.webp)
Pernah membayangkan ada logam yang bersifat cair di suhu kamar? Tidak seperti besi atau baja yang keras dan kuat. Merkuri atau air raksa termasuk logam unik yang justru tetap cair pada suhu kamar.
Logam unik ini memiliki titik leleh minus 38,8 derajat Celsius. Hal ini membuat atom merkuri menjadi salah satu dari dua unsur yang cair di suhu kamar dan berbeda dari logam-logam lainnya. Keunikan ini berkaitan dengan posisinya di tabel periodik, yang memengaruhi cara atom-atomnya saling berikatan.
Lalu, apa yang membuat logam ini begitu berbeda dari logam pada umumnya? Simak penjelasannya!
SCROLL TO CONTINUE WITH CONTENT
Karakter Air Raksa
Dilansir dari Live Science, para ahli kimia menjelaskan bahwa titik leleh logam terkait langsung dengan kekuatan ikatan antaratom. Semakin kuat ikatannya, semakin tinggi suhu yang dibutuhkan untuk melelehkannya. Itu sebabnya besi atau aluminium tetap padat dan keras.
Atom merkuri, seperti atom semua logam lainnya, terikat bersama melalui ikatan logam - kisi partikel logam bermuatan positif yang dikenal sebagai ion, dikelilingi oleh lautan elektron yang terdelokalisasi (bebas). Daya tarik elektrostatik antara partikel bermuatan berlawanan ini bertindak sebagai perekat yang menyatukan logam.
Struktur tersebut menjelaskan banyak sifat khas logam lainnya, seperti konduktivitas listrik karena elektron dapat bergerak bebas melalui material dan kemampuan dibentuk karena lapisan partikel positif dapat bergeser satu sama lain untuk mengadopsi bentuk baru, dilumasi oleh elektron bebas. Tetapi secara khusus, kekuatan daya tarik elektrostatik inilah yang mengatur titik leleh.
"Semakin positif pusat logam dan semakin banyak elektron valensi terdelokalisasi di bagian luar, semakin besar daya tariknya, dan umumnya ini terjadi dari kiri ke kanan dalam tabel periodik," jelas Zoe Ashbridge, dosen senior bidang kimia di Kementerian Pertahanan Inggris kepada Live Science.
Sebagai logam golongan 12, merkuri secara teoritis memiliki 12 elektron terluar yang dapat berkontribusi pada ikatan logam. "Namun, semua elektron itu berada dalam 'subkulit yang penuh'," tambahnya.
"Ketika subkulit penuh, elektron menjadi lebih stabil dan cenderung tidak terdelokalisasi, dan ini membuat merkuri sangat enggan untuk berbagi elektronnya, bahkan dengan atom merkuri lainnya," ujarnya.
Namun efek subkulit yang penuh ini tidak cukup besar untuk menjelaskan titik leleh merkuri yang luar biasa rendah. Kekuatan ikatan logam - oleh karena itu, titik leleh - juga menurun dari atas ke bawah tabel periodik, seiring dengan semakin besarnya ukuran atom. Akan tetapi dengan mengekstrapolasi dari tren yang telah ditetapkan ini, merkuri seharusnya masih memiliki titik leleh sekitar 266 F (130 C), yang akan membuatnya padat pada suhu kamar.
Keadaan Cair Merkuri Didominasi karena Efek Relativistik
Keadaan cair merkuri hampir seluruhnya disebabkan oleh efek relativistik, kata Peter Schwerdtfeger, seorang fisikawan kuantum di Universitas Massey di Selandia Baru. Menuju bagian bawah tabel periodik, elektron dalam unsur-unsur terberat mengalami daya tarik yang sangat kuat terhadap inti atom sehingga mereka bergerak mendekati kecepatan cahaya.
Pada titik tersebut, mereka tidak lagi mematuhi hukum-hukum fisika. Fisika klasik, dan fenomena kuantum yang dihasilkan-dikenal sebagai efek relativistik-mengarah pada sifat-sifat fisik yang mengejutkan. Bagaimana sifat-sifat ini terwujud bergantung pada unsur tersebut.
"Efek relativistik menjadi sangat penting untuk unsur-unsur golongan 11 dan 12, tempat emas dan merkuri berada," katanya kepada Live Science.
Akibatnya, sifat fisik aneh yang muncul dari efek kuantum ini paling mudah diamati pada unsur-unsur ini. Emas memiliki warna kekuningan yang sangat tidak biasa dan merkuri berbentuk cair pada suhu kamar.
"Mereka menunjukkan kepada kita apa yang disebut maksimum efek relativistik, dan kulit terluar atom-atom ini menyusut sebagai hasilnya. Ini sangat besar. Untuk merkuri, sekitar 20%," kata Schwerdtfeger.
Dalam istilah kimia, penyusutan yang disebabkan oleh relativitas ini paling mudah dijelaskan, dengan sekali lagi mempertimbangkan konfigurasi elektron merkuri.
Subkulit 4f penuh, yang berisi elektron yang terkait dengan unsur tanah jarang, atau lantanida, sangat buruk dalam melindungi elektron lain dari muatan inti. Ini berarti elektron terluar berada jauh lebih dekat ke inti daripada biasanya - sebuah fenomena yang disebut kontraksi lantanida. Elektron yang menyusut tersebut bergerak mendekati kecepatan cahaya dan karenanya mengalami efek relativistik.
"Hal ini meningkatkan massa mereka, dan ketika mereka memiliki massa yang meningkat karena kecepatan tinggi ini, elektron-elektron tersebut tertarik lebih dekat ke inti," kata Ashbridge. Akibatnya, efek relativistik mengurangi ketersediaan elektron untuk berkontribusi pada ikatan logam, sehingga menurunkan titik leleh logam di bawah suhu ruangan.
Namun, pada tingkat mekanika kuantum, penjelasan kualitatif ini amat sulit untuk didukung dengan perhitungan.
"Persamaan Schrödinger"-yang biasanya menggambarkan kemungkinan posisi partikel seperti elektron-"tidak memenuhi prinsip relativitas Albert Einstein," jelas Schwerdtfeger.
Akibatnya, persamaan tersebut tidak berlaku untuk partikel berkecepatan tinggi seperti elektron dalam merkuri. Para ilmuwan harus beralih ke persamaan Dirac yang jauh lebih rumit, sehingga simulasi apa pun menjadi sangat menuntut secara komputasi.
Namun, pada akhirnya, kemajuan dalam komputasi memungkinkan Schwerdtfeger untuk merancang model yang dapat secara akurat mensimulasikan peleburan merkuri dan memberikan penjelasan teoritis kuantum untuk titik leleh anomali tersebut.
"Dengan menggunakan apa yang kami sebut teori fungsional densitas, kami dapat menetapkan bahwa titik leleh diturunkan lebih dari 200 derajat Celcius [360 F] oleh efek relativistik," katanya.
Kontribusi kuantum itu mendominasi. Jadi meskipun tren periodik memprediksi titik leleh rendah untuk merkuri, efek relativistik membuat unsur tersebut menjadi cairan pada suhu kamar.
Penulis adalah peserta MagangHub Kemnaker di detikcom.
