Teori atom dan Teori kinetik

Pengantar

Teori atom dan teori kinetik. Istilah apa lagi ini, bikin pusink saja. Teori atom dan teori kinetik tuh semacam kue, enak sekali… terasa lezat dan nikmat di otak… hiks2… Omong soal atom, pasti langsung ingat bom atom. Hirosima dan nagasaki langsung hancur lebur dalam sekejap, bikin orang jepang pada stress. Amerika dan kroni2nya senang, Indonesia pun ikut2an senang, lumayan mempercepat kemerdekaan. Si Dai Nippon ini sudah keterlaluan jadi sekali-sekali dihajar saja biar kapok. Untung ada fisika ya…. Btw, sebenarnya atom tuh apa sich ? sejenis roti bakar-kah

Sebelum kita membahas teori kinetik gas dkk, terlebih dahulu kita pelajari teori atom dan teori kinetik. Bagaimanapun ini merupakan pengetahuan dasar yang perlu dipahami dengan baik. Seperti biasa, dari balik blog gurumuda mengucapkan selamat bertempur, semoga dirimu tidak lari terbirit-birit… he2…. piss….

Teori atom

Sejak ribuan tahun lalu, orang yunani kuno percaya bahwa setiap zat murni (misalnya emas murni, besi murni , tembaga dll) terdiri dari atom-atom. Orang yunani sok tahu saja. Menurut mereka, kalau sebuah zat murni dipotong menjadi kecil, lalu potongan kecil tersebut dipotong lagi, lalu di potong lagi… demikian seterusnya, maka akan ada potongan terkecil yang tidak bisa dipotong lagi. Potongan terkecil yang tidak bisa dipotong lagi itu diberi julukan “atom”. Atom artinya “tidak dapat dibagi” (bahasa orang yunani)

(Pada waktu itu memang atom dianggap tidak bisa dibagi lagi. Tapi di kemudian hari beberapa om jenius menemukan elektron dan inti atom (proton dan neutron) sehingga anggapan bahwa atom tidak bisa dibagi lagi telah ditendang. Jadi atom tuh terdiri dari elektron (bermuatan negatif) dan inti atom. Elektron-elektron berjingkrak-jingkrak mengitari inti atom. Di dalam inti atom terdapat proton (bermuatan positif) dan neutron (netral alias tidak bermuatan). Bukan cuma ini, masih ada lagi… pernah dengar quark dkk ? nanti baru kita oprek dalam pokok bahasan tersendiri… Ok, kembali ke laptop)

Perlu diketahui bahwa teori atom juga punya saingan. Kalau dalam dunia perpolitikan, istilahnya oposisi. Kalau dalam dunia pertemanan, istilahnya lawan alias musuh bebuyutan. hehe… Ada sebuah teori lain, namanya teori kontinu (kontinu = berkelanjutan). Teori ini mengatakan bahwa zat murni tuh bisa dibagi lagi sampai tak berhingga. Menurut teori ini tidak ada yang namanya potongan terkecil. Potongan terkecil masih bisa dipotong-potong dan diulek-ulek lagi menjadi lebih kecil. Dipotong lagi dan diulek lagi… demikian seterusnya menjadi tak berhingga.

Dari kedua teori ini, mana yang benar ? Teori atom yang benar atau teori kontinu ? Mene ketehe… Dalam ilmu fisika, setiap teori akan diakui secara ilmiah kalau teori tersebut bisa dibuktikan dalam eksperimen alias percobaan. Nah, pada abad 18, 19 dan 20, melalui eksperimen yang dilakukan oleh om-om ilmuwan yang kurang kerjaan, teori atom ternyata terbukti benar (kebanyakan dibuktikan dari analisis reaksi kimia). Masa sich ? yawdah kalo dirimu tidak percaya…

Sebelum membahas pembuktian teori atom, terlebih dahulu baca pesan-pesan berikut ini :

Unsur, senyawa, molekul dan atom

Dirimu sudah dapat pelajaran kimia tentang unsur dan senyawa ? mudah2an belum Gurumuda ulas lagi ya, biar dirimu lebih nyambung dengan penjelasan selanjutnya…

Unsur merupakan zat murni yang tidak dapat dibagi lagi menjadi zat lain secara kimia, misalnya emas (Au), besi (Fe), tembaga (Cu), seng (Zn), Natrium (Na), Calsium (Ca), klor (Cl), Nitrogen (N), oksigen (O), hidrogen (H) dkk. Selain unsur, ada juga yang namanya senyawa. Senyawa terdiri dari unsur-unsur. Karena terdiri dari unsur-unsur, maka senyawa masih bisa dibagi lagi menjadi unsur-unsur. Contoh senyawa adalah air. Bagian terkecil dari unsur adalah atom, sedangkan bagian terkecil dari senyawa adalah molekul. Molekul terdiri dari atom-atom yang saling nempel.

Biar dirimu lebih paham, gurumuda pakai penjelasan panjang lebar saja. Pernah lihat emas murni (emas 24 karat) ? emas murni merupakan salah satu contoh unsur. Emas murni sebenarnya terdiri dari atom-atom emas (Au). Atau contoh lain…. Pernah lihat potongan besi ? Potongan besi juga merupakan salah satu contoh unsur. Besi terdiri dari atom-atom besi (Fe). Intinya, yang namanya unsur tuh zat murni yang terdiri dari atom-atom sejenis. Kalau atom emas ya atom emas semua, kalau atom besi ya atom besi semua. Tidak pake campur. Unsur sudah. Sekarang giliran senyawa. Dirimu pernah lihat air khan ? Air yang sering dirimu lihat, pegang dan minum tuh terdiri dari molekul-molekul air (rumus kimianya H₂O). Molekul air terdiri dari dua atom Hidrogen (H) dan satu atom oksigen (O). Lanjut ya….

Berikut ini beberapa pembuktian teori atom :

Pertama, hukum perbandingan tetap.

Hukum perbandingan tetap mengatakan bahwa apabila unsur-unsur bergabung menjadi senyawa, maka senyawa yang terbentuk memiliki perbandingan massa yang sama. Contohnya garam… Ingat ya, garam yang kita lihat merupakan suatu senyawa yang terdiri dari molekul-molekul garam (rumua kimianya NaCl). Secara alami, molekul garam selalu terbentuk dari 23 bagian natrium (Na) dan 35 bagian klor (Cl). Musuh bebuyutan teori atom tidak bisa menjelaskan hal ini, tetapi teori atom bisa menjelaskannya. Menurut teori atom, atom merupakan bagian terkecil dari unsur. Karenanya atom tentu punya massa. Nah, perbandingan massa unsur-unsur yang membentuk suatu senyawa pasti berkaitan dengan massa relatif atom-atom pembentuk unsur tersebut. Berdasarkan jumlah setiap unsur yang membentuk senyawa, om-om ilmuwan menentukan massa relatif atom. Dikatakan relatif karena massa relatif atom suatu unsur dibandingkan dengan massa relatif atom unsur lain…

Hidrogen merupakan atom yang paling ringan, karenanya digunakan sebagai patokan. Massa relatif atom hidrogen (H) diberi nilai 1. Dengan menggunakan massa relatif atom hidrogen sebagai patokan, maka massa relatif atom karbon (C) diberi nilai 12, massa relatif atom oksigen (O) diberi nilai 16 dst… (lihat saja tabel periodik unsur). Massa relatif atom karbon = 12 itu artinya massa satu atom karbon 12 kali lebih besar dari massa satu atom hidrogen (H). Massa relatif atom oksigen = 16 itu artinya massa satu atom oksigen 16 kali lebih besar dari massa satu atom Hidrogen (H). Yang gurumuda ulas ini baru massa relatif atom, bukan massa atom.

Dalam Sistem Internasional (SI) kita mempunyai standar massa, yakni sebuah platina iridium yang disimpan di lembaga berat dan ukuran internasional (Perancis). Berdasarkan perjanjian internasional, massa platina iridium tersebut adalah 1 kg. Ini merupakan kilogram standar. Nah, dalam skala atomik, kita juga mempunyai standar massa kedua, yakni atom karbon ¹²C. Berdasarkan perjanjian internasional, massa 1 atom karbon ¹²C adalah 12,0000 satuan massa atom terpadu (unified atomic mass units, disingkat u).

1 u = 1,66 x 10^-27 kg.

Massa 1 atom Karbon (C) = 12,0000 u, massa 1 atom Hidrogen (H) = 1,0078 u, massa 1 atom Oksigen (O) = 15,9994 u, massa 1 atom Natrium = 22,9897 u dst… Mengenai massa atom, selengkapnya bisa dilihat di tabel periodik unsur.

Selain massa atom, ada juga yang namanya massa molekul. Massa molekul merupakan jumlah total massa atom-atom yang membentuk suatu molekul. Contoh… massa molekul garam (NaCl) = massa satu atom Natrium (Na) + massa satu atom Klor (Cl). Massa molekul air (H₂O) = massa 2 atom hidrogen (H) + massa satu atom oksigen (O).

Kedua, gerak brown

Bukan brondong tapi brown. he2… Kisahnya begini… Pada jaman dahulu kala, hiduplah seorang ahli biologi berkebangsaan Inggris yang bernama om Robert Brown. Katanya Om obet waktu itu sedang meneliti serbuk sari yang dimasukkan ke dalam air (Tahun 1827). Air dan serbuk sari dilihat pake mikroskop. Om obet kaget bukan main-main karena merasa aneh setelah melihat si serbuk sari bergerak sendiri. Aneh karena air khan lagi diam, masa serbuk sari bergerak. Arah gerakan serbuk sari sembarang saja tapi berkelanjutan alias kontinu. Biar paham, tataplah gambar di bawah dengan penuh kelembutan.

Waktu itu om obet menduga bahwa gerakan tersebut merupakan suatu bentuk kehidupan. Maksudnya si serbuk sari hidup, sehingga bisa jalan-jalan (serbuk sari termasuk zat organik. Zat organik = zat hidup, sedangkan zat tak organik = zat yang tak hidup alias benda mati). Tapi dugaannya keliru besar karena partikel tak organik yang berukuran kecil seperti serbuk sari juga bergerak ketika dimasukkan dalam air. Gerakan seperti ini dinamakan gerak brown, pake nama om obet brown.

Penemuan om obet ini belum bisa dijelaskan sampai dikembangkannya teori kinetik. Pending sebentar… Ikuti terus kisahnya ya, makin asyik saja neh….

Teori kinetik

Kinetik artinya bergerak (bahasa orang yunani). Teori kinetik mengatakan bahwa setiap zat terdiri dari atom-atom atau molekul-molekul dan atom-atom atau molekul-molekul tersebut bergerak terus menerus secara sembarangan.

Ketika bergerak, atom atau molekul pasti punya kecepatan. Atom atau molekul juga punya massa. Karena punya massa (m) dan kecepatan (v), maka tentu saja atom atau molekul mempunyai energi kinetik (EK) dan momentum (p). Energi kinetik : EK = ½ mv². Sedangkan momentum : p = mv. Kayanya bukan cuma energi kinetik (EK) dan momentum (p) saja, tetapi gaya (F) juga. Atom atau molekul khan jumlahnya banyak tuh. Ketika mereka bergerak ke sana kemari, pasti ada kemungkinan terjadi tumbukan. Jadi gaya muncul karena adanya perubahan momentum ketika terjadi tumbukan. Ingat lagi pembahasan mengenai impuls dan momentum. Kalau sudah lupa, segera meluncur ke TKP…

Kita bisa mengatakan bahwa teori kinetik sebenarnya didasarkan pada energi kinetik, momentum dan gaya. Ketiga hal ini yang kita pelajari pada pokok bahasan dinamika gerak (hukum newton, impuls dan momentum). Bedanya, dalam teori kinetik kita menerapkan ilmu dinamika pada tingkat atom atau molekul. Teori kinetik dikembangkan oleh om obet Boyle (1627-1691), om Daniel Bernoulli (1700-1782), om Jimi Joule (1818-1889), om Kronig (1822-1879), om Rudolph Clausius (1822-1888) dan om Clerk Maxwell (1831-1879).

Adanya teori kinetik ini bisa menjelaskan penemuan om brown di atas. Menurut teori kinetik, serbuk sari bergerak karena didorong oleh molekul-molekul air yang bergerak dengan cepat. Jumlah molekul air sangat banyak, karenanya serbuk sari ditendang dari berbagai arah.

Berdasarkan hukum perbandingan tetap dan adanya penemuan gerak brown, teori atom semakin diyakini oleh para ilmuwan. Btw, teori atom khan mengatakan bahwa setiap zat terdiri dari atom-atom. Dalam hal ini, atom merupakan potongan terkecil dari setiap zat. Dengan demikian atom tentu saja punya ukuran. Nah, masalahnya sekarang, ukuran atom tuh berapa ? panjangnya berapa, lebarnya berapa, tingginya berapa… Minimal harus ada eksperimen atau perhitungan matematis yang bisa mendeteksi ukuran atom.

Pada tahun 1905, eyang Einstein ambil alih… Waktu itu eyang Einstein menyelidiki ukuran atom secara teoritis. Berdasarkan teori atom, teori kinetik dan data yang diperoleh melalui eksperimen, eyang menemukan bahwa diameter atom adalah sekitar 10^-10 m. Jadi diameter atom diperoleh melalui perhitungan. Cara menghitungnya bagaimana ? sabar ya, neh baru pokok bahasan awal. Tunggu semua materi teori kinetik gas dimuat dulu, biar dirimu lebih nyambung dengan penalaran yang dibuat eyang Einstein sebelum menghitung ukuran atom. Karena ukuran atom telah ditemukan, maka teori atom dinyatakan sah. Teori kinetik pun ikut2an sah.

Dalam buku autobiografinya, eyang menulis demikian : “Tujuan utama saya adalah menemukan berbagai kenyataan yang membenarkan bahwa atom mempunyai ukuran tertentu. Ketika dalam proses penyelidikan, saya menemukan bahwa sesuai dengan teori atomistik, seharusnya ada gerakan-gerakan partikel mikroskopik yang bisa diamati secara terbuka, tanpa mengetahui bahwa gerak brown telah lama dikenal“. Oya, buku Autobiografi tuh buku yang ditulis oleh seseorang mengenai kisah hidupnya.

Berdasarkan apa yang ditulis eyang Einstein dalam buku autobiografinya, kita bisa mengatakan bahwa eyang sendiri tidak tahu sedikit pun mengenai kisah om obet yang menemukan gerak brown. Eyang Einstein bahkan meramalkan adanya gerak brown berdasarkan gagasan-gagasan teoritis. Teoritis tuh cuma teori-teori saja, tidak ada eksperimen alias percobaan. Agar bisa seperti eyang Einstein, logika (otak kiri) dan imajinasi (otak kanan) harus kuat. Bye… see u

Referensi

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit Erlangga

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit Erlangga

Young, Hugh D. & Freedman, Roger A., 2002, Fisika Universitas (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga