Home Sains & Teknologi Apakah Atom Benar-Benar Saling Menyentuh ?

Apakah Atom Benar-Benar Saling Menyentuh ?

52
0

Jawabannya tergantung pada apa yang Anda maksud dengan “sentuhan”.

atoms 1 - Apakah Atom Benar-Benar Saling Menyentuh ?
Render artistik dua atom hidrogen bergerak berdekatan satu sama lain. Pada titik apa mereka “menyentuh”? Itu tergantung pada apa yang Anda maksud dengan sentuhan. Gambar Domain Publik, sumber: Christopher S. Baird.

Jawabannya tergantung pada apa yang Anda maksud dengan “sentuhan”. Ada tiga kemungkinan makna sentuhan pada tingkat atom: 1) dua objek saling mempengaruhi, 2) dua objek saling mempengaruhi secara signifikan, atau 3) dua objek berada di lokasi yang sama persis. Perhatikan bahwa konsep sentuhan sehari-hari (yaitu batas keras dua objek ada di lokasi yang sama) tidak masuk akal pada tingkat atom karena atom tidak memiliki batas keras.

Atom bukanlah bidang yang benar-benar padat. Mereka adalah awan probabilitas kuantum fuzzy yang diisi dengan elektron yang menyebar ke bentuk bergelombang awan yang disebut “orbital”. Seperti awan di langit, atom dapat memiliki bentuk dan lokasi tanpa memiliki batas yang keras. Ini dimungkinkan karena atom memiliki daerah dengan kepadatan tinggi dan daerah dengan kepadatan rendah.

Ketika kita mengatakan bahwa sebuah atom berada di titik A, apa yang sebenarnya kita maksudkan adalah bahwa bagian kerapatan tinggi dari awan probabilitas atom terletak di titik A. Jika Anda meletakkan elektron dalam sebuah kotak (seperti yang dilakukan dalam laser quantum dot laser), elektron itu hanya sebagian besar di dalam kotak. Bagian dari fungsi gelombang elektron bocor melalui dinding kotak dan keluar hingga tak terbatas. Ini memungkinkan efek tunneling kuantum, yang digunakan dalam pemindaian mikroskop tunneling.

Dengan mengingat sifat-sifat atom yang tidak solid, mari kita melihat masing-masing makna yang mungkin dari sentuhan.

1. Jika “menyentuh” ​​dianggap berarti bahwa dua atom saling mempengaruhi, maka atom selalu bersentuhan.

Dua atom yang berjarak satu mil terpisah masih memiliki fungsi gelombang yang tumpang tindih. Amplitudo fungsi gelombang satu atom pada titik di mana tumpang tindih dengan pusat atom lainnya akan sangat kecil jika jaraknya satu mil, tetapi tidak akan menjadi nol.

Pada prinsipnya, dua atom saling memengaruhi di mana pun mereka berada di alam semesta karena mereka memanjang ke segala arah. Dalam praktiknya, jika dua atom terpisah lebih dari beberapa nanometer, pengaruhnya terhadap satu sama lain biasanya menjadi sangat kecil sehingga dibayangi oleh pengaruh atom yang lebih dekat.

Oleh karena itu, walaupun dua atom yang terpisah satu mil secara teknis mungkin bersentuhan (jika kita mendefinisikan sentuhan sebagai tumpang tindih fungsi gelombang atom), sentuhan ini biasanya sangat tidak penting sehingga dapat diabaikan. Apa arti “sentuhan” ini?

Di dunia fisik, hanya ada empat cara mendasar bagi benda untuk saling mempengaruhi: melalui gaya elektromagnetik, melalui gaya nuklir kuat, melalui gaya nuklir lemah, dan melalui gaya gravitasi.

Neutron dan proton yang membentuk inti atom terikat satu sama lain dan mengalami reaksi melalui dua kekuatan nuklir. Elektron yang membentuk sisa atom terikat ke inti oleh gaya elektromagnetik. Atom terikat ke dalam molekul, dan molekul terikat pada benda sehari-hari oleh gaya elektromagnetik. Akhirnya, planet-planet (serta benda-benda astronomi besar lainnya) dan benda-benda makroskopis di permukaan planet ini terikat bersama oleh gravitasi.

Jika dua atom dipegang satu meter terpisah, mereka saling bersentuhan melalui keempat kekuatan fundamental. Namun, pada atom-atom secara umum, gaya elektromagnetik cenderung mendominasi gaya-gaya lainnya. Apakah ini mengarah ke sentuhan?

Jika dua atom terpisah terlalu jauh, interaksinya terlalu lemah dibandingkan dengan benda lain di sekitarnya. Ketika dua atom cukup dekat, interaksi ini dapat menyebabkan banyak hal. Seluruh bidang kimia dapat disimpulkan sebagai studi tentang semua hal menarik yang terjadi ketika atom cukup dekat untuk saling mempengaruhi secara elektromagnetik.

Jika dua atom adalah non-reaktif dan tidak membentuk ikatan kovalen, ionik, atau hidrogen, maka interaksi elektromagnetiknya biasanya berbentuk gaya Van der Walls. Dalam efek Van der Walls, dua atom yang berdekatan satu sama lain menginduksi momen dipol listrik satu sama lain, dan dipol ini kemudian menarik satu sama lain secara lemah melalui tarikan elektrostatik.

Sementara pernyataan bahwa “semua atom di planet ini selalu menyentuh semua atom lain di planet ini” sepenuhnya benar sesuai dengan definisi sentuhan ini, itu tidak sangat membantu. Sebagai gantinya, kita dapat secara sewenang-wenang mendefinisikan perimeter efektif yang berisi sebagian besar atom, dan kemudian mengatakan bahwa bagian mana pun dari atom yang meluas melampaui perimeter itu tidak layak diperhatikan. Ini membawa kita ke definisi sentuhan berikutnya.

2. Jika “menyentuh” ​​diartikan bahwa dua atom saling mempengaruhi secara signifikan, maka atom memang saling bersentuhan, tetapi hanya ketika keduanya cukup dekat.

Masalahnya adalah bahwa apa yang merupakan “signifikan” terbuka untuk interpretasi. Sebagai contoh, kita dapat mendefinisikan batas luar atom sebagai permukaan matematika yang mengandung 95% massa elektron atom. Dengan 95% kerapatan probabilitas elektron atom yang terkandung dalam permukaan matematika ini, kita dapat mengatakan bahwa atom tidak menyentuh sampai daerah 95% mereka mulai tumpang tindih.

Cara lain untuk menetapkan batas efektif pada atom adalah dengan mengatakan bahwa atom itu ada di tengah-tengah antara dua atom yang terikat secara kovalen. Misalnya, dua atom hidrogen yang terikat secara kovalen satu sama lain untuk membentuk molekul H2 memiliki pusatnya dipisahkan oleh 50 pikometer. Mereka dapat dianggap sebagai “menyentuh” ​​pada pemisahan ini. Dalam pendekatan ini, atom bersentuhan setiap kali mereka cukup dekat sehingga berpotensi membentuk ikatan kimia.

3. Jika “menyentuh” ​​diartikan bahwa dua atom berada di lokasi yang sama persis, maka dua atom tidak pernah menyentuh pada suhu kamar karena prinsip pengecualian Pauli.

Prinsip eksklusi Pauli adalah apa yang membuat semua atom dalam tubuh kita tidak runtuh menjadi satu titik. Menariknya, pada suhu yang sangat rendah, atom-atom tertentu dapat diarahkan ke lokasi yang sama persis. Hasilnya dikenal sebagai kondensat Bose-Einstein. Sekali lagi, atom tidak pernah menyentuh arti kata sehari-hari karena alasan sederhana bahwa mereka tidak memiliki batasan yang keras. Tetapi dalam arti kata “sentuhan” yang memiliki makna pada level atom, atom tentu saja bersentuhan.

Sumber: West Texas A&M University

printfriendly button - Apakah Atom Benar-Benar Saling Menyentuh ?

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here