Spektrum Massa Unsur-unsur

Artikel ini akan membahas informasi yang dapat anda peroleh dari spektrum massa sebuah unsur. Artikel ini menunjukkan bagaimana anda dapat menemukan massa dan jumlah relatif berbagai isotop dari sebuah unsur dan menggunakan informasi tersebut untuk menghitung massa atom relatif sebuah unsur.

Terlebih lagi, artikel ini juga akan membahas permasalahan yang disebabkan oleh unsur yang memiliki molekul diatomik seperti klorin (Cl2).

Spektrum Massa Unsur Monoatomik
Unsur monoatomik meliputi semua unsur kecuali unsur- unsur seperti klorin, Cl2, yang merupakan molekul yang memiliki jumlah atom lebih dari satu.

Spektrum Massa Boron


Jumlah Jenis Isotop

Kedua puncak pada spektrum massa diatas menunjukkan keberadaan 2 jenis isotop dari unsur boron dengan massa isotop relatif 10 dan 11 dalam skala atom 12C.

Catatan: Isotop - isotop merupakan atom - atom yang berasal dari unsur yang sama. Mereka memiliki jumlah proton yang sama, namun memiliki massa yang berbeda yang disebabkan oleh perbedaan jumlah netron.

Dalam artikel ini, kami memakai dasar asumsi bahwa semua ion yang terdata memiliki muatan 1+. Dengan demikian, massa/rasio muatan (m/z) akan secara langsung memberikan massa isotop.

Skala atom 12C adalah skala yang memiliki basis bahwa massa dari atom 12C adalah 12

Jumlah Isotop

Perbandingan besaran puncak-puncak dalam grafik di atas akan dapat secara langsung menunjukkan jumlah relatif isotop - isotop. Puncak tertinggi seringkali diberi nilai 100 - namun anda dapat menggunakan bentuk ukuran (skala) lainnya.

Anda dapat menemukan jumlah relatif dari isotop-isotop dengan mengukur panjangnya garis dalam diagram.

Dalam kasus ini, kedua isotop dengan jumlah relatifnya adalah:

boron-10 23
boron-11 100

Memahami Massa Atom Relatif

Massa atom relatif dari sebuah unsur memiliki simbol Ar dan memiliki definisi:

Massa atom relatif sebuah unsur merupakan berat rata-rata dari massa isotop -isotop unsur tersebut secara relatif terhadap 1/12 massa carbon 12C.

Kata gBerat rata-ratah dalam definisi di atas menandakan ketidakseragaman dalam jumlah berbagai isotop sebuah unsur. Contoh di bawah ini akan mengklarifikasi pernyataan ini.

Katakanlah anda memilikli 123 atom Boron yang tipikal. 23 darinya adalah 10B dan 100 sisanya adalah 11B

Massa totalnya adalah (23 x 10) + (100 x 11) = 1330

Massa rata-rata dari 123 atom-atom ini adalah 1330/123 = 10.8

Jadi, 10.8 merupakan massa atom relatif dari unsur boron. Penghitungan rata-rata secara simplistik dari 10 dan 11 tentunya akan menghasilkan 10.5. Namun jawaban Anda yang menunjukkan angka 10.8 mengindikasikan dominasi isotop unsur boron yang lebih berat (boron-11) yang menyebabkan berat rata- rata unsur boron mendekati massa isotop boron-11.

Massa Spektrum Zirconium


Jumlah Jenis Isotop

Kelima puncak pada grafik spektrum massa diatas menunjukkan adanya 5 jenis isotop dari unsur zirconium dengan massa relatif isotop 90, 91, 92, 94, dan 96 dalam skala atom 12C.

Jumlah isotop

Dalam kasus ini, jumlah relatif isotop-isotop tersebut ditunjukkan dalam bentuk persentase. Sebagaimana telah disebutkan di atas bahwa anda dapat menemukan jumlah relatif isotop-isotop tersebut dengan mengukur panjangnya garis-garis yang terdapat dalam diagram.

Kelima isotop tersebut dengan persentase jumlah relatifnya:

zirconium-90 51.5
zirconium-91 11.2
zirconium-92 17.1
zirconium-94 17.4
zirconium-96 2.8

Memahami Massa Atom Relatif

Katakanlah anda memiliki 100 atom zirconium. 51.5 diantaranya merupakan 90Zr, 11.2 merupakan 91Zr, dan seterusnya.

Catatan: apabila anda merasa keberatan dengan angka pecahan seperti 51.5 atom 90Zr dan 11.2 atom 91Zr, umpamakanlah anda memiliki 1000 atom zirconium dan bukan 100. Dengan demikian, anda akan memiliki 515 atom 90Zr, 112 atom 91Zr, dan seterusnya.

Massa Total dari 100 atom tersebut adalah:

(51.5 x 90) + (11.2 x 91) + (17.1 x 92) + (17.4 x 94) + (2.8 x 96) = 9131.8 Massa rata-rata dari 100 atom tersebut adalah 9131.8/100 = 91.3

Jadi, 91.3 adalah massa atom relatif zirconium

Spektrum Massa Klorin

Klorin merupakan unsur yang memiliki jumlah atom lebih dari satu dalam tiap molekulnya. Mari kita amati spektrum massanya untuk melihat bentuk permasalahan yang timbul.

Klorin memiliki dua jenis isotop, 35Cl dan 37Cl, dengan perkiraanperbandingan 3 atom 35Cl dan 1 atom 37Cl. Anda mungkin memperkirakan bahwa spektrum massanya akan terlihat seperti di bawah ini:

Anda Salah !!

Permasalahannya terletak pada klorin yang merupakan molekul dan bukan atom secara individu. Ketika klorin melewati suatu proses ionisasi, sebuah elektron akan terlepas dan menyebabkan klorin menjadi molekul ion, Cl2+. Ion-ion ini tidaklah stabil dan sebagian darinya akan membentuk atom klorin dan ion Cl+.
Bila atom klorin yang terbentuk tidak terionisasi, atom klorin tersebut akan terhilang dalam mesin karena tidak mengalami percepatan maupun tumbukan.

Ion-ion Cl akan melewati mesin dan menghasilkan garis 35 dan 37, bergantung pada isotop yang ada dan anda akan mendapatkan grafik seperti di atas. Masalahnya, anda juga akan mendapatkan garis-garis yang disebabkan oleh terdeteksinya molekul-molekul ion klorin Cl2+ yang tidak mengalami proses fragmentasi.

Kita coba untuk menghitung kemungkinan kombinasi dari atom klorin-35 dan klorin-37 pada sebuah ion Cl2+.

Kombinasi antara klorin-35 dan klorin-37 dalam ion Cl2+ dapat berupa:
kedua atom adalah 35Cl, kedua atom adalah 37Cl, atau satu dari setiap jenis. Sehingga total massa dari ion Cl2+:

35 + 35 = 70
35 + 37 = 72
37 + 37 = 74

Akibatnya, anda dapat melihat adanya garis-garis di sekitar m/z = 70 seperti di bawah ini:

Garis-garis ini akan melengkapi garis-garis di m/z = 35 dan 37. Tinggi relatif dari ketiga garis m/z = 70, 72, dan 74 ini memiliki rasio 9:6:1. Namun demikian, Anda tidak dapat melakukan perbandingan antara tinggi relatif garis-garis yang terdapat pada 35/37 dan garis-garis yang terdapat pada 70/72/74. Hal tersebut akan bergantung pada proporsi dari ion molekul Cl2+ yang mengalami proses fragmentasi. Anda perlu mengetahui bahwa skala sumbu vertikal dari kedua grafik tidaklah sama.

Kedipan Molekul

Ketika para ilmuwan mengamati sesuatu, biasanya mereka mengamati begitu banyak molekul dan mengambil kesimpulan mengenai sebuah molekul "tertentu" yang didasarkan pada hasil-hasil yang didapat. Cara pendekatan ini mengandung proses pengambilan nilai rata-rata(average). Ini dapat digambarkan oleh eksperimen semu di bawah ini. Bayangkan sebuah kaleng yang berisi bermiliun - miliun dadu. Setiap dadu ini, setelah dilempar keluar dari kaleng, dapat mengirim sinyalnya sendiri ke sebuah detector, yang dapat menerima sinyal - sinyal tersebut dari semua dadu yang terlempar secara bersamaan dan mengambil nilai rata-rata dari padanya. Bayangkan sekarang, kalau semua dadu dilempar secara bersamaan. Apabila hasilnya adalah kemungkinan yang paling besar, di mana 1/6 dari dadu-dadu itu menunjukkan angka 1, 1/6 dari lagi menunjukkan angka 2, dst, alat pendetektor akan melaporkan jumlah semua sinyal yang kemudian akan dibagi dengan jumlah seluruh dadu, dan menghasilkan nilai 3.5. Si pengamat kemudian akan mengambil kesimpulan bahwa bila ia melempar dadu "tertentu", hasilnya ialah 3.5. Masalahnya sekarang ialah, dadu "tertentu" itu tidak pernah ada. Terlebih lagi, apabila kita harus menggambarkan hasil pelemparan dadu hanya berdasarkan pada nilai rata-rata, kita tidak akan pernah bisa bermain monopoli. Pelemparan "tertentu" untuk sebuah dadu "tertentu" lebih menarik dan jauh lebih berguna.

Para ilmuwan menyadari bahwa proses pengambilan rata-rata pada pengamatan ilmiah menyelubungi kelakuan yang mendetil dari sebuah molekul, dan oleh karena itu para ilmuwan telah lama tertarik untuk mengamati molekul satu-persatu. (Sebuah molekul setara dengan 1/bilangan Avogadro atau 1.66 x 1024 mol atau 1.66 ymo(yoctomol). (Seorang kimiawan baru-baru ini berguyon dan mengusulkan bahwa satuan untuk sebuah molekul seharusnya diberi nama guacamole; makanan khas amerika latin yang terdiri dari alpukat yang dihaluskan dicampur dengan cabe, tomat, dsb---red) Mengamati sebuah molekul adalah hal yang sulit, satu penyebabnya ialah karena sebuah molekul harus diisolasikan sedemikian rupa sehingga memungkinkan pengamatan. Alasan lain ialah sinyal yang diterima dari molekul tersebut haruslah cukup kuat dan alat pendeteksinya juga harus cukup sensitive untuk menghasilkan sebuah sinyal yang dapat diamati.

Para kimiawan telah berhasil mengisolasikan dan menghentikan gerak sebuah molekul dan atom dengan cara menggunakan mereka sebagai zat pewarna untuk kristal, gel atau lapisan - lapisan tipis (films). Salah satu teknik yang paling sering digunakan ialah fluorescence, proses di mana sebuah molekul, setelah menyerap cahaya, menggunakan energi yang diterima dengan mengeluarkan cahaya lagi dengan gelombang yang lebih panjang. Karena fluorescence terjadi pada lingkungan di mana tidak ada cahaya lain yang mempunyai panjang gelombang yang sama yang dapat menghasilkan sinyal juga, fluorescence adalah metode yang sangat sensitif.

Kelakuan sebuah molekul dapat diilustrasikan melalui hasil penelitian oleh sebuah grup ahli fisika kimia di University of California, San Diego yang dipimpin oleh W.E. Moerner, yang memerangkap sebuah protein ubur-ubur yang disebut green fluorescence protein (GFP) di dalam gel polyacylamide. Iradiasi dari sample ini menghasilkan banyak molekul yang menghasilkan fluorescence yang kontinyu. Namun, ketika target molekul individu ini disebar, pada sebuah sample yang kecil dan dideteksi olah teknik yang sangat sensitive (mis: fluorescence), jumlah molekul yang diamati pada jangka waktu tertentu cukup kecil untuk memungkinkan sinyal dari setiap molekul. Grup ahli fisika kimia masih meneliti sebuah grup molekul, tetapi grup molekul ini cukup kecil sehingga memungkinkan kami untuk membedakan kontribusi sinyal dari tiap molekul. Pada saat sistem molekular sel diamati sepanjang iradiasi yang terus-menerus, sinyal tersebut berkedip-kedip secara tidak teratur. Kelakuan molekul yang berkedip-kedip ini terlihat pada fluorescence dari GFP yang tersebar di dalam gel. Struktur GFP dapat dilihat di samping ini.

Kelakuan ini mungkin adalah hasil fluktuasi dalam struktur protein , lingkungannya, atau kedua - duanya. Analisa dari prinsip ini dapat memberikan penjelasan mengenai proses yang terjadi di belakangnya.

Fotokatalisis pada Permukaan TiO2

PADA abad yang lalu para peneliti berhasil mendiskripsikan fenomena fotokatalisis pada permukaan semikonduktor metal-oksida. Pertamakali dikemukakan oleh Renz tahun 1921 dan sampai tahun 1960-an mendapat antusiasme yang biasa-biasa saja dari kalangan peneliti.

Popularitas semikonduktor fotokatalisis meningkat setelah publikasi Akira Fujishima di majalah Nature 1972. Ia melaporkan pemecahan air menjadi oksigen dan hidrogen menggunakan kristal tunggal TiO2 dengan input sinar UV berenergi rendah.

Hidrogen dikenal sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan dan diproyeksikan dapat menggantikan minyak bumi.

Publikasi ini mendapat perhatian besar dan momentum kuat oleh isu krisis energi, pada masa itu, dengan ketakutan akan habisnya cadangan minyak bumi. Tentu saja pengajuan alternatif cara penyediaan energi dengan latar belakang sains yang kuat ini mendapat sambutan antusias di kalangan para peneliti. Seolah-olah problem energi dunia segera akan teratasi. Bagaimana tidak, dengan input sinar berenergi rendah (terdapat juga dalam sinar Matahari yang sampai ke Bumi) permukaan TiO2 mampu memproduksi gas hidrogen dari air dan sebagai tambahan sistem sel fotokatalisis tersebut juga menghasilkan arus listrik secara langsung.

Para peneliti berlomba mereplikasi, memverifikasi, dan mengembangkan sistem tersebut agar applicable dalam kehidupan nyata, walaupun kemudian menemui kenyataan bahwa harus menunda dulu mimpi indah energi alternatif ini. Bagaimana tidak, hanya kurang dari 1 persen input cahaya yang berhasil diubah menjadi produk energi sehingga proyek ini dinilai masih tidak ekonomis.

Namun demikian, para peneliti mendapatkan aspek lain dari fenomena fotokatalisis lebih feasible untuk tataran aplikasi keseharian, yakni turunan teknologinya sebagai pengolah air dan/atau udara, serta kemampuannya membuat permukaan bahan menjadi tetap bersih (swabersih).

Fotokatalisis yang dibicarakan di sini adalah suatu proses yang dibantu oleh adanya cahaya dan material katalis. Dengan pencahayaan ultra violet ( l < 405 nm) permukaan TiO2 mempunyai kemampuan menginisiasi reaksi kimiawi. Dalam media air, kebanyakan senyawa organik dapat dioksidasi menjadi karbon dioksida dan air, berarti proses tersebut dapat membersihkan air dari pencemar organik. Senyawa-senyawa anorganik seperti sianida dan nitrit yang beracun dapat diubah menjadi senyawa lain yang relatif tidak beracun. Sementara dengan mengelola sisi reduksi proses tersebut, karbon dioksida dapat diubah menjadi alkohol, suatu cara produksi zat organik yang berguna, mirip dengan proses fotosintesa pada tumbuhan.

Penyinaran permukaan TiO2 (bersifat semikonduktor) menghasilkan pasangan elektron dan hole positif pada permukaannya juga menjadikan permukaan tersebut bersifat polar dan/atau hidrofilik (suka akan air) dan kemudian berubah lagi menjadi nonpolar dan/atau hidrofobik (tidak suka air) setelah beberapa lama tidak mendapatkan penyinaran lagi.

Sifat hidrofilik dan hidrofobik, salah satunya, ditandai dengan ukuran sudut kontak butiran air pada permukaan lapisan tipis TiO2 tersebut, yaitu sedikit lebih besar dari 50 derajat pada saat sebelum disinari kemudian berubah menjadi mendekati 0 derajat setelah disinari. Material dengan sudut kontak sekecil itu akan sangat hidrofilik (superhidrofilik) (R Wang, Nature, 1997).

Persoalan praktis yang bisa diperbaiki dengan memanfaatkan fenomena tersebut adalah perbaikan mutu cermin atau kaca. Suatu permukaan cermin dan/atau kaca, karena memiliki sudut kontak dengan air cukup besar, jika dalam suasana kelembaban tinggi maka air yang menempel pada permukaan tersebut membentuk bintik-bintik air sehingga cermin akan tampak berkabut.

Sedangkan cermin yang diberi lapisan tipis TiO2 dan mendapat penyinaran yang sesuai akan tetap tampak bening, tidak berkabut, meski terkena uap air, karena air yang ada di permukaan mempunyai sudut kontak mendekati nol, akibatnya terjadi kontinuitas butiran air satu dengan lainnya sehingga membentuk lapisan tipis. Ini berarti kita mempunyai cermin dan/atau kaca yang tetap bening, tidak berkabut, pada saat udara menjadi sangat lembab. Dengan material tersebut cermin kamar mandi tidak akan berkabut pada saat kita menggunakan shower air hangat atau cermin/kaca spion tetap bening saat hujan.

Manfaat lain dari superhidrofilisitas permukaan tadi adalah kotoran yang bersifat suka air pada setiap bagian permukaan akan terbawa saat air mengalir di atas permukaan tersebut. Sementara kotoran yang tidak suka air (minyak) yang berarti nonpolar atau hidrofobik akan tergelincir saat berada pada permukaan yang sangat hidrofilik. Sebagai tambahan kotoran nonpolar (kebanyakan zat organik) yang tertinggal di permukaan lapisan tipis TiO2 secara pelahan akan hancur, dipecah menjadi, karbon dioksida dan air akibat proses fotokatalisis.

Arah terapan dari TiO2 fotokatalisis sangat terbuka sebagai pelapis bahan bangunan, baik untuk lantai, atap, dinding luar dan dalam suatu bangunan. Dapat juga sebagai pelapis benda-benda dekoratif, kaca lampu dan sebagainya. Keuntungan penggunaan bahan tersebut adalah benda-benda menjadi tidak mudah kotor, frekuensi pembersihan menjadi lebih lama, dan cukup dibersihkan dengan air (plus bantuan cahaya) tanpa perlu memakai bahan pembersih kimia. Permukaan benda seperti itu mampu pula secara pelahan tapi pasti menghancurkan pencemar yang melewatinya, sehingga udara menjadi lebih bersih. Akibat proses fotokatalisis, mikroorganisme pun akan mati jika berada pada permukaan seperti itu karena teroksidasi sehingga permukaan bahan menjadi lebih steril.

Lantas, kapan realisasi benda-benda seperti itu akan tersedia di pasaran? Saat ini di Jepang ada lebih dari 1.000 perusahan (besar dan kecil) yang bergerak dalam komersialisasi teknologi ini. Di belahan dunia lain seperti Amerika dan Eropa, meskipun tidak sebanyak di Jepang, mulai juga perusahaan-perusahaan masuk ke wilayah bisnis ini, baik yang melakukan lisensi teknologi dari Jepang maupun teknologi yang mereka kembangkan sendiri.

Rasanya tidak akan lama lagi produk-produk berbasis teknologi ini akan masuk juga ke belantara bisnis di Indonesia (atau sudah?), yang notabene penuh limpahan sinar Matahari sepanjang tahun. Sinar Matahari adalah sumber energi yang paling murah untuk menggerakkan proses fotokatalisis.

Akankah kita menjadi konsumen produk akhir terus-menerus?, ataukah kita akan mampu menyuplai kebutuhan sendiri, baik dengan lisensi teknologi dan/atau teknologi yang dikembangkan sendiri untuk mengisi kebutuhan (pasar) yang akan terbentuk?

Sebagai "negara miskin" tetapi memiliki sejumlah penduduk yang relatif kaya, sangat senang menikmati, dan rela membayar untuk menikmati, kemudahan dan kenyamanan yang diakomodir oleh teknologi, kiranya akan menjadi sasaran pemasaran dari "negara kaya" yang menguasai teknologi. Adalah kewajiban kita atau sebagian dari kita untuk mencermati keadaan seperti itu, tidak hanya dalam bidang teknologi yang dibicarakan di sini tetapi juga teknologi-teknologi lainnya, dan berusaha sungguh-sungguh serta konsisten meningkatkan kompetensi bangsa sendiri agar "kita" bisa bangkit menyongsong era milennium yang baru dimulai ini.

Saya percaya, setidaknya mencoba percaya, masih ada di antara kita yang bekerja dengan sungguh-sungguh dan dengan kesadaran penuh bergerak dalam format "negara miskin" (bukan berarti rendah diri) berusaha meningkatkan kompetensi bangsa sendiri dalam bidang dan/ atau lingkungannya. Mereka itu perlu "dirigen" yang memiliki visi sepadan untuk menyerasikan gelombang gerakan agar padu namun dinamis dan bergerak maju menantang badai globalisasi yang tidak lama lagi (sudah) datang menerjang.

Melihat Wajah Molekul dengan Sinar X

Kristalografi adalah cabang ilmu pengetahuan yang telah banyak menyumbangkan informasi mengenai struktur molekul, yang sangat diperlukan dalam melakukan berbagai penelitian. Informasi mengenai struktur molekul sangatlah berharga karena tanpa mengetahui wajah si molekul kita tidak mungkin bisa melakukan apa-apa terhadap molekul tersebut. Misalnya, untuk membuat obat, kita perlu mengetahui bagaimana struktur si molekul yang menjadi biang keladi secara mendetil supaya kita dapat menentukan struktur molekul obat yang tepat untuk "menangkap", atau tepatnya, mengikat struktur si molekul jahat.

Cabang ilmu kristalografi dirintis oleh seorang mahasiswa muda Cambridge ketika masih berusia 22 tahun, Bragg muda, dan ayahnya, pada tahun 1912. Karena pada saat itu Bragg masih terlalu muda, dan ayahnya sudah bekerja sebagai dosen, orang selalu menyangka bahwa si ayahlah yang berperan besar dalam penemuan ini, suatu kesalahpahaman yang membuat si anak terobsesi untuk diakui dunia sampai akhir hayatnya.

Kita tidak mungkin dapat melihat sebuah atom dengan mikroskop apapun kalau kita menggunakan cahaya biasa karena besar sebuah benda haruslah paling tidak separuh dari panjang gelombang cahaya yang dipakai untuk melihatnya. Sinar X yang panjang gelombangnya hanya 10-12 meter memungkinkan kita untuk masuk ke dalam dunia molekuler. Gelombang sinar X yang mengenai sebuah benda akan terbelokkan dan gelombang yang terbelokkan ini akan saling berinteraksi. Gelombang-gelombang ini saling menguatkan maupun saling meniadakan satu sama lain, sehingga bila diproyeksikan ke sebuah layar akan tampaklah titik-titik, (di mana gelombang-gelombang saling menguatkan) dan selebihnya tidak terlihat apa-apa (di mana gelombang-gelombang saling meniadakan).

Bila sebuah kristal yang terdiri atas atom-atom yang tersusun rapi ditembak dengan sinar X, setiap atom yang ada akan membelokkan setiap gelombang sinar X yang mengenainya dan menghasilkan pola titik-titik yang dapat diartikan sebagai peta letak setiap atom dalam kristal tersebut. Kemudian dengan rumus transformasi Fourier, titik-titik yang tampaknya tak berarti ini kembali diubah menjadi kurva meliuk-liuk yang berlapis-lapis, yang disebut peta kepadatan elektron. Bentuk kurva inilah yang merupakan bentuk molekul yang kita selidiki. Rumus-rumus yang dipakai dalam kristalografi mungkin sulit dan memusingkan. Namun sebenarnya, prinsipnya sesederhana permainan bayang-bayang di dinding dengan jari yang sering kita lakukan pada saat mati lampu. ( ~u^).

Sejak Bragg muda dan ayahnya menerima Nobel pada tahun 1915, telah banyak perubahan dalam teknik kristalografi. Misalnya, untuk molekul-molekul yang sulit dikristalkan karena daya tarik antar atomnya yang lemah, telah dikembangkan metode lain yaitu NMR (Nuclear Magnetic Resonance - resonansi magnetis inti atom) yang sekarang juga tidak kalah populernya dalam menentukan struktur molekul. Synchrotron - sebuah rotor yang dapat berputar dengan kecepatan tinggi sambil melontarkan partikel-partikel atom yang bermuatan - digunakan untuk menghasilkan sinar X berenergi tinggi, yang dapat menghasilkan peta pola atom yang lebih jelas. Kristal pun sekarang dapat dibuat dengan menyemprotkan larutan dari molekul yang ingin kita selidiki ke sebuah panel yang super dingin, sehingga kita memperoleh bukan sebuah kristal, tapi selapis kristal yang peta atomnya jauh lebih mudah dipelajari.

Pada bulan Juli 2002, lebih dari 12,000 struktur protein telah terdaftar dalam Protein Data Bank. Suatu jumlah yang tidak tanggung-tanggung. Namun para ilmuwan kristalografi tidak puas hanya dengan melihat "wajah" para molekul yang digelutinya. Mereka juga ingin melihat wajah-wajah yang "ekspresif", struktur molekul-molekul ini pada saat bekerja.

Berbagai reaksi kimia banyak melibatkan intermediate structure, yaitu struktur molekul yang hanya muncul sesaat dan kemudian hilang lagi. Untuk mengerti proses kimia secara keseluruhan, keberadaan molekul ini juga tidak kalah pentingnya dengan molekul hasil reaksi akhir, namun karena hidupnya yang sangat singkat, (yang selama beberapa picosecond, 10-12 detik), kita tidak mungkin dapat melihatnya dengan teknik kristalografi konvensional.

Dengan membiarkan reaksi berlangsung pada suhu yang serendah mungkin, kecepatan reaksi dapat diperlambat sedemikian rupa sehingga si molekul berumur pendek ini dapat dideteksi. Atau bisa juga dengan pembekuan reaksi secara mendadak, tepat pada saat intermediate structure ini terbentuk. Komposisi zat-zat yang direaksikan juga dapat diatur sehingga kesetimbangan reaksi bergeser dan intermediate structure ini banyak terbentuk.


Fotolisis merupakan teknik yang digunakan dalam penelitian myoglobin (protein yang mengikat oksigen dan menghantarkannya ke otot, kemudian mengangkut CO buangan) yang dilaporkan di Science bulan lalu. Laser yang ditembakkan ke kristal myoglobin memicu reaksi pelepasan CO oleh myoglobin. Tepat pada saat ini, sinar X ditembakkan dan gerakan myoglobin yang singkat pun diproyeksikan. Beberapa saat kemudian, sinar X kembali ditembakkan; hal ini diulang berkali-kali sehingga diperoleh banyak proyeksi gerakan myoglobin. Hasilnya, perubahan struktur myoglobin dapat dianimasikan, persis sama seperti film kartun: gambar-gambar diam yang diperlihatkan berurutan secara cepat membuat gambar itu tampak bergerak.

Kristalografi masa kini tidak hanya dapat "memotret" wajah molekul, tapi juga dapat "mem-videokan" senyumannya.

Analisis Kimia dan Fisika tentang KENTUT

Jangan cuman tahu baunya saja, but harus tahu juga proses ilmiahnya.


Selamat membaca.


1. Darimana asal kentut?


Dari gas dalam usus. Gas dalam usus berasal dari udara yg kita telan, gas


yang menerobos ke usus dari darah, gas dari reaksi kimia & gas dari


bakteri dalam perut.


2. Apa komposisi kentut?


Bervariasi. Makin banyak udara anda telan, makin banyak kadar nitrogen


dalam kentut (oksigen dari udara terabsorbsi oleh tubuh sebelum sampai di


usus). Adanya bakteri serta reaksi kimia antara asam perut & cairan usus


menghasilkan karbondioksida. Bakteri juga menghasilkan metana & hidrogen.


Proporsi masing-masing gas tergantung apa yang anda makan, berapa banyak


udara tertelan, jenis bakteri dalam usus, berapa lama kita menahan kentut.


Makin lama menahan kentut, makin besar proporsi nitrogen, karena gas-gas


lain terabsorbsi oleh darah melalui dinding usus. Orang yang makannya


tergesa-gesa kadar oksigen dalam kentut lebih banyak karena tubuhnya tidak


sempat mengabsorbsi oksigen.


3. Kenapa kentut berbau busuk?


Bau kentut karena kandungan hidrogen sulfida & merkaptan. Kedua senyawa ini


mengandung sulfur (belerang). Makin banyak kandungan sulfur dalam makanan


anda, makin banyak sulfida & merkaptan diproduksi oleh bakteri dalam perut,


& makin busuklah kentut anda. Telur & daging punya peran besar dalam


memproduksi bau busuk kentut. Kacang-kacangan berperan dalam memproduksi


volume kentut, bukan dalam kebusukannya.


4. Kenapa kentut menimbulkan bunyi?


Karena adanya vibrasi lubang anus saat kentut diproduksi. Kerasnya bunyi


tergantung pada kecepatan gas.


5. Kenapa kentut yg busuk itu hangat & tidak bersuara?


Salah satu sumber kentut adalah bakteri. Fermentasi bakteri & proses


pencernaan memproduksi panas, hasil sampingnya adalah gas busuk. Ukuran


gelembung gas lebih kecil, hangat & jenuh dengan produk metabolisme bakteri


yg berbau busuk. Ini kemudian menjadi kentut, walau hanya kecil


volumenya,tapi SBD (Silent But Deadly).


6. Berapa banyak kentut diproduksi sehari?


Rata-rata setengah liter sehari dalam 14 kali kentut.


7. Mengapa kentut keluar melalui lubang dubur?


Karena density-nya lebih ringan, kenapa gas kentut tidak melakukan


perjalanan ke atas? Tidak demikian. Gerak peristaltik usus mendorong


isinya ke arah bawah. Tekanan di sekitar anus lebih rendah. Gerak


peristaltik usus menjadikan ruang menjadi bertekanan, sehingga memaksa isi


usus, termasuk gas-nya untuk bergerak ke kawasan yg bertekanan lebih rendah,


yaitu sekitar anus. Dalam perjalanan ke arah anus, gelembung-gelembung kecil


bergabung jadi gelembung besar. Kalau tidak ada gerak peristaltik, gelembung


gas akan menerobos ke atas lagi, tapi tidak terlalu jauh, karena bentuk usus


yg rumit & berbelit-belit.


8. Berapa waktu yang diperlukan oleh kentut untuk melakukan perjalanan ke


hidung orang lain?


Tergantung kondisi udara, seperti kelembaban, suhu, kecepatan & arah


angin,berat molekul gas kentut, jarak antara 'transmitter'


dengan 'receiver'. Begitu meninggalkan sumbernya, gas kentut menyebar &


konsentrasinya berkurang. Kalau kentut tidak terdeteksi dalam beberapa


detik, berarti mengalami pengenceran di udara & hilang ditelan udara


selama-lamanya.


Kecuali kalau anda kentut di ruang sempit, seperti lift, mobil,


konsentrasinya lebih banyak, sehingga baunya akan tinggal dalam


waktu lama sampai akhirnya diserap dinding.


9. Apakah setiap orang kentut?


Sudah pasti, kalau masih hidup. Sesaat setelah meninggalpun orang masih


bisa kentut.


10. Betulkah laki-laki kentut lebih sering daripada perempuan?


Tidak ada kaitannya dengan gender.. Kalau benar, berarti perempuan menahan


kentutnya, & saat kentut banyak sekali jumlah yg dikeluarkan.


11. Saat apa biasanya orang kentut?


Pagi hari di toilet. yang disebut "morning thunder". Kalau resonansinya


bagus, bisa kedengaran di seluruh penjuru rumah.


12. Mengapa makan kacang-kanagan menyebabkan banyak kentut?


Kacang-kacangan mengandung zat gula yg tidak bisa dicerna tubuh. Gula tsb


(raffinose, stachiose, verbascose) jika mencapai usus, bakteri di usus


langsung berpesta pora & membuat banyak gas. Jagung, paprika, kubis,


kembang kol, susu juga penyebab banyak kentut (bukan baunya!).


13. Selain makanan, apa saja penyebab kentut?


Udara yang tertelan, makan terburu-buru, makan tanpa dikunyah, minum soft


drink, naik pesawat udara (karena tekanan udara lebih rendah, sehingga gas


di dalam usus mengalami ekspansi & muncul sebagai kentut).


14. Apakah kentut sama dengan sendawa, tapi muncul dari lain lubang?


Tidak... sendawa muncul dari perut, komposisi kimianya lain dengan kentut.


Sendawa mengandung udara lebih banyak, kentut mengandung gas yang


diproduksi oleh bakteri lebih banyak.


15. Kemana perginya gas kentut kalau ditahan tidak dikeluarkan?


Bukan diabsorbsi darah, bukan hilang karena bocor.. Tapi bermigrasi ke


bagian atas menuju usus & pada gilirannya akan keluar juga. Jadi bukan


lenyap,tapi hanya mengalami penundaan.


16. Mungkinkah kentut terbakar?


Bisa saja. Kentut mengandung metana, hidrogen yg combustible (gas alam


mengandung komponen ini juga). Kalau terbakar, nyala-nya berwarna biru


karena kandungan unsur hidrogen.


17. Bisakah menyalakan korek api dengan kentut?


Jangan mengada-ada... konsistensinya lain. Juga suhunya tidak cukup panas


untuk memulai pembakaran.


18. Mengapa kentut anjing & kucing lebih busuk?


Karena anjing & kucing adalah karnivora (pemakan daging). Daging kaya akan


protein. Protein mengandung banyak sulfur, jadi bau kentut binatang ini


lebih busuk. Lain dengan herbivora seperti sapi, kuda, gajah, yang


memproduksi kentut lebih banyak, lebih lama, lebih keras bunyinya, tapi


relatif tidak berbau.


19. Betulkah bisa teler kalau mencium bau kentut 2-3 kali berturut-turut?


Kentut mengandung sedikit oksigen, mungkin saja anda mengalami pusing


kalau mencium bau kentut terlalu banyak.


20. Apakah warna kentut?


Tidak berwarna. Kalau warnanya oranye seperti gas nitrogen oksida, akan


ketahuan siapa yang kentut.


21. Kentut itu apakah asam, basa atau netral?


Asam, karena mengandung karbondioksisa (CO2) & hidrogen sulfida (H2S).


22. Apa yang terjadi kalau seseorang kentut di planet Venus?


Planet Venus sudah banyak mengandung sulfur (belerang) di lapisan


udaranya, jadi kentut di sanapun tidak ada pengaruhnya.


hehehehehehe.... mantap gaK???

-==♣==- Mr_Pane -==♣==-

Spektrometer massa

Halaman ini menjelaskan bagaimana spektrum massa dibentuk dengan menggunakan spektrometer massa.

1. Bagaimana spektrometer massa bekerja

Prinsip dasar

Apabila ada sebuah benda sedang bergerak lurus dan diberikan gaya luar ke arah samping maka benda itu tidak akan bergerak lurus, melainkan ia akan bergerak membelok ke arah samping karena adanya gaya luar tersebut.

Misalkan anda sedang menghadapi sebuah bola meriam yang sedang melewati anda dan anda mau membelokkannya pada saat tepat lewat di depan anda. Dan alat yang anda punya hanyalah sebuah selang penyemprot air yang dihubungkan dengan sebuah pompa jet. Sejujurnya, apa yang anda lakukan .itu tidak akan berpengaruh banyak. Karena bola meriam itu sangat berat dan ia tidak akan membelok dari jalur lurusnya.

Tapi coba kita pikir lagi, anda mencoba membelokan sebuah bola tenis yang sedang bergerak dengan kecepatan yang sama dengan bola meriam tersebut dengan menggunakan selang penyemprot air yang sama. Karena bola tenis ini sangat ringan, maka ia akan membelok dengan amat sangat.

Berapa besar penyimpangan yang akan terjadi karena gaya luar itu, tergantung pada massa benda tersebut (dalam hal ini bola). Apabila kecepatan bola dan besarnya gaya luar itu diketahui�Aanda bisa menghitung massa bola tersebut jika sudah diketahui bagaimana pola pembelokan yang terjadi pada bola tersebut. Semakin kecil pembelokan yang terjadi, berarti semakin berat massa bola tersebut.(Perhitungan yang sebenarnya tidaklah terlalu sulit) Prinsip diatas tersebut dapat juga diterapkan pada benda atau partikel seukuran atom.

2. Garis besar tentang apa yang terjadi dalam alat spektrometer massa

Atom dapat dibelokkan dalam sebuah medan magnet (dengan anggapan atom tersebut diubah menjadi ion terlebih dahulu). Karena partikel-partikel bermuatan listrik dibelokkan dalam medan magnet dan partikel-partikel yang tidak bermuatan (netral) tidak dibelokkan.

Urutannya adalah sebagai berikut:

Tahap pertama : Ionisasi

Atom di-ionisasi dengan �emengambil�f satu atau lebih elektron dari atom tersebut supaya terbentuk ion positif. Ini juga berlaku untuk unsur-unsur yang biasanya membentuk ion-ion negatif (sebagai contoh, klor) atau unsur-unsur yang tidak pernah membentuk ion (sebagai contoh, argon). spektrometer massa ini selalu bekerja hanya dengan ion positif.

Tahap kedua : Percepatan

Ion-ion tersebut dipercepat supaya semuanya mempunyai energi kinetik yang sama.

Tahap ketiga : Pembelokan

Ion-ion tersebut dibelokkan dengan menggunakan medan magnet, pembelokan yang terjadi tergantung pada massa ion tersebut. Semakin ringan massanya, akan semakin dibelokan. Besarnya pembelokannya juga tergantung pada besar muatan positif ion tersebut. Dengan kata lain, semakin banyak elektron yang �ediambil�f pada tahap 1, semakin besar muatan ion tersebut, pembelokan yang terjadi akan semakin besar.

Tahap keempat : Pendeteksian

Sinar-sinar ion yang melintas dalam mesin tersebut dideteksi dengan secara elektrik.

Diagram lengkap dari spektrometer massa:



3. Penjelasan tentang apa yang terjadi

Keadaan hampa udara

Penting bagi ion-ion yang telah dibuat dalam ruang ionisasi untuk dapat bergerak lurus dalam mesin tanpa bertabrakan dengan molekul2 udara.

Ionisasi


Sampel yang berbentuk gas (vaporised sample) masuk ke dalam ruang ionisasi. Kumparan metal yang dipanaskan dengan menggunakan listrik �emelepaskan�f elektron-elektron yang ada pada sampel dan elektron-elektron lepas itu menempel pada perangkap elektron (electron trap) yang mempunyai muatan positif.

Partikel-partikel dalam sample tersebut (atom atau molekul) dihantam oleh banyak sekali elektron-elektron, dan beberapa dari tumbukan tersebut mempunyai energi cukup untuk melepaskan satu atau lebih elektron dari sample tersebut sehingga sample tersebut menjadi ion positif.

Kebanyakan ion-ion positif yang terbentuk itu mempunyai muatan +1 karena akan jauh lebih sulit untuk memindahkan elektron lagi dari sample yang sudah menjadi ion positif.

Ion-ion positif yang terbentuk ini �ediajak keluar�f dan masuk ke bagian mesin yang merupakan sebuah lempengan metal yang bermuatan positif (Ion repellel).

Tambahan: Seperti yang anda akan lihat sebentar lagi, seluruh ruang ionisasi ini dilakukan dengan menggunakan tegangan listrik positif yang besar (10.000 V). Ketika kita berbicara tentang kedua lempengan bermuatan positif, berarti lempengan tersebut mempunyai muatan lebih dari 10.000 V.

* Massa ion tersebut.
Ion-ion yang bermassa ringan akan dibelokkan lebih daripada ion-ion yang bermassa berat.

* Muatan ion.
Ion yang mempunyai muatan +2 (atau lebih) akan dibelokkan lebih daripada ion-ion yang bermuatan +1.

Dua faktor diatas digabungkan ke dalam Perbandingan Massa/Muatan. Perbandingan ini mempunyai simbol m/z (atau m/e)

Sebagai contoh: Apabila sebuah ion mempunyai massa 28 dan bermuatan +1, maka perbandingan massa/muatan ion tersebut adalah 28. Ion yang mempunyai massa 56 dan bermuatan +2 juga mempunyai perbandingan massa/muatan yang sama yaitu 28.

Pada gambar diatas, sinar A mengalami pembelokkan yang paling besar, yang berarti sinar tersebut terdiri dari ion-ion yang mempunyai perbandingan massa/muatan yang terkecil. Sedangkan sinar C mengalami pembelokkan yang paling kecil, berarti ia terdiri dari ion-ion yang mempunyai perbandingan massa/muatan yang paling besar.

Akan jauh lebih mudah untuk membahas masalah ini jika kita menganggap bahwa muatan semua ion adalah +1. Hampir semua ion-ion yang lewat dalam spektrometer massa ini bermuatan +1, sehingga besarnya perbandingan massa/muatannya akan sama dengan massa ion tersebut.

Tambahan: Anda juga harus mengerti bahwa kemungkinan adanya ion bermuatan +2(atau lebih), tetapi kebanyakan soal-soal akan memberikan spektrum massa dimana ion-ion nya hanya bermuatan +1. Kecuali bila ada petunjuk dalam soal tersebut, anda bisa menganggap bahwa ion yang sedang dibicarakan dalam soal tersebut adalah bermuatan +1

Jadi dengam menganggap semua ion bermuatan +1, maka sinar A terdiri dari ion yang paling ringan, selanjutnya sinar B dan yang terdiri dari ion yang paling berat adalah sinar C. Ion-ion yang ringan akan lebih dibelokkan daripada ion yang berat.

Mendeteksi ion-ion lainnya.

Bagaimana ion-ion lainnya dapat dideteksi - padahal sinar A dan sinar B sudah tidak ada lagi dalam mesin?

Ingat bahwa sinar A dibelokkan paling besar, berarti ia mempunyai nilai m/z yang paling kecil(ion yang paling ringan bila bermuatan +1) Untuk membuat sinar ini sampai ke detektor ion, anda perlu membelokkan sinar tersebut dengan menggunakan medan magnet yang lebih kecil(gaya luar yang lebih kecil).

Untuk membuat ion-ion yang mempunyai nilai m/z yang besar(ion yang berat bila bermuatan +1) sampai ke detektor ion, maka anda perlu membelokkannya dengan menggunakan medan magnet yang lebih besar.

Dengan merubah besarnya medan magnet yang digunakan, maka anda bisa membawa semua sinar yang ada secara bergantian ke detektor ion, dimana disana ion-ion tersebut akan menimbulkan arus listrik dimana besarnya berbanding lurus dengan jumlah ion yang datang. Massa dari semua ion yang dideteksi itu tergantung pada besarnya medan magnet yang digunakan untuk membawa sinar tersebut ke detektor ion. Mesin ini dapat disesuaikan untuk mencatat arus listrik (yang merupakan jumlah ion-ion) dengan m/z secara langsung. Massa tersebut diukur dengan menggunakan skala 12C.

Tambahan: Skala 12C adalah skala dimana isotop 12C mempunyai berat tepat 12 unit.

Tambahan: Bila ada ion bermuatan +2 , maka anda akan tahu karena semua garis yang ada pada diagram diatas akan mempunyai garis lain dengan besar 1/2 dari nilai m/z (karena, sebagai contoh, 98/2=49). Garis-garis itu akan jauh lebih sedikit daripada garis ion +1 karena kemungkinan terbentuknya ion +2 adalah jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan kemungkinan terbentuknya ion +1.