Penemuan Einstein


Lebih dari 2000 tahun yang lalu, filsuf Yunani memperdebatkan eksistensi atom. Apakah zat selalu terbagi atau merupakan struktur terkecil yang menghasilkan materi bersifat khas? Apakah yang membuat besi bersifat keras dan berat pada suhu kamar sementara oksigen adalah ringan dan lembut? Meskipun John Dalton telah mempublikasikan teori atom pada awal abad sembilanbelas dan Dmitri Mendeleyev telah membuat basis tabel periodik mengenai unsur pada tahun 1869, keraguan mengenai eksistensi atom masih bertahan lama. Ketidaktentuan tersebut tidak dapat diselesaikan sampai awal abad duapuluh ketika juru tulis muda pada hak paten Swiss bernama Albert Einstein menentukan masalah gerakan Brownian.

Robert Brown adalah botanis Skotlandia. Pada tahun 1827, ia mensuspensi biji serbuk sari di dalam air dan mengamatinya melalui mikroskop, menemukan bahwa “biji-biji sangat nampak gerakannya”. Gerakan yang ia observasi adalah goyangan acak biji. Ia cukup merasa puas bahwa pergerakan biji bukan disebabkan arus atau pusaran air, tetapi ia tidak dapat menentukan apa penyebab gerakan.

Tidak ada seorang pun yang dapat menjelaskan hal tersebut, sehingga masalah ini bertahan sampai tahun 1905 ketika Einstein mempublikasikan makalah yang menjelaskan misteri goyangan biji serbuk sari. Kalimat pertamanya langsung mengarah pada pusat masalah: “Dalam makalah ini”, tulis Einstein, “akan diperlihatkan bahwa, berdasarkan pada teori kinetika molekuler mengenai panas, bodi berukuran mikroskopik yang tersuspensi dalam cairan, sebagai hasil dari gerakan termal molekuler, akan menampilkan gerakan seperti benda berukuran besar sehingga dapat dengan mudah diobservasi mikroskop”. Dengan kata lain, pergerakan acak molekul air akan melawan benturan biji serbuk sari yang menyebabkan gerakan Brownian. Oleh karena itu, molekul—dan atom, berdasarkan inferensi—menjadi eksis. Selain itu, makalah ini telah membuat karirnya cemerlang. Tetapi bagi Einstein, ini hanya permulaan. Pada tahun yang sama, ia mempublikasikan dua makalah lainnya yang sangat penting. Salah satunya meruntuhkan teori gelombang cahaya yang telah bertahan selama berabad-abad. Makalah lainnya mengusulkan teori relativitas khusus, yang melahirkan persamaan paling terkenal di dunia, E = mc2.

Setelah publikasi makalah Einstein mengenai gerakan Brownian, ilmuan mengetahui eksistensi atom dan molekul. Tetapi, terlihat seperti apakah mereka? Apakah mereka berupa bola seragam yang keras seperti kelereng? Atau, apakah atom memiliki struktur internal sendiri?

Salah satu ilmuan pertama meneliti bangunan atom adalah fisikawan Selandia Baru bernama Ernest Rutherford. Rutherford memulai pekerjaannya di Kanada dan Manchester-Inggris, sebelum menjadi direktur di Laboratorium Cavendish di Cambridge-Inggris. Pada awal risetnya mengenai unsur radioaktif, ia menyimpulkan bahwa emisi unsur radioaktif muncul dalam dua bentuk. Rutherford menamakannya partikel alfa dan beta, dari dua huruf pertama alfabet Yunani. Ketika memulai mengeksplorasi sifat atom, Rutherford memutuskan untuk melihat apa yang terjadi kepada partikel alfa ketika ditembakkan pada lapisan tipis foil emas.

Berdasarkan eksperimen sebelumnya, Rutherford mengetahui bahwa partikel alfa lebih besar daripada elektron (yang teridentifikasi tidak lama sebelumnya sebagai partikel bermuatan negatif oleh fisikawan pemenang Hadiah Nobel J. J. Thomson, pembimbing Rutherford di sekolah pascasarjana dan seniornya di Cavendish). Ia juga mengetahui bahwa partikel alfa membawa muatan positif. Ia mulai mempelajari partikel alfa dengan menggunakan peralatan sederhana: suatu sumber partikel alfa, satu helai foil emas, dan layar pendeteksi yang memijar dengan singkat ketika partikel alfa menumbuknya. Setelah beberapa kali eksperimen yang membosankan, Rutherford menemukan bahwa sebagian partikel alfa dilewatkan melalui foil emas, dan sebagian dipantulkan. Sebagian kecil dipantulkan berbalik ke arah sumber radiasi. Ini hasil yang mengejutkan. Hal ini seperti menembakkan peluru pada kertas tipis dan sebagiannya berbalik kepada Anda. Dengan jelas, atom emas mengandung sesuatu yang lebih padat daripada elektron, sesuatu yang dapat membuat partikel alfa berbalik arah ketika bertumbukan.

Rutherford menggambarkan bahwa hanya atom emas yang dapat membuat partikel alfa bermuatan positif berbalik arah jika atom emas mengandung massa rapat yang membawa muatan positif. Di dalam tumbukan, massa bermuatan akan menolak kuat partikel alfa. Dan karena muatan positif atom terkonsentrasi dalam ruang kecil, hanya sedikit partikel pemborbardir yang akan ditolak, sementara sisanya dilewatkan. Akhirnya, Rutherford mengumumkan struktur atom baru. Atom, ia berkata, tersusun dari nukleus bermuatan positif dengan elektron bermuatan negatif mengelilinginya. Gambaran betapa kecil nukleus, jika atom berukuran stadion sepak bola, nukleus hanya berukuran kelereng. Sebagian besar atom berisi ruang kosong.

Rutherford mempublikasikan struktur atomnya pada tahun 1911. Struktur baru menyerupai sistem tata surya. Susunan ini sudah familier bagi ilmuan dan dengan cepat diadopsi oleh mereka. Namun demikian, terdapat suatu masalah. Elektron bermuatan negatif yang mengelilingi nukleus bermuatan positif akan mengemisikan radiasi elektromagnetik, melepaskan energi, dan akan jatuh ke dalam nukleus. Berdasarkan hukum fisika yang dikenal saat itu, model atom Rutherford yang terbuat dari partikel bermuatan negatif tidak mungkin berada dalam orbit stabil di sekitar pusat positif. Ia tidak mungkin eksis.

Manning, Phillip., (2009). Chemical Bonding. New York: Chelsea House Publisher.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: