I Made Sukarna
B. Massa Atom Relatif dan Massa Molekul Relatif
Materi adalah segala sesuatu yang mempunyai masa dan volum. Teori atom Dalton mengatakan bahwa bagian terkecil dari materi adalah atom. Atom dengan demikian mempunyai massa. Teori atom Dalton sangat memacu penelitian mencari massa satu atom suatu unsur. Bagaimanakah menentukan massa satu atom suatu unsur dan bagaimanakah satuannya?
Ahli kimia John Dalton pertama kali menyarankan massa satu atom hidrogen sebagai satu satuan massa atom. Francis Aston, penemu spektrometer massa, menggunakan 1/16 dari massa satu atom oksigen-16 sebagai satu satuan massa atom. Sehingga sebelum tahun 1961 ahli fisika mendefinisikan satu satuan massa atom (sma) (the physical atomic mass unit (amu)) sebagai 1⁄16 dari massa satu atom oksigen-16. Namun
atom oksigen. Jadi sebelum tahun 1961 ahli-ahli fisika dan ahli-ahli kimia menggunakan simbul sma (amu) sebagai satu satuan massa atom dengan harga sedikit berbeda. Satuan
lama ini kadang-kadang sekarang masih dijumpai dalam literatur ilmiah. Tetapi standar satuan massa atom yang diterima sekarang adalah satuan massa atom yang diseragamkan (the unified atomic mass unit) dengan simbul u (symbol u), dengan: 1 u = 1,0003179 sma
(amu) skala fisika (physical scale) dan 1 u = 1,000 043 sma (amu) skala kimia (chemical scale). Kedua satuan massa atom terdahulu harganya lebih kecil daripada satuan massa
atom yang telah diseragamkan (the unified atomic mass unit), yang telah diadopsi oleh
IUPAP (the International Union of Pure and Applied Physics) pada tahun 1960 dan oleh
IUPAC (the International Union of Pure and Applied Chemistry) pada tahun 1961. Sejak
tahun 1961, satu satuan massa atom didefinisikan sama dengan seperduabelas (1/12) dari massa satu atom karbon-12 yang tidak terikat, dalam keadaan diam (at rest), dan dalam
tahana dasar (ground state). Dengan demikian dapat dipahami bahwa massa satu atom
larbon-12 adalah tepat 12 u.
Berdasarkan keterangan di atas, massa satu atom suatu unsur saat ini ditetapkan dengan membandingkannya terhadap standar tertentu yaitu standar atom karbon-12 dengan massa 12 u tepat. Sehingga istilah yang tepat untuk massa satu atom suatu unsur adalah
massa atom relatif dengan simbul Ar dengan tanpa satuan. Sesuai dengan standar karbon-12, maka massa atom relatif suatu unsur adalah massa rata-rata suatu atom unsur berdasarkan kelimpahan nuklidanya, relatif terhadap massa satu nuklida karbon-12 yang tidak terikat, dalam keadaan diam (at rest), dan dalam tahana dasar (ground state.
Adakah hubungan antara massa atom dengan satuan u dengan satuan massa yang telah dikenal yaitu gram ? Massa satu atom karbon-12 ditetapkan 12,00 u tepat dan telah didapatkan bahwa massa satu atom karbon-12 adalah 1,9926786 x 10−23 gram. Dengan demikian seperduabelas dari massa satu atom karbon-12 dalam gram ini sama dengan 1u. Jadi, 1 u = 1,9926786 10 23 1,660566 10 24 12 1 − = − x gram x
x gram. Jadi jelaslah bahwa
satuan massa atom ada hubungannya dengan satuan massa yang telah dikenal yaitu gram. Besaran massa dengan demikian mempunyai 2 satuan yaitu u dan gram. Bila membicarakan massa satu atom, satuan yang sering digunakan adalah u. Sebagai contoh massa satu atom karbon adalah 12,00 u. Pada literatur biokimia dan biologi molecular (khususnya buku-buku rujukan untuk protein) satu satuan massa atom yang digunakan adalah dalton dengan simbul Da. Oleh karena protein adalah molekul yang besar, maka
satuannya dinyatakan sebagai kilodaltons, atau "kDa". Satu kilodalton sama dengan 1000 dalton.
Satuan massa yang diseragamkan (u), atau dalton (Da) atau kadang-kadang disebut
juga sebagai satuan massa yang universal (universal mass unit), adalah suatu satuan
massa yang kecil yang digunakan untuk menyatakan massa atom dan massa molekul.
Berdasarkan harga 1 u tersebut, massa atom relatif (Ar ) suatu unsur didefinisikan sebagai bilangan yang menyatakan angkabanding antara massa rata-
rata satu atom unsur itu dengan
12 1
massa satu atom karbon-12 yang tidak terikat, dalam keadaan diam (at rest), dan dalam tahana dasar (ground state.
Definisi massa atom relatif itu dapat dituliskan sebagai berikut ini. Ar = 12 - karbon atom satu massa x 12 1 unsur atom rata - rata massa
Berdasarkan definisi itu dapat dipahami bahwa bila massa rata-rata atom unsur dapat ditentukan, maka massa rata-rata atom unsur itu merupakan Ar atom unsur itu. Mengapa massa atom unsur dinyatakan dengan massa rata-rata atom unsur itu?
Di alam ini, tidak ada materi yang ukurannya (massa) sama. Ada materi yang besar dan ada materi yang kecil. Materi yang sejenis pun ukurannya (massa) dapat tidak sama. Sebagai contoh, telur ayam ada yang besar dan ada yang kecil. Bila ada 2 telur ayam yang ukurannya (massa) tidak sama maka massa kedua telur ayam itu disebut sebagai massa rata-rata dan yang tentunya dapat ditentukan. Demikian pula bila ada 6 telur ayam massanya masing-masing a gram dan 4 telur ayam massanya masing-masing b gram, maka massa rata-rata ke 10 telur ayam itu dapat ditentukan. Coba tentukan massa rata-rata ke sepuluh telur ayam itu.
Atom-atom suatu unsur pun massanya tidak sama. Penentuan massa rata-rata atom suatu unsur tidak sesederhana sebagaimana penentuan massa rata-rata telur ayam. Bagaimanakah penentuan massa rata-rata atom suatu unsur yang merupakan massa atom relatif atom unsur itu?
1. Penentuan massa Atom Relatif dengan Spektometer massa (Mass Spectrometer,
MS)
Massa atom relatif dapat ditentukan dengan menggunakan spektrometer massa. Gambar 1 berikut ini menunjukkan diagram sederhana dari spektrometer massa.
Prinsip kerja spektrometer massa adalah sebagai berikut ini. Suatu sampel unsur tertentu diletakkan di ruang penguapan (vaporisasi), di tempat itu sampel diuapkan menjadi atom-atom gas. Atom-atom gas tersebut kemudian diionisasikan dengan menggunakan pemanas di ruang ionisasi sehingga atom-atom gas menjadi ion-ion positif. Di ruang akselerasi, ion-ion positif di akselerasi menggunakan medan listrik ke arah plat Y. Medan listrik ini dihasilkan oleh suatu tegangan tinggi di antara plat X dan Y. Ion-ion positif kemudian dibelokkan oleh medan magnet. Ion-ion dengan massa kecil paling mudah dibelokkan dan akan jatuh pada detector mendekati A. Ion-ion dengan massa lebih besar sulit dibelokkan dan jatuh pada detector mendekati B. Hubungan jari-jari gerakan melingkar ion-ion positif dengan angkabanding massa ion positif terhadap muatannya (
e m ) adalah : E r H e m 2 2 2 = . ………...…. (1.1) Di sini, e m
= angkabanding massa partikel terhadap muatannya, H = kekuatan medan magnet, dan E = perubahan voltase untuk mempercepat ion.
Persamaan 1.1 menandaskan bahwa
e m
ion positif berbanding lurus terhadap jari- jari gerakan. Ion positif
dengan harga
e m
berbeda akan menempuh jalan lingkar yang berbeda dan akan jatuh pada detector di tempat yang berbeda. Ion positif dengan
e m
sama, akan melalui jalan yang sama dan akan jatuh pada detektor di tempat yang sama. Partikel bermuatan yang jatuh pada detektor akan dinetralkan oleh elektron sehingga menimbulkan arus dan dicatat sebagai puncak- puncak pada kertas