Yuk Belajar dan Mengambil Pelajaran dari Salah Satu Makhluk Allah yang terkecil

Penemuan Elektron

Pandanglah sebuah benda di hadapan anda. Katakanlah itu sebuah sendok yang terbuat dari besi. Bayangkanlah anda membelah sendok itu. Apa yang terjadi jika salah satu potongan itu kita belah lagi dan kemudian kita ambil potongan yang lebih kecil kemudian kita belah lagi dan seterusnya ?  Democritus berpendapat bahwa proses pembelahan itu suatu ketika akan berhenti di mana saat itu kita akan mendapatkan zat yang tidak bisa terbagi lagi yang dinamakan Atom oleh Democritus ( a = tidak ; thomos = terbagi). Ini menandai lahirnya istilah Atom. Namun saat itu masih bersifat filsafat belum secara ilmiah.

Teori atom secara ilmiah pertama kali diperkenalkan oleh seorang kimiawan Inggris yang bernama John Dalton. Namun pendapat bahwa atom adalah bagian terkecil dari suatu zat yang tak dapat terbagi tetap dibenarkan oleh Dalton. Pendapat ini bertahan cukup lama sampai ditemukan elektron pertama kali oleh JJ Thompson pada tahun 1897 dengan percobaan tabung hampa di Laboratorium Cavendish Universitas Cambridge.

Ia menyelidiki teka teki lama yg disebut sinar katoda. Percobaannya mendorong untuk mengajukan gagasan berani : “ sinar misterius itu adalah aliran partikel yang jauh lebih kecil dari pada atom ;aliran partikel tersebut secara fakta adalah serpihan-serpihan atom yang teramat kecil”. Ia menyebut partikel-partikel ini "butiran-butiran", dan menyarankan bahwa butiran-butiran tersebut mungkin penyusun materi dalam atom. Terasa mengejutkan untuk membayangkan bahwa terdapat partikel dalam atom - kebanyakan orang memikirkan bahwa atom tak terbagi, yakni satuan paling kecil dari materi. Partikel itu kemudian diberi nama elektron. Elektron bermuatan negatif.

Jika atom yg netral bisa memancarkan elektron yang bermuatan negatif, tentu saja atom mengandung sesuatu yang bermuatan positif. Thomson kemudian mengemukakan model atomnya yg sering disebut model atom roti kismis yang bunyinya: “ Atom terdiri dari bola pejal yang bermuatan positif dengan elektron yang bermuatan negatif tersebar merata di atas permukaannya sehingga secara keseluruhan atom bermuatan netral”. Disebut roti kismis, karena bola pejalnya serupa dengan roti dan elektronnya dianalogikan dengan kismis. Sejak saat itu anggapan bahwa atom adalah partikel yang tidak terbagi menjadi gugur, namun istilah atom tetap terpakai sekalipun maknanya tidak lagi sesuai dengan arti asal nama tersebut. Dan sejak itu dikenallah istilah elektron.

Elektron memiliki massa (m) sekitar 1,6 x 10^-27 kg  (0,0000000000000000000000000016 kg) dan muatan (q) sekitar -1,6 x 10^-19 coulomb (-0,00000000000000000016 C). Untuk saat ini elektron dikenal sebagai salah satu partikel  dengan massa dan muatan terkecil . Elektron masuk dalam keluarga lepton . Partikel dalam keluarga lepton bersifat fermion (memiliki spin ½) berinteraksi elektromagnetik, nuklir lemah, dan gravitasi namun tidak berinteraksi nuklir kuat seperti halnya partikel dalam keluarga quark.

Dalam perkembangannya model atom Thomson juga terkoresi, namun tidak menafikkan keberadaan elektron. Model atom berikutnya berturut turut adalah model atom Rutherford, model atom Bohr dan model atom Mekanika Kuantum.Meski elektron sangat kecil namun peranannya sangat berarti. Atom yang kehilangan 1 elektron akan bermuatan +1, kehilangan2 elektron bermuatan -2 kelebihan 1 elektron akan bermuatan -1 dan seterusnya dengan perbedaan jenis muatan akan berbeda sifatnya. Bermuatan +2 dan bermuatan -1 hanyalah berbeda 3 elektron namun sifatnya bisa jauh berbeda.

Sifat Elektron Di Dalam Atom

Ternyata keberadaan elektron di dalam atom menyerupai planet di dalam tatasurya. Jika planet mengelilingi matahari, maka elektron elektron di dalam atom mengelilingi inti atom pada lintasan lintasan tertentu. Lintasan lintasan tertentu itu disebut dengan kulit kulit. Kulit yang pertama (n =1) dinamakan kulit K. Kulit dengan n =2 dinamakan kulit L, kulit dengan n = 3 dinamakan kulit M dan seterusnya, dengan n disebut juga bilangan kuantum utama. Kulit K adalah keadaan dengan energi terendah  keadaan yang paling stabil disusul kulit kulit berikutnya. Keberadaan elektron di dalam atom tersusun dengan konfigurasi yang sangat teratur. Sejatinya semua elektron ingin menempati keadaan dengan energi yang terendah (paling stabil) yaitu kulit K. Namun terbentur dengan aturan bahwa kulit K hanya boleh maksimal ditempati oleh 2 elektron, Kulit L dengan 8 elektron dan kulit kulit selanjutnya dengan jumlah yang telah tertentu batasannya. Elektron begitu patuh dengan aturan ini. Selama elektron tetap berada di lintasannya maka elektron tidak akan kehilangan energi ataupun mendapatkan energi. Namun yang menarik adalah elektron ternyata dapat berpindah lintasan asalkan tempat yang didatangi tersebut belum mencapai batasan maksimal untuk ditempati dengan cara elektron tersebut melepaskan atau menerima energi dalam jumlah tertentu. Misalnya sebuah elektron yang berada pada kulit M dalam sebuah atom hidrogen dapat berpindah ke kulit K dengan memancarkan energi sebesar  12,09 elektronvolt (eV), namun sebaliknya elektron dari kulit K dapat kembali ke kulit M jika mendapatkan energi sebesar 12,09 eV.

Bilangan kuantum utama (n) bukanlah satu satunya yang mengatur konfigurasi elektron. Selain itu terdapat juga bilangan kuantum orbital (l) yang mengatur seberapa besar perkalian antara massa dikali kecepatan dikali jarak tegak lurus ke inti atom yang dalam fisika disebut dengan besar momentum sudut. Semakin besar bilangan kuantum orbital (l) semakin besar pula momentum sudutnya yang artinya semakin besar perkalian antara antara kecepatan dan jarak tegak lurus ke inti atom mengingat massa elektron tak berubah. Bilangan kuantum berikutnya adalah bilangan kuantum magnetik (m) yang mengatur arah orientasi dari orbit elektron saat mengelilingi inti atau arah momentum sudutnya. Apa itu orientasi orbit? Mari melihat aturan tangan kanan di bawah

Pada gambar (a) saat sebuah benda bergerak pada bidang datar berlawanan putaran jarum jam maka orentasinya adalah ke atas. Pada gambar (b) arah orbit ditentukan dengan empat jari tangan kanan sedangkan arah ibu jari tangan kanan menunjukkkan arah orientasinya. Dengan mudah kita bisa mempraktekkan bahwa jika kita mengubah arah empat jari searah dengan jarum jam, maka arah ibu jari atau orientasi menghadapake bawah. Oleh sebab itu arah putaran berlawanan  jarum jam disebut arah  positif (+) sedangkan yang searah jarum jam disebut arah negatif (-) yang ini juga berlaku dalam matematika. SubhanalLah saat seorang muslim tawaf mengelilingi ka’bah berlawanan arah jarum jam (arah positif) sesungguhnya orientasinya adalah bukan ke ka’bah tetapi ke pemilik ka’bah dan pemilik alam semesta ini yaitu Allah..

                Elektronpun saat mengelilingi inti cenderung berputar dengan arah positif dengan acuan arah magnetik yang diberikan. Karena dengan arah positif itulah dia akan memiliki energi yang rendah dibandingkan arah negatif. Ambil contoh elektron yang memiliki bilangan kuantum orbital l =3, akan terbuka kemungkinan memiliki nilai bilangan kuantum magnetik m = +3 , +2, +1, 0, -1, -2, -3. Dalam aturan konfigurasi elektron maka yang pertama harus terisi terlebih dahulu adalah + 3, +2, +1 dst sampai -3. Semakin positif nilai m, maka semakin rendah energinya dan semakin menuju vertikal ke atas (jika kita mengarahkan medan magnetik vertikal ke atas) . Artinya   antara +3 semakin hampir sejajar dengan garis vertikal atas dibanding dengan +2 . Nilai m = 0 artinya orientasinya tegak lurus terhadap vertikal atau orientasinya horizontal. Nilai m yang negatif artinya orientasinya ke bawah atau menjauhi arah medan magnetik yang diberikan.  Gambar di bawah adalah contoh untuk elektron yang memliliki l =2 dengan kemungkinan m = +2, +1, 0, -1, -2

                Adapun bilangan kuantum spin menentukan (s) menetukan momentum sudut spin (rotasi) dari elektron yang bisa spin up dan bisa spin down.

                Ada beberapa hal yang bisa dipetik dari sifat elektron

1. Elektron di dalam atom begitu taat mengikuti aturan Allah untuk mengorbit (tawaf) mengelilingi atom.

2. Dalam mengorbit dia akan selalu berusaha dalam kedaan yang paling stabil atau dengan energi yang serendah rendahnya. Ini mengisyaratkan penghambaan yang total kepada khalik yang menciptakan alam semesta. Sering  bersujud di hadapan Allah swt yang secara ritual dengan meletakkan kepala sejajar dengan kaki adalah salah satu bentuk upaya untuk menstabilkan jiwa mengembalikan manusia kepada fitrahnya.

3. Elektron juga memberikan pelajaran kepada kita bahwa dengan mengikuti aturan yang positif maka ia sesungguhnya itu adalah bentuk yang paling stabil . Dan jika kita memilih aturan negatif maka ini akan menjadi tidak stabil dan semakin menjauhkan dari fitrahnya.

4. Elektron tidak rakus. Seperti contoh yang diberikan di atas jika elektron hendak berpindah lintasan dari kulit K ke kulit M, ia membutuhkan energi 12,09 eV. Bagaimana jika ia mendapat energi 13,00 eV? Yang diambil tetaplah 12,09 eV sesuai kebutuhannya, adapun yang 0,91 eV kembali dilepaskannya.

5. Meski kecil keberadaan elektron dalam atom sangatlah penting. Jika atom kehilangan 1 elektron maka sifatnya jadi berbeda jika kelebihan 1 elektron padahal elektron sangatlah kecil.

Sesungguhnya masih banyak hal yang belum terungkap dari elektron demikian pula pelajaran yang bisa diambil dari elektron tersebut. Namun sebagai pengenalan awal saya cukupkan sampai di sini dulu semoga menambah wawasan keilmuwan kita sekaligus mengakui kebesaran Allah bahwa tiada hal yang diciptakanNya sia sia bagi kaum yang berfikir (Ulil Albab). Dan juga kita berlindung dari azab Allah. Allah berfirman dalam surah Ali Imran (3) ayat 190 sd 194 yang artinya:

“Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi, dan silih bergantinya malam dan siang terdapat tanda-tanda bagi Ulil Albab (orang-orang yang berakal)”
“(yaitu) orang-orang yang mengingat Allah sambil berdiri atau duduk atau dalam keadan berbaring dan mereka memikirkan tentang penciptaan langit dan bumi (seraya berkata): "Ya Tuhan kami, tiadalah Engkau menciptakan ini dengan sia-sia, Maha Suci Engkau, maka peliharalah kami dari siksa neraka.”
“Ya Tuhan kami, sesungguhnya barangsiapa yang Engkau masukkan ke dalam neraka, maka sungguh telah Engkau hinakan ia, dan tidak ada bagi orang-orang yang zalim seorang penolongpun.”
“Ya Tuhan kami, sesungguhnya kami mendengar (seruan) yang menyeru kepada iman, (yaitu): "Berimanlah kamu kepada Tuhanmu", maka kamipun beriman. Ya Tuhan kami, ampunilah bagi kami dosa-dosa kami dan hapuskanlah dari kami kesalahan-kesalahan kami, dan wafatkanlah kami beserta orang-orang yang banyak berbakti.”
“Ya Tuhan kami, berilah kami apa yang telah Engkau janjikan kepada kami dengan perantaraan rasul-rasul Engkau. Dan janganlah Engkau hinakan kami di hari kiamat. Sesungguhnya Engkau tidak menyalahi janji."

Semoga catatan ini bermanfaat bagi kita semua dan membawa keberkahan . Amiin.
Dalam kesempatan ini pula saya menyampaikan:
“Taqobbalallahu minna waminkum. Minal Aidin Wal Faizin
Selamat Hari raya Idul Fitri 1434 H
Mohon maaf lahir dan batin “

Bekasi ,malam 6 Syawal 1434 H / 12 Agustus 2013 M

M Taufiq Tamam

Kunjungi juga : http://mymasdep.blogspot.com/