menjadi tidak stabil.

Pada daerah di sekitar titik keseimbangan R = Re dalam kurva potensial adiabatik u(R), gaya pembalik (restoring force) akan muncul dan besarnya akan sebanding dengan ?R = R ? Re. Menurut hukum Hooke (F = ? k?R), ikatan yang memanjang akan cenderung untuk mengkerut dan sebaliknya ikatan yang mengkerut akan cenderung untuk memanjang. Gaya yang konstan memberikan indikasi bahwa besaran dari konstanta pegas dapat diperoleh dari turunan kedua u(R) sebagai berikut.

(4.15)

Rumus ini dapat diturunkan dari ekspansi deret pangkat untuk u (R) dalam suku-suku ?R = R ? Re di sekitar R = Re. Sebuah diferensiasi akan menghasilkan gaya F yang kemudian diikuti oleh perbandingan terhadap hukum Hooke, pengabaian terhadap suku yang lebih tinggi akan memberikan rumusan untuk k.

Ketika konstanta gaya k untuk ikatan pegas bersama dengan masa tereduksi diketahui, frekuensi vibrasi dalam pendekatan harmonik diberikan oleh persamaan berikut.

(4.16)

Energi titik nol Ev0 dari osilator harmonik diberikan oleh

(4.17)

Keadaan dasar dari sebuah molekul diatomik bukan merupakan energi minimum dari potensial adiabatik. Ini jelas berkaitan dengan penjelasan dari energi titik-nol dalam bagian 1.10. Karenanya, energi total yang diperlukan untuk pemecahan (energi disosiasi) D0> lebih kecil dari energi ikatan de dengan adanya energi titik nol vibrasi Ev.

(4.18)

Sebagaimana dapat dilihat di atas, kurva energi potensial adiabatik akan memberikan beberapa kuantitas penting sebagai berikut.

(1) Panjang ikatan (keseimbangan jarak antar inti) Re

(2) Energi ikatan De

(3) Konstanta pegas dari ikatan (konstanta gaya) k

(4) Frekuensi vibrasi v

(5) Energi vibrasi titik nol Ev0

(6) Energi disosiasi D0

Contoh 4.1 P. M. Morse mengusulkan sebuah rumus eksperimental dari kurva potensial adiabatik untuk molekul diatomik yang diberikan oleh

Ini disebut sebagai potensial Morse. Dengan menggunakan potensial ini, dapatkan (1) jarak keseimbangan antar inti Re, (2) Energi ikatan De, (3) Konstanta gaya k, dan (4) Frekuensi vibrasi v. Dalam perhitungan v, asumsikan sebuah osilator harmonik dengan masa tereduksi ?.

(Jawaban) Dalam masalah ini kita dapat menuliskan u(R) = M(R), dan kita memperoleh

Untu k memenuhi kondisi keseimbangan, nilai dari persamaan ini haruslah sama dengan nol. Dengan demikian tanda kurung disebelah kanan harus sama dengan nol dan kita akan mendapatkan kondisi yaitu R = R0.

Karenanya,

R = Re (1)

 (2)

Dengan memasukkan kondisi keseimbangan R = Re = R0, kita memperoleh

(3)

Dengan mengasumsikan bentuk sebagai sebuah osilator harmonik,

Dengan memasukkan persamaan di atas (3) untuk k dalam persamaan ini kita akan memperoleh

Neutron atau netron adalah partikel subatomik yang tidak bermuatan (netral) dan memiliki massa 940 MeV/c² (1.6749 × 10-27 kg, sedikit lebih berat dari proton. Putarannya adalah ½.

Inti atom dari kebanyakan atom (semua kecuali isotop Hidrogen yang paling umum, yang terdiri dari sebuah proton) terdiri dari proton dan neutron.

Di luar inti atom, neutron tidak stabil dan memiliki half-life sekitar 10 menit, meluluh dengan memancarkan elektron dan antineutrino untuk menjadi proton. Metode peluruhan yang sama (peluruhan beta) terjadi di beberapa inti atom. Partikel-partikel dalam inti atom biasanya adalah neutron dan proton, yang berubah menjadi satu dan lainnya dengan pemancaran dan penyerapan pion. Sebuah neutron diklasifikasikan sebagai baryon dan terdiri dari dua quark bawah dan satu quark atas. Persamaan Neutron antibendanya adalah antineutron.

Perbedaan utama dari neutron dengan partikel subatomik lainnya adalah mereka tidak bermuatan. Sifat netron ini membuat penemuannya lebih terbelakang, dan sangat menembus, membuatnya sulit diamati secara langsung dan membuatnya sangat pentin sebagai agen dalam perubahan nuklir.

Elektron adalah partikel subatomik. Memiliki muatan listrik negatif sebesar -1.6 × 10-19 coulomb, dan massanya 9.10 × 10-31 kg (0.51 MeV/c2).

Elektron umumnya ditulis sebagai e-. Elektron memiliki partikel lawan yang dikenal sebagai positron yang identik dengan dirinya namun bermuatan positif.

Atom tersusun dari inti berupa proton dan neutron serta elektron-elektron yang mengelilingi inti tadi. Elektron sangat ringan jika dibandingkan dengan proton dan neutron. Sebutir proton sekitar 1800 kali lebih berat daripada elektron.

Elektron adalah salah satu dari sekelas partikel subatom yang dikenal dengan lepton yang dipercaya merupakan partikel dasar (yakni, mereka tak dapat dipecah lagi ke dalam bagian yang lebih kecil). Elektron memiliki spin 1/2, artinya elektron merupakan sebuah fermion, dengan kata lain, mematuhi statistik Fermi-Dirac.

Elektron pertama kali ditemukan oleh J.J. Thomson di Laboratorium Cavendish, Universitas Cambridge, pada tahun 1897, pada saat beliau sedang mempelajari "sinar katoda".

Penjelasan mengenai elektron dibahas di mekanika kuantum dengan Persamaan Dirac.

Dalam Model Standarnya, elektron membentuk suatu doublet dalam SU(2) dengan neutrino elektron, karena ia berinteraksi lewat interaksi lemah. Elektron memiliki dua rekan massive lagi, yang muatannya sama namun berbeda massanya: muon dan tau.

Jika elektron bergerak, lepas bebas dari pengaruh inti atom, serta terdapat suatu aliran (net flow), aliran ini dikenal sebagai arus listrik. Ini dapat dibayangkan sebagai serombongan domba yang bergerak bersama-sama ke utara namun tanpa diikuti oleh penggembalanya. Muatan listrik dapat diukur secara langsung menggunakan elektrometer. Arus listrik dapat diukur secara langsung menggunakan galvanometer.

Apa yang dikenal dengan "listrik statis" bukanlah aliran elektron sama sekali. Ini lebih tepat disebut sebagai sebuah "muatan statik", mengacu pada sebuah benda yang memiliki lebih banyak atau lebih sedikit elektron daripada yang dibutuhkan untuk mengimbangi muatan positif sang inti. Jika terdapat kelebihan elektron, maka benda tadi dikatakan sebagai "bermuatan negatif". Jika terdapat kekurangan elektron dibanding proton, benda tersebut dikatakan "bermuatan positif". Jika jumlah elektron dan proton adalah sama, benda tersebut dikatakan "netral".

proton adalah partikel subatomik dengan muatan positif sebesar 1.6 × 10-19 coulomb dan massa 938 MeV (1.6726231 × 10-27 kg, atau sekitar 1800 kali massa sebuah elektron).

Suatu atom biasanya terdiri dari sejumlah proton dan netron yang berada di bagian inti (tengah) atom, dan sejumlah elektron yang mengelilingi inti tersebut. Dalam atom bermuatan netral, banyaknya proton akan sama dengan jumlah elektronnya. Banyaknya proton di bagian inti biasanya akan menentukan sifat kimia suatu atom. Inti atom sering dikenal juga dengan istilah nuklei, nukleus, atau nukleon (bhs Inggris: nucleon), dan reaksi yang terjadi atau berkaitan dengan inti atom ini disebut reaksi nuklir.

Gambar struktur quark proton

Reaksi proton-proton.

Reaksi rantai proton-proton atau reaksi rantai pp adalah salah satu dari dua reaksi fusi yang mengubah hidrogen menjadi helium di dalam inti bintang, reaksi lainnya adalah siklus CNO. Reaksi rantai proton-proton terutama terjadi di dalam bintang-bintang seukuran Matahari atau lebih kecil.

Umumnya fusi proton-proton hanya dapat terjadi pada temperatur yang sangat tinggi untuk membuat proton-proton memiliki cukup energi kinetik dalam mengatasi tolakan Coulomb. Temperatur yang tinggi ini adalah sebab reaksi seperti ini disebut sebagai reaksi termonuklir. Teori bahwa reaksi proton-proton adalah dasar bagi Matahari dan bintang-bintang lain bersinar diajukan oleh Arthur Eddington pada 1920-an, tetapi masalah timbul karena temperatur Matahari didapati masih terlalu kecil untuk mengatasi penghalang gaya Coulomb. Setelah berkembangnya mekanika kuantum, ditemukan bahwa efek terowongan dalam fungsi gelombang proton-proton tersebut memungkinkan reaksi fusi terjadi pada temperatur yang lebih rendah. Setiap rangkaian reaksi pp memakan waktu rata-rata 109 tahun pada kondisi suhu inti Matahari. Karena lambatnya reaksi ini maka Matahari masih bersinar; jika lebih cepat, Matahari sudah sejak lama menghabiskan hidrogennya.

Reaksi proton-proton merupakan reaksi berantai yang melibatkan tumbukan enam proton dengan hasil akhir satu inti helium, dua proton, dua positron, dua neutrino, dan energi. Dinamai reaksi proton-proton karena reaksi pertama dalam rangkaian reaksi rantai tersebut melibatkan dua proton.

Langkah pertama rantai pp melibatkan dua inti hidrogen 1H (proton) untuk kemudian membentuk satu inti deuterium 2H. Pembentukan inti deuterium memaksa sebuah proton berubah menjadi netron dalam proses peluruhan beta dengan melepaskan sebuah positron dan sebuah neutrino:

Pelepasan neutrino pada langkah ini membawa energi lebih dari 0,53 MeV. Langkah ini sebenarnya adalah reaksi yang tidak biasa dibandingkan dengan kebanyakan proses-proses fusi lainnya. Untuk menghasilkan 2H, proton-proton harus mengalami peluruhan β+ pada saat titik terdekat mereka. Proses ini diatur oleh interaksi lemah dan sangat jarang terjadi. Oleh karenanya reaksi pertama memiliki penampang nuklir (cross-section) yang sangat kecil dan sebuah proton harus menunggu rata-rata selama 10 9 tahun untuk berfusi dengan sesamanya dalam membentuk deuterium.

Positron yang terbentuk kemudian segera musnah oleh sebab interaksi dengan sebuah elektron. Energi massa mereka dibawa oleh dua foton sinar gamma:

Deuterium yang terbentuk kemudian bereaksi dengan proton yang lain untuk membentuk isotop ringan helium, 3He:

Rantai reaksi (1), (2) dan (3) dapat terjadi pada temperatur di bawah 10 juta Kelvin. Setelah proses ini, terdapat tiga cabang reaksi yang mungkin dalam pembentukan inti 4He yaitu cabang pp1, pp2, dan pp3 yang kesemuanya dimulai dengan 3He dan sangat bergantung pada temperatur.

Alternatif pertama membutuhkan dua inti 3He. Artinya rangkaian reaksi (1), (2), (3) setidaknya harus terjadi dua kali terlebih dulu:

Cabang pp1 dominan pada temperatur antara 10 juta hingga 14 juta Kelvin. Energi netto yang dilepaskan dalam cabang pp1 adalah sebesar 2  (0,16 + 1,02 + 5,49) + 12,86 = 26,20 MeV (jika energi yang dibawa neutrino sebesar 0,53 MeV diperhitungkan, maka energi netto yang dihasilkan adalah sekitar 26,73 MeV).

Cabang pp2 mensyaratkan 4He harus sudah ada terlebih dahulu. Keberadaan 4He dapat berasal dari reaksi pp1 atau pun dari nukleosintesis Big Bang. Rantai pp2 berlangsung sebagai berikut:

Cabang pp2 dominan pada temperatur antara 14 juta hingga 23 juta Kelvin. 90% neutrino yang dihasilkan pada reaksi (5b) membawa energi sebesar 0,861 MeV, sementara sisanya yang 10% membawa energi sebesar 0,383 Mev (bergantung pada apakah litium-7 berada dalam keadaan tereksitasi atau dasar).

Cabang antara pp2 dan pp3 terjadi karena 7Be dapat bereaksi baik dengan e− maupun 1H. Degan demikian pada pp3, setelah reaksi (4b) berlangsung reaksi sebagai berikut:

Reaksi pp3 dominan pada suhu di atas 23 juta Kelvin.

·      Kippenhahn, Rudolf; Alfred Weigert (1990). Stellar Structure and Evolution. Berlin: Springer-Verlag. ISBN 3-540-50211-4.

·      Sutantyo, Winardi (1984). Astrofisika mengenal bintang. Bandung: Penerbit ITB.