Energi Ikatan

Artikel Energi Ikat

Nama :Moh. Faizal Arifin

NIM   :14640012

Atom  Kecil  nan Mengagumkan

Sebelum kita masuk kedalam dunia energy ikat inti terlebih dahulu kita pelajari aspek materi. Segala sesuatu yang ada di alam semesta ini tersusun dari materi dan materi tersusun dari partikel-partikel yang sangat keci yang dinamakan atom yang menurut bahasa berasal dari bahasa Yunani yang berarti tidak terbagi. Definisi tersebut dikemukakan oleh Democritus.

Air, api, udara yang anda hirup, makanan yang anda makan, bahkan lembaran-lembaran buku yang anda baca terdiri dari kumpulan atom yang sangat kecil dan tak terkecuali rasa manis, asam semuanya ada dan tersusun oleh atom. Atom adalah partikel yang sangat kecil, sehingga tidak mungkin dilihat meskipun menggunakan mikroskop tercanggih sekalipun.

Berdasarkan penemuan-penemuan dan eksperimen-eksperimen yang dilakukan pada abad ke-16 sampai abad ke-20 dapatlah diketahuai bahwa atom bukanlah materi tunggal seperti yang dikatakan Democritus. Secara garis besar atom terdiri dari nukleon (inti atom) dan elektron. Tidaklah benar jika kita mengatakan nucleon atau inti atom hanya terdiri dari proton dan neutron saja. Melainkan terdapat partikel lain yang menyusun partikel atom seperti deutrino. Jari-jari atom adalah 10^-8 cm dan jari-jari inti 10^-12 cm. Tetapi ada satu hal yang mengejutkan, walaupun ukuran inti sangat kecil tetapi massa inti mencakup 99,95% massa total suatu atom.

Mustahil bagi manusia untuk memahami dan membanyangkan ukuran sekecil ini. Oleh karena itu, mari kita memahaminya dengan contoh. Katakanlah kita ingin menghitung seluruh atom dalam sebutir garam dan anggaplah bahwa kita dapat menghitungsatu miliar atom per detik. Meskipun kita sangat cekatan, akan dibutuhkan lebih dari lima ratus tahun untuk menghitung jumlah atom dalam sebutir garam[1].

Sebagian besar atom terdiri dari ruang hampa.Sebagai contoh, jika kita menganggap inti atom sebagai kepala jarum pentul dan jarum tersebut diletakan ditengah kota Prancis. Maka elektron akan melintasi inti melewati Belanda, Jerman dan Spanyol[2].

Pada perkembangan selanjutnya, para ilmuwan menemukan bahwa nukleon yang boleh kita anggap terdiri dari proton dan neutron sesungguhnya tersusun dari pertikel yang lebih kecil lagi yang dinamakan quark. Ukuran quark adalah 10^-18 m. Sehingga untuk ukuran yang sekecil ini tidak bisa kita anggap sebagai materi tapi cukup dinyatakan dalam bentuk energi. Hal lain yang tak kalah menakjubkan adalah ternyata elektron ketika mengelilingi inti berputar dengan kecepatan 1.000 Km/s. Sungguh fenomena-fenomena yang membuat kepala kita semakin pecah saja. Tapi inilah yang dinamakan sains, sesuatu yang menakjubkan dan unik.

Hukum Kekekalan

Hukum kekekalan adalah aturan dasar yang berlaku pada sifat khas materi yang selalu kekal (meskipun tidak selalu mutlak), bilamana gaya dasar bekerja pada partikel dasar. Ada tiga macam hokum kekekalan, yaitu :

a.      Kekekalan Massa dan Energi

Untuk perubahan:

Sistem 1                    Gaya Dasar ->                     Sistem 2

Menurut Hukum Kekekalan Massa dan Energi

m₁c² + E₁  =  m₂c² + E₂

b.      Kekekalan Muatan Listrik

Massa total dari system tidak berubah jika terjadi antaraksi antar partikel. Misalkan : Ag⁺  +  Cl^-  →  AgCl_(s)

“Jumlah muatan sebelum dan sesudah reaksi adalah sama”

c.       Kekekalan Jumlah Nukleon

Tidaklah benar bila kita mengatakan bahwa massa penyusun inti atom hanya terdiri dari proton dan neutron saja. Lebih dari yang kita pelajari, sebenarnya inti atom tersususn dari banayak partikel dan tidak hanya tersusun dari dua partikel saja (proton dan neutron). Partikel lainnya yang menyusun inti atom misalnya deutrino.

“Jumlah Nukleon dalam reaksi nuklir selalu tetap”

 Hilangnya Massa

Suatu penemuan penting dalam tahaun 1930-an adalah massa atom selalu lebih rendah daripada massa partikel penyusunnya. Misalanya pada sebuah atom He dengan nomor massa 4 dan nomor atom 2, yang dihitung dari data adalah:

2  x  1,007825  =  2,015650 sma

2  x  1,008665  =  2,017330 sma  -

                             4,032980 sma

Hilangnya massa suatu atom ialah selisih antara jumlah massa partikel penyusun atom dan massa atom nyata yang ditentukan secara eksperimen. Karena massa nyata sebuah atom Helium dengan nomor massa 4 dan nomor atom 2 adalah 4,002603 sma, maka bilangan massanya adalah:

4,032980  -  4,002603  =  0,030377 sma

Artinya, sebuah atom helium kira-kira o,8 % lebih ringan dari yang diharapkan. Perhitungan ini mengemukakan hubungn yang penting dan menarik. Tidak hanya nukleon yang memiliki massa yang sedikit lebih rendah bila dikemas dalam inti atom, tetapi banyaknya massa yang hilang itupun beraneka ragam dari nuklida ke nuklida.

 Kesetaraan Massa-Energi

Konsep massa merupakan ukuran banyaknya materi dalam suatu benda dan massa tak dapat diciptakan maupun dimusnahkan selama peralihan bentuk materi. Pada tahun 1905 Albert Einstein menyatakan dalam teori kerelatifannya bahwa massa suatu benda tak perlu harus konstan. Teori ini menuntutbahwa suatu partikel yang sedang bergerak harus dibedakan menjadi dua massa. Pertama massa diamnya dan massa yang kedua adalah massa relativistiknya yang mencakup massa diam dan tambahan massa yang disebabkan oleh energi kinetik yang dimiliki benda itu.

E = Mc²

Dengan E adalah energy dalam joule, m adalah massa benda dan c dalah cepat rambat cahaya dalam m/s.

 Energi Ikat Inti

Energi yang setar dengan hilangnya massa untuk suatu nuklida tertentu disebut energi ikat inti.Sedangkan menurut Einstein, energi ikat inti adalah selisih antara massa inti dengan massa penyusun inti yang diubah menjadi energi.

Apabila kita memiliki isotop dengan jumlah proton sebanyak Z dan sejumlah neutron sebanyak (A - Z), maka menurut perhitungan, massa inti seharusnya sebesar [Zm_p  +  (A – Z)m_n - m_i] dengan m_p dan m_n masing-masing adalah massa proton dan massa neutron, sedangkan m_i adalah massa inti atom. Akan tetapi berdasarkan hasil pengukuran denagn spektrometer massa diperoleh bahwa massa inti lebih kecil dari jumlah massa partikel pembentuk inti. Berdasarkan hokum kesetaran massa-energi Einstein, berkurangnyya massa inti atom, yang disebut defek massa, karena diubah menjadi energy ikat. Defek massa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

∆m  =  [Zm_p  +  (A – Z)m_n - m_i]                     …..(1 – 1)

Energi ikat inti dapat dihitung berdasarkan hokum kesetaraan massa-energi Einstein, yaitu:

E  =  ∆mc²                                          .….(1 – 2)

Dengan c adalah kecepatan cahaya (c  =  3 x 108 m/s). Untuk keperluan praktis biasanya defek massa (∆m) dinyatakan dalam satuan sma dan energi (E) dalam satuan MeV dengan kesetaraan 1 sma  =  931,5 MeV. Oleh karena itu, persamaan (1 – 2) dapat ditulis menjadi:

E  =  ∆m x 931,5 Mev/sma                            …..(1 – 3)

 Energi Ikat Inti dan Kesetabilan Inti

Besarnya energi ikat inti ternyata tidak selalu menggambarkan tingkat stabilitas inti, karena pada umumnya inti yang memiliki nucleon lebih besar memiliki tingkat stabilitas inti yang lebih rendah.Oleh karena itu, kita perlu menyatakan besaran energy yang terkait langsung dengan stabilitas inti, yaitu energI ikat per nuKleon, yang besarnya dapat dihitung dengan persamaan:

EN  =  E/A                                                …..(1 – 4)

Semakin besar energy ikat inti suatu nukleon maka akan semakin besar kesetabilan inti yang dimilki suatu atom dan sebaliknya.

 Uraian Konsep Kimia yang Terkait dengan Konsep Fisika

Sangat sulit sekali membedakan pembahasan antarak kimia dengan fisika. Hampir setiap pembahasan tentang inti atom identik antara keduanya. Menurut Hiskia Ahmad, sangat sulit sekali untuk membedakan antara meteri yang mencakup keduannnya. Hampir-hampir anda mengangap keduannya sama. Ituwajar karena keduanya sama-sama ilmu alam.Konsep energi ikat inti yang berhubunag dengan kimia inti:

      Terdapat ketidakteraturan untuk atom-atom dengan nomor massa rendah. Khususnya He, C, dan O mempunyai hilangnya massa dan energi ikat per nukleon yang relatif besar. Inti-inti ini istimewa stabilnya untuk unsur-unsur dalam jangkauan nomor massa in.

      Hilangnya massa dan energi ikat inti per nukleon terbesar untuk inti-inti dengan nomor massa sekitar 60 (besi dan nikel). Neutron dan proton mempunyai massa terendah dalam inti-inti ini. Kelimpahan yang menyolok  besarnya dari nikel dan besi dalam alam semesta diduga berkaitan dengan kesetabilan yang besar dari inti-inti unsure-unsur ini.

      Bila inti suatu atomyang sangat berat membelah menjadi dua inti atau lebih yang bobotnya sedang (massa antara 70 – 160), akan terdapat kehilanagan massa, meskipun semua proton,  neutron dan elektron telah diperhitungkan. Proses ini disebut dengan pembelahan inti (pembelahan fisi). Suatu reksi yang terkenal adalah pemecahan sebuah atom uranium 235 menjadi dua atom yang lebih kecil, bila uranium itu dihantam neutron.

      Bila dua inti atom ringan (massa kurang dari 20) bergabung untuk membuat satu / lebih inti baru, terdapat kehilanagan massa, meskipun atom-atom yang diperoleh mengandung semua bagian dari atom-atom kecil itu. Proses ini disebut prosos fusi.

      Karena hilangnya massa harus mengakibatkan munculnya energidalam jumlah yang setara, maka pembelahan inti maupun penggabungan inti yang berlangsung dengan hilangnya massa, merupakan reaksi eksoterm yang hebat

 Contoh Soal dan Pembahasan

1.      Hitung energi ikat yang dihasilkan oleh partikel alpha jika massa proton, neutron dan partikel alpha masing-masing 1,007 sma, 1,008 sma dan 4,002 sma. 1 sma = 931 MeV

Penyelesaian:

Diketahui       :           mp = 1,007 sma

                                 mn = 1,008 sma

                                 mα = 4,002 sma

Ditanya          :           E = …. ?

Dijawab        :           ₂He⁴  →  2 ₁H¹  +  2 ₀n¹

                           ∆m  = 2. mp  +  2.mn  - mα

                           ∆m  = 2.1,007  +  2.1,008  -  4,002

                           ∆m  = 0,028 sma

                           E  =  ∆m . 931 MeV/sma

                           E  = 0,028 sma. 931,5 MeV/sma

                           E  = 26,068 MeV

Hubungan Energi Ikat Inti dengan Aspek Ketuhanan

Hal yang terpenting yang dilakukan oleh ilmu pengetahuan hanyalah membuat pengamatan, mengukur dan mengarang nama-nama untuk hasil temuan mereka. Penamaan seperti itu dianggap sebagai penemuan besar di dunia sains. Padahal yang dilakukan oleh para ilmuwan bukanlah usaha untuk membentuk keseimbangan baru di alam semesta atau membngun system baru, namun hanya usaha untuk memahami dan menguraikan rahasia keseimbangan yang nyata dalam kosmos. Yang biasa mereka lakukan adalah hanya mengamati salah satu keajaiban dari yang tak terhitung banyaknya ciptaan Allah di alam semesta dan menamainya. Para ilmuwan yang medeteksi sistem atau struktur agung ciptaan Allah diberi aneka penghargaan ilmiah, dihormati dan dikagumi orang. Dalam hal ini, segarusnya yang benar-bener dihormati, tanpa ada keraguan, adalah Allha, yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang yang menciptakan system itu dari tidak ada menjadi ada, melengkapinya dengan keseimbangan yang sangat rumit dan terus-menerus menciptakan keajaiban luar biasa.

“Sesungguhnya pada pertukaran malam dan siang itu dan pada yang diciptakan Allah di langit dan di bumi, benar-benar terdapat tanda-tanda (kekuasaan-Nya) bagi orang-orang yang bertakwa”

(QS. Yunus, 10:6)

Richard Feynman peraih nobel dalam bidang Fisika partikel mengemukakan bahwa “Jangan terus-menerus berkata pada diri anda, Jika anda masih bisa menghindarinya, bagaimana perilakunya bisa seperti itu? Karena anda akan tersesat, masuk ke jalan buntu yang tak seorangpun berhasil keluar, tak seorangpun yang tahu mengapa perilakunya bisa seperti itu[3]. Hal ini mungkin berlaku untuk suatu keadaan tertentu tapi tidak untuk Al-quran. Ini adalah keteraturan yang sama sekali tidak dapat dianggap sebagai kebetulan. Satu-satunya penjelasan untuk keberadaan keteraturan ini adalah bahwa Allah menciptakan segala sesuatu sebagai manifestasi kekuatan-Nya dalam keteraturan dan keselarasan seperti yang disebutkan dalam Al-quran.

“Sesungguhnya Allah telah mengadakan ketentuan bagi tiap-tiap sesuatu”.

(QS. Ath-Thaalaq, 65:3)

“Dia telah menciptakan segala sesuatu dan Dia menetapkan ukuran-ukurannya dengan serapi-rapinya”.

(QS. Al-Furqaan, 25:2)

DAFTAR ISTILAH

      Atom = partikel terkecil penyusun suatu unsur

      Energi = Kemampuan suatu benda uatau system untuk melakukan kerja.

      Elektron = Suatu pertikel subatom dengan muatan negatif satu dan massa relative kecilyang terdapat di luar inti.

      Energi kinetik = Energi yang dimiliki oleh suatu benda, berkat gerakannya.

      Energi Nuklir = Energi yang berkaitan dengan reaksi nuklir

      Fisika = ilmu murni yang mempelajari tentang perilaku dan struktur suatu benda.

       Inti = Pusat bermuatan pisitif, massif, kecil dari suatu atom.

      Materi = suatu benda/ suatu kajian

DAFTAR PUSTAKA

Brady, James E. 1998. Kimia Universitas Asas dan Struktur. Jakarta : Bina Rupa Aksara

Giancoli, Douglas C.1998. Fisika 4 edisi kelimanya. Jakarta: Erlangga

Keenan, Charles.W.1989. Ilmu Kimia untuk Universitas.keadaan Jakarta:

Soedojo , Peter.1979. Asas-Asas Ilmu Fisika. Jilid I. Yogyakarta: Gardah University Proses.

Feyman ,Richard. 1967. The carakter Of Physical Law. The M.I.T Press, March.

Guitton, Jean. 1991. Deauet La Sciance: Vers Le Metarealisme, Paris:Grasset,

               Tuna ,Taskin. 1995. Uzayin Utesi, Bogazici Yayinlari.

www. Harun Yahya. Com

---

[1] Jean Guitton, Deauet La Sciance: Vers Le Metarealisme, Paris:Grasset, 1991, hlm. 7

[2] Taskin Tuna, Uzayin Utesi, Bogazici Yayinlari, 1995, hlm. 52

[3] Richard Feyman, The carakter Of Physical Law, The M.I.T Press, March 1967, hlm. 126