Materi dan Antimateri

MATERI
Materi adalah suatu objek atau bahan yang membutuhkan (need) suatu ruang. Ruang merupakan satuan fundamental, maksudnya satuan yang tidak dapat didefinisikan oleh satuan lain, yang jumlahnya diukur oleh suatu sifat yakni adalah massa, massa pada dasarnya adalah suatu sifat fisika dari suatu benda yang digunakan untuk menjelaskan berbagai perilaku objek yang terpantau. Pada umumnya, materi didefiniskan  sebagai sesuatu yang memiliki massa dan volume. Materi terdiri atas molekul-molekul, dimana molekul ini juga tersusun atas atom-atom. Dan atom-atom ini juga terdiri lagi atas subatom.  Materi biasanya ditemukan dalam wujud padat, gas, cair dan plasma (wujud zat). Plasma dalam dunia fisika dan kimia adalah substansi yang mirip dengan gas dengan bagian tertentu dari partikel yang terionisasi. Namun ada pula fase materi yang lain seperti kondensat Bose-Einstein, yaitu sebuah fase benda yang terbentuk oleh boson didinginkan ke suhu yang mendekati nol mutlak. Sementara itu boson merupakan partikel-partikel yang membentuk keadaan kuantum komposit simetrik total.

ANTIMATERI
Antimateri merupakan kumpulan antipartikel dari partikel yang menyusun materi biasa. Sementara antipartikel adalah suatu partikel subatomik (proton, elektron dan neutron) yang memiliki massa dan sifat-sifat yang sama dengan partikel lainnya namun berlawanan muatan. Bila sebuah partikel dan antipartikelnya saling sentuh satu sama lain, maka akan menyebabkan keduanya saling memusnahkan. Artinya keduanya akan diubah menjadi partikel-partikel lain dengan energi yang sama menurut persamaan Einstein yaitu energi sama dengan masa kali laju cahaya dalam vakum kuadrat. Antimateri tidak ditemukan secara alami pada bumi, namun antimateri dapat ditemukan dengan peluruhan radioaktif atau sinar kosmik, peluruhan radioaktif adalah kumpulan beragam proses di mana sebuah inti atom yang tidak stabil akan memancarkan partikel subatomik (partikel radiasi). Sementara sinar kosmik adalah dari partikel bermuatan berenergi tinggi yang berasal dari luar atmosfer bumi.

hidrogen dan antihidrogen

BEBERAPA SIFAT UNSUR

Sifat yang dimiliki oleh suatu unsur sangat banyak. Secara umum, unsur dibagi menjadi 3 yaitu antara lain,  logam, nonlogam serta di antara logam dan nonlogam (metaloid).

LOGAM

Sifat logam berkaitan dengan kemampuan suatu atom melepas elektron atau menjadi bermuatan positif (kation). Atom yang mengalami kekurangan elektron maupun penambahan elektron,  tidak akan mempengaruhi jumlah neutron dan proton  pada suatu atom. Sifat-sifat unsur logam yang sangat spesifik yaitu antara lain, mengkilap, menghantarkan listrik dan panas sehingga bisa disebut sebagai penghantar panas yang baik, dapat ditempa menjadi lempengan tipis dan dapat diregangkan (ducility) menjadi kawat atau kabel panjang. Logam yang banyak dijadikan kawat adalah baja, tembaga dan kuningan (campuran tembaga dan seng). Kawat tembaga banyak dimanfaatkan menjadi kabel listrik karena kawat tembaga adalah unsur logam yang sangat baik dalam menghantarkan listrik. Sifat-sifat logam, dalam sistem periodik makin ke bawah maka makin bertambah, dan makin ke kanan maka makin berkurang. Batas unsur-unsur logam yang terletak di sebelah kiri dengan batas unsur-unsur logam yang terletak di sebelah kanan pada umunya disebut dengan tangga diagonal bergaris tebal. Unsur-unsur yang terletak pada batas tersebut adalah unsur yang memiliki sifat ganda. Beberapa hal yang berkaitan dengan unsur logam yaitu, sifat logam cenderung dikaitkan dengan keelektropositifan, yaitu kecenderungan atom untuk melepaskan elektron membentuk kation. Dan sifat logam bergantung pada besarnya energi ionisasi, makin besar harga energi ionisasi maka semakin sulit bagi atom untuk melepaskan elektron dan makin kurang sifat logamnya. Energi ionisasi adalah energi yang diperlukan untuk melepas satu elektron terluar.

NONLOGAM

Sifat non logam berkaitan dengan penerimaan elektron oleh suatu atom atau menjadi bermuatan negatif (membentuk anion). Yang termasuk unsur nonlogam antara lain yaitu, halogen dan gas mulia serta 7 unsur lainnya, hidrogen (H), karbon (C), nitrogen (N), oksigen (O), fosfor (F), belerang (S) dan selenium (Se). Sebagian besar unsur nonlogam terletak pada bagian atas tabel periodik. Kecuali hidrogen yang terletak disebelah kiri bagian atas pojok bersama logam alkali. Nonlogam bersifat insulator atau semikonduktor, maksudnya unsur nonlogam adalah penghantar listrik yang tidak sebaik logam. Nonlogam dapat membentuk ikatan ion, dengan menarik elektron dari logam. Dan dapat membentuk ikatan kovalen  dengan nonlogam lainnya. Oksida nonlogam bersifat asam. Salah satu nonlogam yang terkenal adalah karbon, unsur karbon berada di alam dalam dua alotrop, yaitu grafit dan intan. Alotrop adalah dua bentuk atau lebih molekul/kristal dari suatu unsur tertentu yang memiliki sifat fisik dan kimia secara berlainan. Kedua alotrop tersebut memiliki sifat yang berbeda jika dikaitkan dengan sifat logam. Keduanya tidak mempunyai kilap logam, tidak dapat ditempa, dan tidak bersifat mulur (ductile). Unsur nonlogam lainnya adalah oksigen dan nitrogen. Kedua unsur tersebut merupakan komponen utama dalam atmosfer. Unsur-unsur tersebut berwujud gas, tidak berwarna dan tidak berbau. Selain berwujud gas, non logam ada yang berwujud cair dan padat, misalnya bromin berbentuk cair dan iodin berwujud padat. Beberapa hal yang berkaitan dengan unsur nonlogam adalah keelektronegatifan yaitu yaitu kecenderungan atom untuk menarik elektron, dan dalam satu periode (dari atas ke bawah) sifat nonlogam berkurang. Serta unsur yang paling bersifat nonlogam berada pada golongan VII A.

METALOID
Metaloid disebut juga dengan logam tanggung atau semimetal, karena metaloid memiliki sifat logam dan nonlogam. Metaloid berasal dari bahasa yunani yakni metallon dan eidos, metallon berarti logam sementara eidos berarti mirip. Metaloid pada dasarnya berbeda dengan logam, bila logam adalah konduktor (penghantar panas yang baik) sementara metaloid adalah semikonduktor (penghantar panas yang tidak sebaik logam). Metaloid yang paling terkenal yaitu silikon. Selain itu ada juga arsenik (As), sitibium (Sb), boron (B), germaium (Ge), telurium (Te), polonium (Po) dan astatin (At). Sifat-sifat metaloid pada dasarnya yaitu memiliki sifat logam dan nonlogam yang baik, namun ada juga sifat lainnya yakni, lebih rapuh daripada logam, dan kurang rapuh daripada nonlogam. Pada umumnya metaloid bersifat semikonduktor terhadap listrik. Serta beberapa metaloid juga ada yang mengkilap seperti logam. Pada tabel periodik, metaloid membentuk garis diagonal dari boron ke polonium. Unsur-unsur di kanan atas garis ini termasuk nonlogam sedangkan yang berada di kiri bawah adalah logam. Metaloid memiliki manfaat pada bidang industri elektronik, misalnya peranti elektronik seperti kalkulator dan mikro prosesor, memungkinkan dibuat dari bahan-bahan metaloid.

                                                

                                                    

STRUKTUR ATOM

Menurut ilmuwan seperti Democritus dan Dalton atom adalah partikel yang tidak dapat dibagi lagi dalam tingkatan tertentu. Namun pada penelitian lebih lanjut ternyata, atom itu terdiri dari subatom lagi. Hal ini menunjukkan bahwa masih ada lagi elemen yang lebih kecil dari atom. Subatom itu antara lain adalah elektron, proton dan neutron.

ELEKTRON

Elektron adalah partikel subatom yang bermuatan negatif dan biasanya ditulis dengan e- . Elektron tidak memiliki komponen dasar, sehingga ia disebut sebagai partikel elementer. Elektron memiliki massa sekitar 1/1836 massa proton. Elektron termasuk ke dalam generasi lepton pertama. Lepton adalah sebuah kelompok partikel dasar. Lepton membentuk 3 generasi yaitu antara lain. Generasi lepton pertama adalah lepton elektronik yang terdiri dari elektron dan neutrino elektron. Generasi kedua adalah lepton muon yang terdiri dari muon dan neutrino muon. Serta generasi ketiga yaitu lepton taoun yang terdiri atas taoun dan neutrino taoun. Sama seperti semua materi, elektron memiliki sifat bak partikel maupun sifat bak gelombang yang disebut dengan dualisme gelombang-partikel. Sehingga ia dapat bertumbukan dengan partikel lain dan berdifraksi seperti cahaya, oleh karena itu elektron termasuk fermion. Fermion adalah partikel yang membentuk status kuantum komposit yang benar-benar antisimetrik. Sehingga dua elektron berbeda tidak dapat menduduki kuantum yang sama sesuai dengan asas pengecualian pauli. Elektron ditemukan atas dasar teori dari seorang filsuf alam yakni Richard Laming yaitu sebuah konsep muatan listrik yang tidak dapat dibagi-bagi lagi untuk menjelaskan sifat-sifat kimia atom pada awal tahun 1838, dan  George Johnstone Stoney merupakan fisikawan Irlandia yang memperkenalkan nama elektron pada tahun 1894. Dan pada tahun 1897 J.J Thomson berhasil mengidentifikasi elektron sebagai partikel. Elektron bersama inti atom membentuk atom. Namun elektron hanya mengambil 0,06% dari massa total atom. Gaya tarik Coulomb  antara elektron dengan proton menyebabkan elektron terikat pada atom. Pertukaran ataupun pengkongsian elektron antara dua atau lebih atom merupakan sebab utama terjadinya ikatan kimia. Ikatan kimia adalah sebuah proses fisika yang bertanggung jawab dalam interaksi gaya tarik-menarik antar dua atom atau molekul yang menyebabkan suatu senyawa diatomik dan poliatomik menjadi stabil. Berdasarkan teori yang telah dikemukakan oleh ilmuwan sains, elektron tercipta karena adanya persitiwa Big Bang (ledakan besar) yang melahirkan alam semesta jagad raya, namun elektron juga tercipta karena melalui peluruhan beta isotop radioaktif maupun tumbukan berenergi tinggi, misalnya pada saat sinar kosmis memasuki atmosfer. Elektron dapat dihancurkan dengan melalui positron (positif elektron). Sebuah elektron bila dipercepat dapat menyebabkan penyerapan dan pemancaran energi (foton). Elektron disebut juga partikel sinar katode, sifat sinar katode yaitu antara lain adalah merambat tegak lurus dari permukaan katode menuju ke anode, selain itu sinar katode merupakan partikel kecil yang tidak terlihat, dan dibelokkan mendekati muatan positif dalam medan listrik dan medan magnet. Hal tersebut membuktikan sinar katode bermuatan listrik negatif serta dapat memendarkan zat yang dikenainya, maksudnya benda yang dikenai sinar katode akan memancarkan cahaya.  Elektron memiliki kegunaan yang sangat banyak pada kehidupan manusia terutama dalam bidang ilmu pengetahuan, misalnya mikroskop elektron, terapi radiasi dan pemercepat partikel.

PROTON

Proton adalah partikel subatomik. Dalam atom terdapat inti atom yang terdiri atas proton dan neutron, jumlah proton setengah massa dari inti atom dan sisa massanya adalah neutron. Inti atom terletak di tengah dan dikelilingi elektron. Dan reaksi yang berkaitan dengan inti atom adalah reaksi nuklir. Reaksi nuklir adalah sebuah proses dimana dua nuklei atau partikel nuklir saling bertubrukan, untuk menghasilkan sesuatu yang berbeda dari produk awal. Proton juga disebut partikel sinar anode, sinar anode memilik sifat-sifat antara lain yaitu, merupakan partikel kecil yang tidak dapat terlihat, dapat dibelokkan oleh medan magnet dan medan listrik ke kutub negatif , sehingga sinar anode bermuatan positif. Serta muatan proton adalah +1.

NEUTRON

Neutron adalah partikel subatomik yang netral atau tidak bermuatan. Proton tidak dapat dibelokkan mendekati kutub negatif atau positif . Sehingga partikel neutron akan terus bergerak lurus walaupun berada pada medan magnet dan medan listrik. Neutron ditemukan oleh J.Chadwick (1932) . Penemuan itu berdasarkan atas percobaannya menembakkan partikel alfa pada lempeng berilium. Percobaan tersebut menunjukkan bahwa, ketika sinar alfa ditembakkan pada lempeng berilium. Berilium memancarkan suatu partikel berdaya tembus tinggi yang tidak terpengaruh oleh medan magnet dan medan listrik. Partikel itu adalah neutron. Yang membedakan neutron dengan partikel subatomik lainnya, yaitu neutron tidak bermuatan. Penemuannya lebih terbelakang dan sangat mudah menembus, sehingga membuat neutron sangat sulit diamati secara langsung. Neutron bermassa 1 sma (pembulatan)

Perkembangan Teori Atom

Teori atom pada dasarnya dimulai dari seorang filsuf yunani yaitu Democritus pada tahun (460-370 SM), menurut Democritus atom merupakan materi yang tidak dapat dibagi-bagi terus menerus, maksud dari Democritus tersebut adalah pembelahan/pembagian materi akan sampai pada suatu tingkat tertentu yang tidak dapat dibagi lagi. Kata atom sendiri berasal dari bahasa yunani yaitu atomos , a = tidak, tomos = terbagi. Konsep atom Democitus ini tidak berdasarkan percobaan. Selama beberapa abad kemudian, teori atom Democritus dilupakan orang. Pada abad berikutnya ilmuwan sains kembali menghidupkan teori atom ini yaitu antara lain, John Dalton, Thomson, Ernest Rutherford dan Niels Bohr.

• Pada tahun 1803, John Dalton (1776-1844) mengemukakan postulat atom, postulat atom ini ia kemukakan berdasarkan percobaan yaitu hasil pengukuran kuantitatif dan reaksi kimia. Kesimpulan dalam postulat atom Dalton antara lain yaitu, atom adalah partikel yang tidak dapat dibagi lagi. Atom suatu unsur identik baik dalam volume, bentuk maupun massa yang berbeda hanyalah atom-atom penyusun unsur lain. Dalton juga menyatakan pada teorinya bahwa dalam reaksi kimia atom hanya mengalami penggabungan dan pemisahan. Kemudian atom-atom tersebut ditata ulang membentuk komposisi tertentu. Serta atom dapat bergabung dengan atom yang lain, bila atom sejenis bergabung dengan atom sejenis maka akan terbentuk molekul unsur dan bila atom yang bergabung berbeda jenis akan membentuk senyawa 

Model Atom Dalton

                                                                                                                 

• Thomson's Atomic Theory atau teori atom Thomson berbeda halnya dengan teori atom Dalton, disebabkan pada teori atom Thomson terdapat elektron. Thomson mengajukan teori atom berdasarkan penemuannya terhadap elektron. Menurut Thomson, atom harus mengandung elektron karena bersifat netral. Maka dalam atom harus mengandung muatan positif dan muatan negatif dalam keadaan sama atau seimbang. Sehingga Thomson berkesimpulan, bahwa atom terdiri atas materi bermuatan positif yang didalamnya tersebar elektron seperti roti kismis. Dengan adanya teori atom Thomson, gugurlah teori atom Dalton. Namun teori atom Thomson juga tidak bertahan lama, karena Teori atom Thomson tidak dapat menjelaskan keberadaan inti atom. Inti atom ditemukan oleh Ernest Rutherford.

Model Atom Thomson

• Pada tahun 1909, Ernest Rutherford dan dua muridnya yang bernama Hans Geiger dan Ernest Marsden melakukan serangkaian eksperimen untuk mengetahui struktur atom. Eksperimen itu mereka lakukan dengan menembakkan partikel alfa yang berenergi tinggi pada lempeng logam tipis. Mula-mula dilakukan percobaan pada logam emas. Eksperimen itu menunjukkan bahwa, partikel alfa seolah-olah menembus ruang kosong tanpa pembelokan yang berarti, namun bila dilihat lebih teliti. Ternyata terdapat partikel alfa yang dibelokkan bahkan ada juga yang dipantulkan. Hal ini membuat Rutherford mengajukan teori atom, sehingga dikenal dengan teori atom Rutherford. Dalam teori tersebut, Rutherford menyimpulkan bahwa, pembelokan yang terjadi pada partikel alfa tersebut karena mendekati inti atom, Hal itu disebabkan keduanya bermuatan positif dan partikel alfa yang dipantulkan disebabkan karena menabrak inti atom. Serta Rutherford juga menyimpulkan bahwa ternyata atom terdiri dari sebagian besar ruang hampa, hal ini dapat dilihat ketika partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas tipis, ternyata sebagian besar partikel alfa diteruskan. Menurut Rutherford masa atom bermuatan positif dan terkonsentrasi pada inti atom .Namun seperti nasib teori atom lainnya, teori atom Rutherford mengalami kegagalan. Di sebabkan, Teori atom Rutherford menyatakan elektron tidak stabil. Hal ini didasarkan menurut Maxwell, partikel yang bermuatan dan bergerak melingkar akan memancarkan radiasi. Bila teori atom Rutherford benar, maka pada suatu saat elektron akan jatuh ke inti. Hal ini menjadikan kedudukan elektron pada teori atom Rutherford tidak stabil. Tapi nyatanya atom dalam kehidupan ditemukan stabil. 

Model Atom Rutherford

• Pada tahun 1913, Niels Bohr mencoba memperbaiki teori atom Rutherford. Bohr melakukan perbaikan teori Rutherford dengan menggabungkan teori mekanika kuantum yang merupakan hipotesis Planck. Teori atom Bohr didasarkan atas pengamatannya terhadap spektrum atom. Niels Bohr mengajukan postulat tentang atom. Yaitu pertama elektron mengelilingi inti atom pada orbit tertentu. Orbit tertentu itu adalah lintasan gerak stasioner elektron mengelilingi inti dan berjarak dari inti. Lintasan yang dipakai oleh elektron tersebut boleh diberi nomor atau huruf seperti 1,2,3 ....atau K,L,M....dan seterusnya. Bilangan lintasan elektron tersebut merupakan kulit atom. Bohr juga menyatakan bahwa, selama elektron berada pada lintasannya energi elektron akan tetap, tidak ada energi yang dipancarkan dan diserap. Dan elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner yang lain. Dengan menyerap dan memancarkan energi (foton). Teori atom Bohr sukses diterapkan pada atom hidrogen, namun gagal diterapkan pada atom-atom lain. Selanjtnya keberadaan atom dijelaskan dengan teori mekanika kuantum.

Model Atom Bohr

• Atom berdasarkan konsep Niels Bohr mampu menjelaskan kelemahan atom Rutherford, tetapi pada perkembangan berikutnya diketahui gerakan elektron menyerupai gelombang. Sehingga  dengan kata lain posisinya tidak dapat diketahui secara pasti. Dan secara otomatis orbit elektron yang bermodelkan lingkaran dengan jari-jari tertentu tidak dapat diterima. Pada tahun1927, Erwin Schrodinger, seorang ilmuwan dari Austria mengemukakan teori atom yang disebut teori atom mekanika kuantum atau mekanika gelombang. Dalam teori mekanika kuantum ini, memiliki persamaan dengan teori atom Bohr dalam hal tingkat-tingkat energi atau kulit-kulit atom, tetapi berbeda pada lintasan elektron. Bila pada teori atom Bohr lintasan elektron berupa lingkaran dengan jari-jari tertentu, maka pada teori atom mekanika kuantum posisi elektron tidaklah pasti. Untuk menentukan keberadaan elektron di dalam atom adalah dengan daerah peluang terbesar. Daerah dengan peluang tersebut disebut orbital. Teori mekanika kuantum sampai saat ini masih diterima oleh kalangan ilmuwan karena mampu menjelaskan segala sesuatu kekurangan pada teori atom sebelumnya.

Model Atom Mekanika Kuantum