Oleh: Awang H. Satyana
“These elements are the building blocks of which the universe is built.” (Isaac Asimov, “The World around You”, 1966)
Orang-orang seumuran saya, atau yang lebih senior dari saya, atau umurnya maksimal sepuluh tahun di bawah saya, yang suka membaca buku-buku sains populer atau science fiction, tentu tahu Isaac Asimov.
Isaac Asimov (1920-1992) adalah seorang profesor biokimia di University of Boston, Amerika Serikat, tetapi ia lebih dikenal sebagai penulis sangat produktif dalam bidang fiksi ilmiah dan ilmiah populer. Lebih dari 50 tahun menulis, ada sekitar 500 buku yang sudah ditulisnya. Bahkan, universitas tempatnya bekerja menghentikan gajinya karena pendapatan Isaac Asimov dari menulis jauh lebih besar daripada gajinya sebagai pengajar di kampus.
——————————————————
BERAPA BANYAK ELEMEN?
Saya mengutip kalimat Asimov di atas dari bukunya yang berjudul “The World around You” (Asimov, 1966, Lancer Books, New York). Buku ini barangkali termasuk buku ilmiah populer pertama yang mengenalkan berbagai elemen/unsur, yang membentuk semua benda di Alam Semesta, termasuk kita. Saya menemukan buku saku ini di sebuah toko buku bekas di Houston, Texas beberapa tahun yang lalu.
Saat Isaac Asimov menulis bukunya ini (1966) ada 103 unsur yang sudah dikenal, baik terjadi di alam, maupun yang hanya ada di laboratorium (karena buatan, dan hanya stabil di tempat dengan temperatur dan tekanan tertentu di laboratorium). Saat saya belajar ilmu kimia (di SMA, 1980-1983) sudah ada 105 unsur seperti tercantum dalam tabel sistem periodik unsur-unsur kala itu (yang harus selalu dibawa saat pelajaran kimia).
Sekarang, yaitu sejak November 2011,telah diidentifikasi sebanyak 118 unsur. Maka tabel sistem periodik punya saya dulu dengan yang suka dibawa anak saya yang SMA sudah berbeda. Dari 118 unsur itu, 98 unsur terjadi di alam, 20 unsur buatan dan hanya ada di laboratorium. Dari 98 unsur di alam, 80 unsur merupakan unsur-unsur yang stabil (tak berubah menjadi unsur lain secara alamiah), dan 18 unsur merupakan unsur yang tidak stabil (radioaktif) yang gampang meluruh menjadi unsur-unsur lain yang lebih ringan dalam waktu sangat bervariasi dari hanya beberapa detik sampai beberapa milyar tahun. Unsur-unsur yang stabil itu jarang ditemukan dalam bentuk elemen tunggal (native elements) umumnya telah bersenyawa dengan unsur-unsur lainnya.
KEJADIAN ELEMEN DI ALAM
Unsur-unsur yang paling ringan, yaitu hidrogen, helium dan sejumlah lebih kecil litium, berilium dan boron dibentuk oleh berbagai proses kosmik saat Ledakan Besar (Big Bang) yang mengawali Alam Semesta terjadi. Unsur-unsur yang lebih berat, dari karbon sampai unsur yang paling berat, terjadi saat pembentukan inti bintang (stellar nucleosynthesis). Unsur-unsur lebih berat ini melalui proses planetary nebulae dan supernovae telah tersedia saat pembentukan Tata Surya terjadi.
Hidrogen dan helium merupakan elemen yang paling berlimpah di Alam Semesta. Tetapi besi adalah elemen yang paling berlimpah (secara massa) dalam membentuk Bumi, sementara oksigen adalah elemen yang paling berlimpah di kerak Bumi.
ELEMEN RADIOAKTIF DAN UMUR GEOLOGI
Geologist yang mendalami geokronologi (hitungan waktu dalam geologi) memanfaatkan unsur-unsur tak stabil/ radioaktif untuk mengukur umur batuan. Mereka mengukur berapa besar bagian unsur yang telah berubah dan mengetahui berapa lama waktu perubahannya. Dengan cara ini, mereka bisa mengukur secara mutlak (hitungan tahun) umur batuan.
Batuan tertua yang pernah terukur sampai saat ini adalah batuan metamorf ortogenes yang menyusun inti benua Slave Craton di Canada berumur 4,03 milyar tahun (berdasarkan metode unsur radioaktif U-Pb; Bowring and Williams, 1999). Sementara mineral paling tua yang pernah terukur adalah zirkon dari singkapan metakonglomerat Jack Hills, Australia Barat berumur 4,41 milyar tahun (Wilde et al., 2001). Umur Bumi sendiri diperkirakan 4,56 milyar tahun (Gradstein et al., 2004) berdasarkan pengukuran umur mutlak pada meteorit yang dianggap punya kesaamaan materi dengan Inti Bumi.
THE PERIODIC TABLE” (PARSONS & DIXON, 2013)
Desember 2013 yang lalu, saat mau terbang ke Makassar kemudian Luwuk di ujung timur Sulawesi Tengah, saya mampir di toko buku Periplus di terminal 2F Soekarno-Hatta. Meskipun setengah berlari karena panggilan kedua untuk naik pesawat sudah diumumkan, saya sempatkan mampir di toko buku ini. Tidak lama, saya pun segera menemukan buku setebal 240 halaman berjudul “The Periodic Table”. Sebentar membuka-bukanya, hm… menarik, dan saya pun membelinya.
Selama beberapa hari kemudian, menyambung ke minggu demi minggu berikutnya, diselingi dengan membaca buku-buku yang lain, akhirnya selesai juga membaca buku The Periodic Table. Membaca buku ilmiah seperti ini yang menerangkan unsur demi unsur tentu berbeda dengan membaca buku kisah perjalanan, novel, atau roman. Membaca buku The Periodic Table seperti menyelesaikan membaca satu kamus bahasa Inggris, tentu jarang sekali orang melakukannya. Kebosanan membacanya, godaan untuk segera berhenti besar sekali. Padahal kalau membaca buku-buku kisah perjalanan, novel atau roman dari lembar ke lembar kita justru semakin susah melepaskannya, bukan? Maka menyelesaikan membaca The Periodic Table adalah ibarat menyelesaikan pekerjaan yang sulit.
Tetapi saya ingat ini: “The greater the difficulty, the more the glory.” (Epicurus)
——————————————-
Dr. Paul Parsons dan Gail Dixon adalah dua orang science journalist yang telah berpengalaman menulis dan menyunting buku-buku dan artikel-artikel sains yang diterbitkan di jurnal-jurnal sains di Inggris. Buku mereka ini “The Periodic Table” diterbitkan oleh Quercus Editions Ltd, London tahun 2013.
Kalau pada tahun 1966 Isaac Asimov menulis tentang sifat-sifat 103 elemen/unsur yang ada pada saat itu, maka Parsons dan Dixon (2013) menulis tentang sifat-sifat semua elemen yang dikenal pada saat ini (118 elemen). Semua unsur yang muncul di Asimov (1966) tentu dibahas lagi oleh Parsons dan Dixon (2013) dalam cara yang sudah jauh berkembang sesuai kemajuan ilmu pengetahuan sampai saat ini.
Meskipun kita sehari-hari berhubungan dengan oksigen yang kita hirup, hidrogen dan helium yang menyusun sebagian besar materi di Alam Semesta, besi yang banyak kita gunakan dalam peralatan sehari-hari, bahkan karbon yang menyusun sebagian besar badan kita sendiri, belumlah tentu kita mengenal dengan baik elemen-elemen tersebut sebagaimana adanya. Buku Parsons dan Dixon (2013) mengemukakan fakta-fakta tentang seluruh elemen itu, yang tak jarang akan mengejutkan kita mengetahuinfakta-faktanya. Setiap elemen dibahas secara berurut berdasarkan nomor atomnya, dari hidrogen (nomor atom 1) sampai ununoktium (nomor atom 118) bersama foto-fotonya. Dimuat juga tentang sejarah penyusunan tabel periodik unsur-unsur ini oleh Dmitri Mendeleev pada tahun 1860-an, sampai tabel periodik unsur-unsur seperti sekarang. Sebuah kamus sederhana dan indeks mengakhir buku bagus dan perlu ini.
——————————————-
Karbon misalnya, Parsons dan Dixon (2013) menulis bahwa karbon adalah salah satu elemen paling penting, khususnya untuk kita di Bumi. Karbon adalah tulang punggung kehidupan di Bumi. Karbon membantu menyalakan reaksi nuklir di Matahari yang membuat kita bisa melihat dan merasakan kehangatan. Karbon memegang komponen kunci dalam teknologi kita – menjalankan roda peradaban, membangun rumah kita, bahkan sampai pakaian di badan kita.
Karbon juga hadir dalam berbagai bentuk, yang sudah diketahui sejak masyarakat purba sebagai arang, batubara dan grafit. Belakangan, sesudah ilmu kimia berkembang diketahui bahwa semua benda itu mengandung karbon dalam jumlah berbeda-beda.
Karbon juga termasuk elemen yang paling pertama dikenal manusia. Karbon telah digunakan oleh bangsa purba Mesir dan Sumeria, yang menggunakannya untuk mengolah bijih-bijih dalam pembuatan perunggu. Lalu masyarakat modern menggunakan karbon dalam metalurgi untuk keperluan yang lebih canggih, yaitu mengubah besi mentah menjadi aloy (logam paduan) yang sangat kuat yaitu baja.
Karbon juga selain banyak dipakai untuk keperluan metalurgi, ia juga menyimpan energi Matahari dalam bentuk “fosil” – energi Matahari masa lalu, ratusan juta-beberapa tahun yang lalu, yang masih bisa digunakan untuk bahan bakar: kayu bakar, gambut, arang, batubara. Dan dalam persatuannya dengan hidrogen, karbon pun membentuk sumber energi lain: hidrokarbon – minyak dan gas Bumi.
Karbon banyak sekali kegunaannya, maka disebut roda peradaban. Plastik dan baja, yang memenuhi Bumi ini, dan komponen penting dalam peradaban, tak mungkin ada tanpa karbon.
Karbon adalah elemen ke-15 yang paling berlimpah di kerak Bumi. Karena karbon adalah tulang punggung kehidupan, maka di dalam biosfer Bumi (lapisan kehidupan Bumi) ada 2000 milyar ton karbon.
Karbon karena valensinya empat (tetravalen), yaitu dapat berikatan dengan atom lain sampai maksimum empat atom secara bersamaan, maka karbon dapat membentuk lebih dari 20 juta senyawa kimia yang berbeda-beda. Kemampuan inilah yang menyebabkan mengapa kehidupan di Bumi begitu beragam.
Intan, adalah karbon juga yang punya sistem kristal yang sangat khusus yang terbentuk di tekanan dan temperatur tertentu puluhan sampai ratusan kilometer di bawah permukaan Bumi. Ini menyebabkan intan menjadi mineral yang paling keras yang bisa memotong semua benda lainnya. Intan dan grafit sama-sama disusun oleh karbon murni, tetapi mereka bersusunan kristal berlainan (alotrop).
Riset masih terus dilakukan atas karbon. Belakangan ditemukan bentuk kristal karbon yang sangat luar biasa yang diebut “fullerene”. Fullerene adalah sekumpulan grafit/karbon murni dalam bentuk tabung-tabung (nanotubes) atau bola-bola (buckyballs) yang ternyata ratusan kali lebih kuat daripada baja.
——————————————-
“The Periodic Table” tulisan Parsons & Dixon (2013) membuat kita melek tentang seluruh elemen yang membentuk semua benda di Alam Semesta, termasuk kita. Sebuah buku yang sangat baik, ditulis sesuai kemajuan mutakhir. Membacanya mudah, tetapi tetap membaca seluruh (118) elemen yang dijelaskannya yang tak mudah…
Meskipun sampai sekarang kita telah mengetahui seluruh elemen di Alam Semesta, termasuk yang hanya ada di laboratorium, tetapi semua itu hanyalah menyusun sekitar 15 % dari seluruh materi di Alam Semesta. Sementara sisanya, 85 %, adalah “dark matter”, yang tidak kita ketahui dan tidak tersusun atas elemen-elemen kimiawi yang dimuat di tabel periodik unsur. Benda gelap ini tak punya proton, neutron dan elektron, tetapi ada dan dominan. Dark matter, masih misterius. Alam nan menarik ini memang masih menyimpan banyak misteri. ***
Tektonesiana 