Cara Mengukur Massa Atom

Posted on

Di dalam sains, kita seringkali menemukan konstanta-konstanta yang biasanya tinggal dimasukkan ke rumus dan permasalahan selesai. Nah.. Salah satu yang mengusik rasa ingin tahuku, sebenarnya ialah bagiamana ilmuwan menentukan konstanta-konstanta tersebut, diantaranya bagaimana cara mengukur massa atom.

Dulu sewaktu SD, aku sering tanya ke abahku kenapa rumus luas segi tiga itu $L = 1/2 a t$, kenapa ada 1/2, kenapa tidak 1/3? Pertanyaan lainnya ialah mengenai $\pi$ kenapa nilainya 3,14? Bagaimana orang menemukan 3,14? Semua itu dijelaskan dengan mudah oleh Abahku  yang kebetulan guru matematika.

Cara Mengukur Massa Atom
Cara Mengukur Massa Atom

Namun sayangnya, tidak semua konstanta bisa diperoleh dengan mudah. Ada beberapa konstanta yang sangat kompleks untuk dijelaskan, sehingga guru di sekolah memutuskan untuk sama sekali tidak membahasnya.

Setelah kuliah barulah aku belajar satu-persatu mengenai cara perhitungan-perhitungan konstanta tersebut. Salah satu diantaranya ialah bagaimana cara ilmuwan menentukan massa atom. Jadi aku mau tahu dari mana dasarnya.

 

Bagaimana Mengukur Massa Atom?

Pernahkah kalian berfikir untuk menimbang sebuah biji bunga matahari? Instrument apa yang akan kalian gunakan? Neraca O’haus? Neraca tiga lengan? Timbangan analitik digital?

Sekarang bagaimana kalau untuk menimbang sebuah biji sawi? Apakah instrument yang kamu gunakan sebelumnya itu bisa digunakan?

Lebih jauh lagi bagaimana kalau untuk menimbang atom? Suatu materi yang tidak pernah bisa di lihat oleh manusia.

Namun seperti yang telah kita ketahui bersama bahwa massa sebuah atom telah berhasil ditentukan oleh para ilmuwan.

Massa Atom Hidrogen ialah 1 SMA atau $1.67 x 10^{−24}$ g, sedangkan Helium ialah 4 SMA atau $6.68 x  10^{−24}$ g.  Mungkin kalian sudah pernah membacanya di buku SMA.

Lalu muncul pertanyaan bagaimana cara menentukan massa atom yang hanya nol koma nol nol nol nol…… sekian gram itu?

Apakah timbangan analitik masih memungkinkan untuk menimbang atom? atau neraca?

Tentu saja metode tradisional semacam itu tidak dapat dilakukan untuk
menentukan massa sebuah atom.

Baca Juga: Cara Mengukur Berat Bumi

Spektrometer Massa

Untuk menentukan massa sebuah atom diperlukan teknik khusus, teknik yang
lebih kompleks yang dapat digunakan dalam menentukan massa sebuah
atom.

Gambar di bawah ini merupakan instrument J.J. Thompson yang dapat digunakan dalam menentukan massa suatu atom.

Spectrometer Massa buatan J.J Thompson pada tahun 1912.

 

Cara Kerja Spektometer Massa

Unsur yang akan ditentukan massa atomnya diuapkan sehingga berada dalam fasa gas. Kemudian gas ini ditembak dengan sinar khusus untuk membentuk ion(diradiasi).


Ion dalam bentuk gas ini kemudian dimasukkan dalam tabung dan diberikan energi medan magnet dan medan listrik.

Gaya medan magnet dan medan listrik ini dapat ditentukan secara proporsional terhadap ion, sehingga gaya yang bekerja pada sistem dapat diketahui (F).

Karena dikenakan gaya medan magnet dan gaya medan listrik, ion akan mengalami percepatan(a).

Kemudian di bagian ujung tabung terdapat Faraday Cup

Dengan menghitung kapan dan dimana ion-ion mengenai Faraday Cup, para saintis dapat menentukan besarnya percepatan(a) yang dialami ion.

Dengan mengetahui gaya (F) yang bekerja pada sistem, dan percepatan yang terjadi pada ion, maka massa suatu atom(dalam bentuk ion) dapat ditentukan dengan hukum kedua Newton, yaitu;

$$\Sigma F = m.a \:\: \text{atau,} \: m= \frac{\Sigma F}{a}$$

dengan;
$\Sigma F =$ Total gaya dalam tabung spektrometer
$a =$ Percepatan yang dialami ion
$m = $ Massa dari ion.

Memang yang akan terukur ialah massa sebuah ion, sebagaimana konsep dari ion ialah atom yang kehilangan atau kelebihan beberapa elektronnya maka massa yang diperoleh akan mengabaikan massa beberapa elektron tersebut.

Baca Juga: Cara Menghitung Jari-jari Bumi

Sebelum Spektometer Ditemukan

Lalu bagaimana para ilmuwan menentukan massa atom sebelum ditemukannya spektometer?

Para ilmuwan masa sebelumnya memang tidak dapat mengukur besarnya massa sebuah atom. Mereka hanya menggunakan hukum perbandingan massa untuk membandingkan massa suatu atom.

Ini berdasarkan pada hukum perbandingan tetap yang dikemukakan oleh Joseph Proust.

Jadi pada dasarnya, di masa itu, mereka tidak dapat menyatakan berat atom dalam kg ataupun gram. Tetapi mereka dapat menyatakan bahwa massa atom oksigen ialah delapan kali massa hidrogen.

Ini berdasarkan dari perbandingan reaksi antara gas Hidrogen(H_2) dan Oksigen(O_2) dalam membentuk air (H_2O).

Yap! Itulah artikel tentang cara mengukur massa atom. Kalau selama ini massa atom yang kamu kenal ialah $\ce{^{12}C, ^{14}N, \text{ataupun,} ^{26}Fe}$ itu merupakan satuan SMA (Satuan massa atom). Satuan yang digunakan untuk menyatakan massa atom berdasarkan bilangan Avogadro. Berikutnya aku akan bahas darimana asal dari bilangan Avogadro.

That’s it! Thanks for reading.

Silahkan isi kolom komentar untuk bertanya dan berdiskusi.

Mengaku-ngaku sebagai penulis sejak 2013, tak satupun buku yang berhasil dituliskan. Amatir Garis Keras!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.