Atom adalah "bahan penyusun materi". Apa pun yang memiliki massa dan menempati ruang (dengan memiliki volume) terdiri dari unit-unit kecil yang mungil ini. Itu berlaku untuk udara yang Anda hirup, air yang Anda minum, dan tubuh Anda sendiri.
Isotop adalah konsep penting dalam mempelajari atom. Ahli kimia, fisikawan, dan ahli geologi menggunakannya untuk memahami dunia kita. Tetapi sebelum kita dapat menjelaskan apa itu isotop - atau mengapa isotop itu sangat penting - kita perlu mundur selangkah dan melihat atom secara keseluruhan.
Dunia Atom kita
Seperti yang mungkin Anda ketahui, atom memiliki tiga komponen utama - dua di antaranya berada di inti. Terletak di pusat atom, nukleus adalah sekumpulan partikel yang sangat padat. Beberapa dari partikel tersebut adalah proton, yang memiliki muatan listrik positif.
Telah terdokumentasi dengan baik bahwa muatan berlawanan menarik. Sementara itu, benda-benda bermuatan serupa cenderung saling tolak. Jadi, inilah pertanyaannya: Bagaimana dua atau lebih proton - dengan muatan positifnya - hidup berdampingan dalam inti yang sama? Bukankah seharusnya mereka saling mendorong?
Di situlah neutron berperan. Neutron adalah partikel subatom yang berbagi inti dengan proton. Tetapi neutron tidak memiliki muatan listrik. Sesuai dengan namanya, neutron bersifat netral, tidak bermuatan positif maupun negatif. Itu adalah atribut penting. Berdasarkan netralitasnya, neutron dapat menghentikan proton agar tidak mendorong satu sama lain keluar dari nukleus.
"Dasar, My Dear Watson"
Mengorbit inti adalah elektron, partikel ultra-ringan dengan muatan negatif. Elektron memfasilitasi ikatan kimiawi - dan pergerakannya dapat menghasilkan sesuatu yang disebut listrik . Proton tidak kalah pentingnya. Untuk satu hal, mereka membantu ilmuwan membedakan unsur-unsur.
Anda mungkin telah memperhatikan bahwa di sebagian besar versi tabel periodik , setiap kotak memiliki angka kecil yang tercetak di sudut kanan atas. Angka itu dikenal sebagai nomor atom. Ini memberi tahu pembaca berapa banyak proton dalam inti atom dari suatu unsur. Misalnya, nomor atom oksigen adalah delapan. Setiap atom oksigen di alam semesta memiliki inti dengan tepat delapan proton; tidak lebih, tidak kurang.
Tanpa susunan partikel yang sangat spesifik ini, oksigen tidak akan menjadi oksigen. Setiap nomor atom unsur - termasuk oksigen - benar-benar unik. Dan itu adalah sifat yang menentukan. Tidak ada unsur lain yang memiliki delapan proton per inti. Dengan menghitung proton, Anda dapat mengidentifikasi atom. Sebagaimana atom oksigen akan selalu memiliki delapan proton, atom nitrogen selalu memiliki tujuh proton. Sesederhana itu.
Neutron tidak mengikuti. Inti atom oksigen dijamin memiliki delapan proton (seperti yang telah kita tentukan). Namun, mungkin juga mengandung empat hingga 20 neutron . Isotop adalah varian dari unsur kimia yang sama yang memiliki jumlah neutron berbeda.
Sekarang, setiap isotop diberi nama berdasarkan nomor massanya, yang merupakan jumlah gabungan dari neutron dan proton dalam sebuah atom. Misalnya, salah satu isotop oksigen yang lebih terkenal disebut oksigen-18 (O-18). Ia memiliki delapan proton standar ditambah 10 neutron.
Ergo, nomor massa O-18 adalah - coba tebak - 18. Isotop terkait, oksigen-17 (O-17), memiliki satu neutron lebih sedikit di dalam nukleus.
Merasa Tidak Stabil
Beberapa kombinasi lebih kuat dari yang lain. Ilmuwan mengklasifikasikan O-17 dan O-18 sebagai isotop stabil. Dalam isotop stabil, kekuatan yang diberikan oleh proton dan neutron terus satu sama lain bersama-sama , secara permanen menjaga inti utuh.
Di sisi lain, inti dalam isotop radioaktif, juga disebut " radioisotop ", tidak stabil dan akan membusuk seiring waktu. Benda-benda ini memiliki rasio proton-neutron yang secara fundamental tidak berkelanjutan dalam jangka panjang. Tidak ada yang mau tinggal dalam kesulitan itu. Oleh karena itu, isotop radioaktif akan melepaskan partikel subatomik tertentu (dan melepaskan energi) sampai mereka mengubah dirinya menjadi isotop yang bagus dan stabil.
O-18 stabil, tetapi oksigen-19 (O-19) tidak. Yang terakhir pasti akan rusak - cepat! Dalam 26,88 detik sejak pembuatannya, sampel O-19 dijamin akan kehilangan setengah dari atomnya karena kerusakan akibat peluruhan.
Itu artinya O-19 memiliki waktu paruh 26,88 detik. Waktu paruh adalah jumlah waktu yang dibutuhkan 50 persen sampel isotop untuk meluruh. Ingat konsep ini; kita akan menghubungkannya ke paleontologi di bagian selanjutnya.
Tetapi sebelum kita berbicara tentang ilmu fosil, ada satu hal penting yang perlu dibuat. Tidak seperti oksigen, beberapa unsur tidak memiliki isotop stabil sama sekali. Pertimbangkan uranium. Di alam ada tiga isotop logam berat ini, dan semuanya radioaktif , dengan inti atom dalam keadaan peluruhan yang konstan. Akhirnya, sebongkah uranium akan berubah menjadi unsur yang sama sekali berbeda.
Jangan repot-repot mencoba melihat transisi secara real time. Prosesnya berlangsung sangat, sangat lambat.
Mendapatkan Tanggal (Dan Tetap Sehat)
Uranium-238 (U-238), isotop unsur yang paling umum, memiliki waktu paruh sekitar 4,5 miliar tahun ! Secara bertahap, itu akan menjadi lead-206 (Pb-206), yang stabil. Demikian juga, uranium-235 (U-235) - dengan waktu paruh 704 juta tahun - bertransisi menjadi timbal-207 (Pb-207), isotop stabil lainnya.
Bagi ahli geologi, ini adalah informasi yang sangat berguna. Misalkan seseorang menemukan lempengan batu yang kristal zirkonnya mengandung campuran U-235 dan Pb-207. Rasio kedua atom ini dapat membantu ilmuwan menentukan umur batuan.
Begini caranya: Katakanlah jumlah atom timbal jauh melebihi rekan-rekan uraniumnya. Dalam hal ini, Anda tahu bahwa Anda sedang melihat batu yang cukup tua. Bagaimanapun, uranium punya banyak waktu untuk mulai mengubah dirinya menjadi timbal. Di sisi lain, jika yang terjadi adalah sebaliknya - dan atom uranium lebih umum - maka batuan harus berada di sisi yang lebih muda.
Teknik yang baru saja kita jelaskan disebut penanggalan radiometrik . Itu adalah tindakan menggunakan tingkat peluruhan isotop tidak stabil yang terdokumentasi dengan baik untuk memperkirakan usia sampel batuan dan formasi geologi. Ahli paleontologi memanfaatkan strategi ini untuk menentukan berapa lama waktu yang telah berlalu sejak fosil tertentu diendapkan. (Meskipun tidak selalu memungkinkan untuk menentukan tanggal spesimen secara langsung .)
Anda tidak perlu menjadi ahli prasejarah untuk menghargai isotop. Praktisi medis menggunakan beberapa jenis radioaktif untuk memantau aliran darah, mempelajari pertumbuhan tulang, dan bahkan melawan kanker. Radioisotop juga telah digunakan untuk memberikan pemahaman kepada petani tentang kualitas tanah .
Jadi begitulah. Sesuatu yang tampak abstrak seperti variabilitas neutron mempengaruhi segala sesuatu mulai dari pengobatan kanker hingga misteri waktu yang dalam. Sains itu luar biasa.
SEKARANG ITU MENYENANGKAN
Olahraga dan sains lebih sering bertemu daripada yang Anda pikirkan. Kota terbesar di New Mexico mendapatkan tim bisbol liga kecil baru pada tahun 2003. Namanya? Isotop Albuquerque. Referensi ke episode Musim 12 dari "The Simpsons," nama tim yang tidak biasa memiliki efek samping yang menyenangkan: Karena kebutuhan, karyawan kasar secara teratur membagikan pelajaran kimia kepada penggemar yang ingin tahu.
