Fenomena Raksa cair dan emas lunak

Fenomena relativitas : Mengapa Raksa cair dan emas lunak?

 

Salah satu yang membuat saya menyukai kimia adalah banyak fenomena alam yang bisa dijelaskan dengan kimia. Mungkin sebagian dari kita ada yang pernah bertanya,” kenapa ya raksa kok cair atau emas kok lunak padahal kedauanya termasuk logam?” . Setelah sekian lama mencari jawabanya akhirnya saat kuliah kimia anorganik 3 saya mendapatkan jawabannya.

Jika sebelumnya kita berbicara “life at molecular level” maka untuk menjawab fenomena ini kita harus lebih ke dalam lagi yaitu ” life at atomic level” dan ditambah dengan sedikit pengetahuan tentang fisika modern. Sebagaimana yang telah kita ketahui, elektron bergerak mengelilingi inti atom pada orbital tertentu yang sesuai dengan tingkat energi elektron. Orbital merupakan daerah atau ruang yang peluang menemukan elektronnya terbesar dan dalam teori klasik disebut lintasan. Karena elektron bermuatan negatif sedangakan inti atom bermuatan positif, terjadi gaya tarik antara inti ataom dengan elektron yang disebut gaya Coloumb. Semakin besar muatan inti atom ( jumlah proton makin banyak) maka gaya tarik ini akan makin besar.

Dari sistem periodik kita dapat menentukan konfigurasi elektron untuk raksa adalah [Kr]4f¹⁴5d¹⁰6s².  Sebagaimana kita ketahui ikatan logam terbentuk dari penggunaan bersama seluruh elektron valensi dari suatu material. Semakin banyak elektron valensi yang terlibat maka ikatan logam akan semakin kuat. Berdasarkan konfigurasi elektron di atas maka terlihat bahwa raksa memiliki dua elektron valensi sama dengan barium (Ba) yang memilki konfigurasi [Kr]6s², tetapi titik leleh yang mencerminkan kekuatan ikatan logam berbeda jauh yaitu barium meleleh pada suhu 727 ⁰C sedangkan raksa -38,3⁰C.

Hal ini disebabkan ada efek relativitas pada raksa. Bagi yang sudah pernah belajar relativitas dan masih ingat hingga sekarang, insya Allah akan mudah memahaminya. Akan tetapi, bagi yang belum pernah belajar atau sudah melupakan pelajaran fisika dasar di TPB pembahasan singkat berikut semoga bisa membantu. Konsep relativitas dikemukakan oleh Albert Einstein. Sebenarnya ada dua macam relativitas yaitu umum dan khusus, tetapi yang akan kita gunakan adalah relativitas khusus. Asas dasar dari teori ini adalah hukum fisika harus berlaku sama dimana-mana (bukan bermaksud menyombongkan fisika, tetapi memang begitu adanya) dan kecepatan cahaya harus sama kapanpun dan dimanapun kita mengamatinya. Hal ini akan menyebabkan ada fenomena baru yaitu kontraksi panjang ( panjang suatu benda yang teramati menjadi lebih kecil), massa benda membesar dan waktu menjadi lebih panjang..seru kan? Ambil mata kuliahnya di Fisika ITB. Akan tetapi, gejala ini baru teramati secara nyata pada benda yang bergerak dengan kecepatan tinggi yang mendekati kecepatan cahaya.

Kembali ke pembahasan raksa, kita tahu bahwa merkuri memiliki jumlah proton yang jauh lebih banyak dibandingkan barium sehingga gaya coloumb antara inti dan elektron 6s  di raksa lebih besar. Agar elektron 6s tidak jatuh ke inti maka elektron tersebut harus bergerak lebih cepat. Pada raksa, kecepatan elektron 6s tersebut mendekati kecepatan cahaya sehingga massa elektron 6s pada raksa akan membesar. Hal ini mengakibatkan energi elektron 6s tersebut semakin rendah (semakin besar, tapi tandanya negatif). Karena energi elektron 6s makin negatif maka jarak inti dan  elektron 6s semakin dekat. Hal ini menyebabkan  elektron 6s pada raksa yang seharusnya menjadi elektron valensi tertarik ke dalam atom mendekati inti bahkan menjadi elektron dalam (bukan lagi elktron valensi) dan orbital 5d menjadi di luar . Karena elektron valensi raksa menjadi elektron dalam dan orbital 5d raksa sudah penuh maka ikatan logam pada raksa menjadi sangat lemah sehingga raksa pada suhu kamar berwujud cair.

gambar :Emas

sumber :google.com

Fenomena yang lain yaitu mengapa emas lunak juga dapat dijelaskan dengan pendekatan di atas karena emas memiliki konfigurasi [Kr]4f¹⁴ 5d¹⁰6s¹. Sebagaimana raksa, orbital 6s di emas berubah orbital dalam, tetapi saat itu terjadi transisi satu elektron dari 5d ke 6s sehingga konfigurasinya menjadi [Kr]4f¹⁴ 5d¹⁰6s¹. Oleh karena itu, ikatan logamnya masih lebih kuat dibandingkan raksa sebab meskipun elektron valensi di 6s berubah menjadi menjadi elektron dalam, masih ada orbital 5d yang belum terisi penuh (masih ada 1 elektron tidak berapsangan) walaupun tetap  lebih lemah dari kebanyakan logam. Akibatnya, meskipun berwujud padat, emas sangat lunak.

Sebenarnya tidak hanya raksa dan emas yang mengalami efek relativistik tersebut, unsur lain yang memiliki jumlah proton yang sangat banyak  juga mengalami hal serupa. Ciri unsur yang mengalami efek ini adalah mempunyai orbital f baik 4f maupun 5f. Jika kita belajar lebih lanjut, keseluruhan efek ini menghasilkan fenomena kontraksi lantanida dan kontraksi aktinida.

sumber : id.wikipedia.org

                wordpress.com