Sesuai
postingan saya sebelumnya, mekanika kuantum dibangun oleh 2 konsep dasar yaitu
dualisme partikel gelombang dan prinsip ketidakpastian Heisenberg. Dasar
dualisme partikel gelombang inilah yang memberikan kontribusi besar dalam konsep
dunia mikroskopik sedangkan ketidakpastian Heisenberg memberikan konsekuensi
dalam masalah pengukuran (pendapat saya).
Sering
rasanya ditelinga ini mendengar pernyataan “ Keadaan elektron sebagai gelombang
dalam mekanika kuantum didefinisikan/direpresentasikan sebagai fungsi gelombang
Schrodinger. Nah keadaan itu apa sih?? Atau emang bagaimana keadaan elektron
sebagai gelombang dan bagaimana mengukurnya?
Keadaan atau kondisi merupakan karakteristik
dari sistem misalnya, gelombang mempunyai besaran fisis panjang gelombang
(bersifat menyebar, ingat2 karakteristik gelombang pada tingkat SMA!!)
sedangkan elektron (partikel) memiliki besaran fisis berupa massa (bersifat
terlokalisasi pada satu tempat). Bagaimana mendifinisikan elektron sebagai
gelombang kalau begitu, karena gelombang bersifat menyebar sedang partikel
terpusat/terlokalisasi???
Pada
tahun 1926 seorang fisikawan Jerman, Max Born (tidak sama dengan Niels Bohr loo
ya!!) menjawab pertanyaan diatas. Beliau berdalih bahwa fungsi gelombang itu
tidak memiliki arti apa-apa, akan tetapi rapat probabilitas lah yang memberikan
arti fisis (densitas elektron).Inilah yang disebut intepretasi Born.
Namun untuk bisa
merepresentasikan partikel , fungsi gelombang harus memenuhi kriteria sebagai
berikut (Febdian Rusydi, 2009):
Secara umum sistem memiliki besaran fisis
sebagai identitas diri misal, massa, temperature, volume, panjang. Besaran
besaran fisis ini memiliki keterkaitan satu sama lain, antara panjang dengan suhu diikat oleh besaran koefisien
muai panjang. Misalkan pada suatu pengukuran ingin meneliti koefisien muai
panjang sebagai besaran konstan maka setiap perubahan suhu (T) harus diiringi
perubahan panjang (L) [praktikum fisdas 2]. Jadi keadaan pada setiap kenaikan
T1 maka akan diperoleh L1, pada T2 didapatkan L2 dan seterusnya. Konfigurasi (T1,L1);
(T2,L2) dengan kata lain tidak mungkin diperoleh konfigurasi (T1,L2).
Konfigurasi tersebutlah yang disebut keadaan.
Suatu keadaan yang menyatakan keadaan
bahwa 1 fungsi gelombang memiliki korespodensi 1 nilai energi (definit),
merupakan konsekuensi dari keadaan stasioner (stasionary state).
Keadaan stasioner adalah keadaan yang fungsi densitas elektronnya tidak
bergantung waktu. Hal yang perlu diperhatika yang stasioner adalah keadaannya
boleh jadi partikelnya dinamis.
Sistem
identik adalah sistem yang memiliki keadaan yang sama. Sehingga sistem yang
telah mengalmi perubahan keadaan bukan lagi sistem yang sama pada keadaan awal.
Hal seperti ini bisa dipahami pada saat praktikum eksperimen lanjut dimana saat
menghitung jumlah cacahan radiasi
partikel beta (contoh) akan terjadi interaksi antara sumber radiasi dengan
detektor. Nah hal yang dulu saya lalaikan pada pembahasan, interaksi antara
sumber radiasi dengan detektor ini akan melibatkan pertukaran energi yang
kemudian bisa tercatat jumlah cacahan. (yaya hal semacam ini akan sering sekali
diabaikan padahal ini konsep dasar bagaimana interaksi gelombang dengan materi,
yang akan menjelaskan detailnya konsep deteksi).
Selanjutnya sistem pada kuantum berupa sistem
kontinu. Perbedaan sistem kontinu dengan diskrit serta mengapa elektron
menyukai keadaan dasar (ground state)
dapat dipahami menggunakan analogi berikut
Gambar Seorang gadis bernama anik sedang menahan
ember berisi air di Sumur.
Apabila ember itu tergantung setinggi h
dari permukaan air sumur (ingat mekanika??, saya ambil titik acuan (0,0) pada
permukaan air didalam sumur) maka ketinggian benda tersebut
berkorespodensi pada 1 nilai energi
potensial, E(h) = mgh. Anik bertugas untuk menahan ember agar tidak jatuh pada permukaan
air didalam sumur (h,E)=(0,0) adalah keadaan dasar (ground state), sebuah keadaan yang paling disukai sistem karena
kesetabilannya (energi potensialnya paling rendah). Alasan mengapa elektron suka
keadaan dasar, bisa dipahami melalui hukum mekanika satu Newton (hukum kelembaman),
jadi bila muatan elektron (-e) dan muatan inti (e) ksebesar (-1,6x10^-19 C dan 1,6x10^-19
C), maka nilai energi potensial Coulomb (V) hanya bergantung pada suku radial (jarak
elektron dengan inti).
Karena energi potensial (V) berbanding
terbalik dengan jarak antara inti dengan elektron, Semakin besar r (menuju tak
hingga )maka energi ikat makin kecil (menuju nol), artinya apa?? Elektron mudah
tereksitasi (terlepas) keadaan semacam ini akan mengakibatkan terjadinya
ionisasi atau ikatan antar atom (ikatan kimia).
Jadi stabil dalam kuantum adalah keadaan dimana elektron pada level
terendah yang memiliki energi terendah.
Sekedar catatan energi keadaan dasar (ground state energy) tidak sama dengan energi titik nol (zero point energy). Pada dasarnya energi titik nol merupakan
bentuk konsekuensi dari ketidakpastian Heisenberg, yang saya simpulkan berupa
pembuktian matematis bahwa sesungguhnya elektron dalam atom selalu bergerak
karena energi kinetiknya tidak sama dengan nol (0,557x10^-47 J), hanya orde yg
sangat amat kecil, tidak memungkinkan bagi kita untuk melihatnya.
Kembali pada gambar diatas, Anik bisa
saja mengulur atau menarik tali untuk mengubah-ubah ketinggian ember. Apibila
anik mengubah ketinggian ember sesuka hatinya, asalkan memenuhi E(h)= mgh.
Sistem dengan kombinasi keadaan seperti ini maka disebut sistem kontinu.
Anik juga dapat mengubah-ubah tinggi
ember dengan mengulurkan tali setiap 1
meter. Akibatnya system menjadi tertentu.. yah karena selain harus memenuhi
persamaan E(h)= mgh, sistem juga harus mengikuti pola h sebagai deret tertentu.
Sistem dengan kombinasi keadaan seperti ini maka disebut sistem diskrit.
Suku potensial inilah yang sering dipakai
sebagai fondasi aplikasi mekanika kuantum pada material. Manifesto gaya yang
dirasakan electron misalnya pada kasus atom hydrogen dengan kajian lebih lanjut
bisa menerangkan sifat-sifat listrik dan optic dari sebuah material.
Selanjutnya tolakan Coulomb antar electron- electron yang mengakibatkan osilasi
seperti pada pegas bermassa yang merasakan potensial Hooke dengan membawa
aplikasi pada level mekanika kuantum maka akan dapat menjadi menjadi konsep
yang sangat baik dalam menerangkan sifat-sifat termal dari material.
Nah akan tetapi jika sebuah atom Hidrogen
ini diletakkan pada keadaan stasioner maka seharusnya eelektron akan berada
pada tempatnya. Lain halnya jika atom Hidrogen itu disinari dengan cahaya atau
dapat dengan menumbukkan dengan atom lain (pertubasi) dengan begitu electron
dapat bertransisi. Konsep pertubasi dan ulasan mengenai energi potensial lebih
jauh lagi akan saya aplikasikan pada molekul diatomik, kebanyakan saya memakai
analogi interaksi jauh (jarak suku radial dari anik pada ember) dan interaksi
dekat ( jarak suku radial pada ember dengan air didalamnya). Ya analogi ini
akan saya pakai untuk menjelaskan konsep pertubasi geometri pada molekul FeO2,
yang saya angkat menjadi judul TA hehe….
SEMOGA
MANFAAT ^_^”
Tidak ada komentar:
Posting Komentar