KEMAGNETAN

Magnet adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Kata

magnet (magnit) berasal dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu

Magnesian. Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu

yang kini bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) di mana

terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut.

Pada saat ini, suatu magnet adalah suatu materi yang mempunyai suatu medan

magnet. Materi tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap atau magnet tidak

tetap. Magnet yang sekarang ini ada hampir semuanya adalah magnet buatan.

Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara (north/ N) dan kutub selatan

(south/ S). Walaupun magnet itu dipotong-potong, potongan magnet kecil tersebut

akan tetap memiliki dua kutub.

Magnet dapat menarik benda lain. Beberapa benda bahkan tertarik lebih

kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai

daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi

yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Sedangkan oksigen cair

adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet.

Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik pada Satuan Internasional (SI)

adalah Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber.

1 weber/m^2 = 1 tesla, yang mempengaruhi satu meter persegi.

Magnet Tetap

Magnet tetap tidak memerlukan tenaga atau bantuan dari luar untuk

menghasilkan daya magnet (berelektromagnetik).

Jenis magnet tetap selama ini yang diketahui terdapat pada:

Neodymium Magnets, merupakan magnet tetap yang paling kuat.

Magnet neodymium (juga dikenal sebagai NdFeB, NIB, atau magnet Neo),

merupakan sejenis magnet langka-bumi, terbuat dari campuran logam

neodymium, besi, dan boron yang membentuk struktur kristal Nd2Fe14B

tetragonal.

Struktur kristal Nd2Fe14B tetragonal memiliki anisotropi sangat tinggi

magnetocrystalline uniaksial (HA ~ 7 teslas). Senyawa ini memberikan potensi

untuk memiliki koersivitas tinggi (yaitu, perlawanan menjadi demagnetized).

senyawa ini juga memiliki magnetisasi saturasi tinggi (JS ~ 1,6 T atau 16 kg).

Oleh karena itu, sebagai kepadatan energi maksimum sebanding dengan Js2

magnet fase ini memiliki potensi untuk menyimpan sejumlah besar energi

magnetik (BHmax ~ 512 kJ/m3 atau 64 MG · Oe), jauh lebih dari kobalt

samarium (SmCo) magnet, yang jenis pertama dari magnet tanah jarang yang

akan diusahakan [1]. Dalam prakteknya, sifat magnetik dari magnet neodymium

bergantung pada komposisi paduan, struktur mikro, dan teknik manufaktur yang

digunakan.

Pada tahun 1982, General Motors Corporation, Sumitomo Metals Khusus,

dan Akademi Sains Cina menemukan senyawa Nd2Fe14B. Upaya ini terutama

didorong oleh tingginya biaya bahan magnet permanen SmCo, yang telah

dikembangkan sebelumnya. General Motors difokuskan pada pengembangan

mencair-Nanostrukutral Nd2Fe14B magnet berputar, sementara Sumitomo

dikembangkan kepadatan penuh Nd2Fe14B disinter magnet. General Motors

Corporation yang dikomersialisasikan penemuan serbuk Neo isotropik, bonded

magnet Neo dan proses produksi yang terkait dengan mendirikan Magnequench

pada tahun 1986. Magnequench sekarang bagian dari Neo Material Technology

Inc dan perlengkapan meleleh berputar bubuk Nd2Fe14B untuk produsen magnet

berikat. Fasilitas Sumitomo telah menjadi bagian dari perusahaan Hitachi dan saat

ini memproduksi dan lisensi perusahaan lain untuk menghasilkan magnet sinter

Nd2Fe14B.

Terutama Nd2Fe14B disinter adalah bertanggung jawab untuk korosi.

Korosi dapat memburuk magnet di sepanjang batas butir. Untuk mencegah paling

korosi dari magnet bisa dilapisi. Pelapisan nikel atau dua lapis tembaga nikel

plating digunakan sebagai metode standar, meskipun pelapisan dengan logam lain

atau lapisan pelindung polimer dan pernis juga digunakan.

Ada dua rute magnet neodymium manufaktur pokok:

1. The metalurgi klasik bubuk atau proses magnet disinter

2. The solidifikasi cepat atau magnet terikat proses

Neo magnet sinter disusun oleh seorang penghancur prekursor ingot dan

fase cair-sintering serbuk magnetis sejajar menjadi balok padat yang kemudian

panas dirawat, dipotong menjadi berbentuk, permukaan dirawat dan magnet. Saat

ini, antara 45.000 dan 50.000 ton [] kabur dari magnet neodymium disinter

diproduksi setiap tahun, terutama dari China dan Jepang.

Neo bonded magnet disusun oleh mencair berputar pita tipis dari paduan

Nd-Fe-B. Pita berisi butir Nd2Fe14B berorientasi secara acak skala nano. Pita ini

kemudian dilumatkan menjadi partikel-partikel, dicampur dengan polimer dan

baik kompresi atau injeksi dicetak menjadi magnet berikat. fluks magnet Berikat

menawarkan kurang dari magnet disinter tetapi dapat bersih-bentuk yang dibentuk

menjadi bagian-bagian rumit berbentuk dan tidak menderita kerugian yang

signifikan eddy current. Ada sekitar 5.500 ton Neo berikat magnet yang

dihasilkan setiap tahun. Selain itu, dimungkinkan untuk menekan panas meleleh

Nanostrukutral partikel berputar ke magnet isotropik sepenuhnya padat, dan

kemudian upset-forge/back-extrude tersebut menjadi energi tinggi magnet

anisotropik. Properties Sifat magnetik

Beberapa sifat penting yang digunakan untuk membandingkan magnet

permanen adalah: remanen (Mr), yang mengukur kekuatan medan magnetik;

koersivitas (HCI), resistensi bahan untuk menjadi demagnetized; energi produk

(BHmax), kepadatan energi magnetik; dan Curie suhu (TC), suhu di mana

material magnet yang kehilangan. Neodymium magnet telah remanen yang lebih

tinggi, koersivitas jauh lebih tinggi dan produk energi, tetapi sering menurunkan

suhu Curie daripada jenis lainnya. Neodymium adalah paduan dengan Terbium

dan dysprosium untuk mempertahankan sifat magnetik yang pada suhu tinggi.

Aplikasi

Neodymium magnet Alnico telah diganti dan ferit magnet dalam banyak

aplikasi berbagai teknologi modern di mana magnet permanen yang kuat

diperlukan, karena kekuatan mereka lebih besar memungkinkan penggunaan yang

lebih kecil, ringan magnet. Beberapa contoh

Selain itu, kekuatan yang lebih besar dari magnet neodymium telah

mengilhami beberapa aplikasi baru di daerah di mana magnet tidak digunakan

sebelumnya, seperti perhiasan kunci jepit magnetik

Samarium-Cobalt Magnets

J-kobalt magnet samarium, salah satu dari dua jenis magnet bumi yang

langka , merupakan magnet permanen yang kuat yang terbuat dari paduan

samarium dan kobalt . Telah dikembangkan pada awal tahun 1970. Memiliki

temperatur yang lebih tinggi dari magnet Neodimium. Harga magnet Samarium-

Kobalt sangat mahal, rapuh, dan rawan terhadap retak. Magnet Samarium-kobalt

memiliki produk energi maksimum (BH maks) yang berkisar antara 16 oersteds

megagauss-(MGOe) ke 32 MGOe; batas teoretis mereka adalah 34 MGOe.

Magnet Samarium-kobalt tersedia dalam dua "seri", yaitu Seri 1:5 dan Seri 2:17.

Seri 1:5

Magnet ini merupakan perpaduan dari Samarium dan Kobalt(umumnya

ditulis sebagai SmCo 5, atau SmCo Seri 1:5) memiliki satu atom samarium tanah

jarang dan lima atom kobalt.Berat paduan magnet ini biasanya berisi samarium

36% dengan kobalt keseimbangan.P roduk-produk energi dari paduan samarium

kobalt MGOe berkisar antara 16 sampai 25 MGOe. Samarium Cobalt ini

umumnya memiliki koefisien temperatur reversibel seesar -0,05% / ° C.

Magnetisasi saturasi dapat dicapai dengan bidang magnetizing moderat.

Rangkaian magnet ini lebih mudah untuk mengkalibrasi medan magnet tertentu

dari magnet 2:17 SmCo seri.

Dengan medan magnet cukup kuat, unmagnetized magnet dari seri ini

akan mencoba untuk menyelaraskan sumbu orientasi terhadap medan magnet.

Unmagnetized magnet dari rangkaian saat berhubungan dengan bidang cukup kuat

akan menjadi sedikit magnet. Ini bisa menjadi masalah jika postprocessing

mensyaratkan bahwa magnet akan disepuh atau dilapisi. Karena magnet dapat

menarik mengambil puing-puing selama proses pelapisan atau coating

menyebabkan potensi untuk pelapisan atau coating kegagalan atau mekanis

kondisi luar toleransi.

Suhu Koefisien

B r drift dengan suhu tinggi merupakan salah satu ciri penting dari kinerja

magnet. Beberapa aplikasi, seperti giroskop interial dan perjalanan tabung

gelombang (TWTs), harus memiliki lapangan konstan pada kisaran temperatur

yang luas. Br didefinisikan sebagai

(∆B r /B r ) x (1/∆ T) × 100%. (ΔB r / B r) x (1 / Δ T) × 100%.

Untuk mengatasi kebutuhan ini, magnet kompensasi suhu dikembangkan

pada akhir tahun 1970. Untuk magnet SmCo konvensional, menurun r B sebagai

akibat dari kenaikan suhu. Sebaliknya, untuk magnet GdCo, meningkat Br sebagai

meningkatnya temperatur dalam rentang suhu tertentu.Dengan menggabungkan

samarium dan gadolinium dalam paduan, koefisien suhu dapat dikurangi hingga

hampir nol.

Mekanisme Koersivitas

Dalam SmCo 5 magnet dibuat dengan kemasan lebar-satunya butir-

domain serbuk magnetik. Semua motes selaras dengan arah sumbu mudah. Dalam

hal ini, semua dinding domain bersuhu 180 derajat. Bila tidak ada kotoran, proses

pembalikan magnet massal setara dengan motes tunggal-domain, di mana rotasi

koheren mekanisme dominan. Namun, karena ketidaksempurnaan fabrikasi,

mungkin pengotor diperkenalkan dalam magnet, yang merupakan inti. Dalam hal

ini, karena mungkin kotoran anisotropi yang lebih rendah atau sejajar sumbu

mudah, arah magnetisasi mereka lebih mudah untuk berputar, yang melanggar

konfigurasi 180 ° domain dinding. Dalam bahan tersebut, koersivitas dikontrol

oleh nukleasi. Untuk mendapatkan koersivitas banyak, kontrol kotoran sangat

penting dalam proses fabrikasi.

Seri 2:17

Paduan ini (ditulis sebagai Sm 2 Co 17, atau Seri SmCo 2:17) adalah usia-

keras dengan komposisi dua atom-bumi samarium langka dan 13-17 atom logam

transisi (TM). Isi TM kaya kobalt, tetapi mengandung unsur-unsur lain seperti

besi dan tembaga. Unsur lain seperti zirconium, hafnium, dan seperti dapat

ditambahkan dalam jumlah kecil untuk mencapai respon perlakuan panas yang

lebih baik. Dengan berat paduan pada umumnya akan berisi 25% dari samarium.

Produk energi maksimum paduan ini berkisar 20-32 MGOe. Paduan ini memiliki

koefisien temperatur reversibel terbaik dari semua paduan tanah jarang, biasanya

menjadi -0,03% / ° C. Generasi kedua "" materi juga dapat digunakan pada suhu

yang lebih tinggi.

Mekanisme Koersivitas

Dalam Sm 2 Co 17 magnet, mekanisme koersivitas didasarkan pada

dinding domain pinning. Kotoran di dalam magnet menghalangi gerakan dinding

domain dan dengan demikian melawan magnetisasi pembalikan proses. Untuk

meningkatkan koersivitas itu, kotoran yang sengaja ditambahkan selama proses

fabrikasi.

Kobalt Samarium Machining

Paduan biasanya mesin di negara unmagnetized. Samarium-kobalt harus

ditumbuk menggunakan proses penggilingan basah (berbasis air pendingin) dan

diamond grinding wheel. Jenis yang sama diperlukan jika proses pengeboran

lubang atau fitur lain yang terbatas. Penggilingan limbah yang dihasilkan harus

tidak diizinkan untuk benar-benar kering sebagai samarium-kobalt memiliki titik

pengapian rendah. Sebuah percikan kecil, seperti yang dihasilkan dengan listrik

statis, dengan mudah dapat pembakaran dimulai. Api yang dihasilkan akan sangat

panas dan sulit untuk dikendalikan.

Bahaya

Magnet Samarium - kobalt dapat dengan mudah chip; pelindung mata harus

dipakai bila menangani mereka.

Menjauhkan mereka dari anak-anak

Membiarkan magnet untuk snap bersama-sama dapat menyebabkan magnet

untuk menghancurkan, yang dapat menimbulkan potensi bahaya.

Samarium-kobalt diproduksi oleh suatu proses yang disebut sintering , dan

seperti semua bahan disinter, retak melekat sangat mungkin. Desain insinyur

tidak harus mengharapkan magnet untuk menyediakan integritas mekanis,

melainkan magnet harus dimanfaatkan untuk fungsi-fungsi magnet dan sistes

mekanis lainnya harus dirancang untuk memberikan keandalan sistes

mekanik.

Atribut

Tahan terhadap demagnetization

Stabilitas temperatur baik (suhu menggunakan maksimum antara 250 dan 550

° C, temperatur Curie 700-800 ° C)

Bahan pengeluaran tinggi (kobalt adalah harga pasar sensitif)

Sifat Material

Kepadatan : 8,4 g / cm ³

Listrik resistivitas 0,8 × 10 -4 Ω / cm

Koefisien ekspansi termal (tegak lurus sumbu): 12,5 μm / (m ° K)

Penggunaan

Fender menggunakan salah satu dari desainer legendaris Bill Lawrence s

desain terbaru bernama Samarium Cobalt seri tanpa suara pickup (SCN)

diFender's Deluxe Amerika Seri gitar dan Bas.

High-end motor listrik yang digunakan dalam kelas lebih kompetitif dalam

balap Slotcar .

Mesin turbo.

Traveling-gelombang tabung .

Aplikasi yang akan memerlukan sistem berfungsi di cryogenic temperatur atau

panas temperatur sangat (di atas 180 ° C).

Aplikasi di mana kinerja diperlukan agar sesuai dengan perubahan suhu.

Kepadatan fluks magnet kobalt samarium akan berbeda-beda di bawah 5% per

100 ° C perubahan suhu (dalam kisaran 25-250 ° C).

Magnet Tidak Tetap

Magnet tidak tetap (remanen) tergantung pada medan listrik untuk

menghasilkan medan magnet. Contoh magnet tidak tetap adalah elektromagnet.

Magnet Buatan

Magnet buatan meliputi hampir seluruh magnet yang ada sekarang ini.

Bentuk magnet buatan antara lain:

Magnet U

Magnet ladam

Magnet batang

Magnet lingkaran

Cara Membuat Magnet

Cara membuat magnet antara lain:

Digosok dengan magnet lain secara searah.

Induksi magnet.

Magnet diletakkan pada solenoida(kumparan kawat berbentuk tabung

panjang dengan lilitan yang sangat rapat) dan dialiri arus listrik searah

(DC).

Bahan yang biasa dijadikan magnet adalah: besi dan baja. Besi lebih

mudah untuk dijadikan magnet daripada baja. Tapi sifat kemagnetan besi lebih

mudah hilang daripada baja. Oleh sebab itu, besi lebih sering digunakan untuk

membuat elektromagnet.

Menghilangkan Sifat Kemagnetan

Cara menghilangkan sifat kemagnetan antara lain:

Dibakar.

Dibanting-banting.

Dipukul-pukul.

Magnet diletakkan pada solenoida(kumparan kawat berbentuk tabung

panjang dengan lilitan yang sangat rapat) dan dialiri arus listrik bolak-

balik (AC)

Penggolongan Benda Berdasarkan Sifat Magnetnya

Berdasarkan sifat magnetnya benda dibagi menjadi 2 macam yaitu

ferromagnetik (benda yang dapat diterik kuat oleh magnet), parramagnetik (denda

yang dapat ditarik magnet dengan lemah) dan diamagnetik (benda yang tidak

dapat ditarik oleh magnet). Contoh ferromagnetik adalah besi, baja, nikel dan

kobalt. Contoh parramagnetik adalah platina dan aluminium. Contoh diamagnetik

adalah seng, dan  bismut.

Setiap magnet mempunyai sifat (ciri) sebagai berikut :

(1) dapat menarik benda logam tertentu.

(2) gaya tarik terbesar berada di kutubnya.

(3) selalu menunjukkan arah utara dan selatan bila digantung bebas.

(4) memiliki dua kutub.

(5) tarik menarik bila tak sejenis.

(6) tolak menolak bila sejenis.

Cara Membuat Magnet

Untuk membuat magnet dapat dilakukan dengan menggunakan 3 cara

yaitu penggosokan, mengaliri dengan arus, dan cara induksi.

Saat membuat magnet dengan cara menggosok maka hal yang perlu diperhatikan

adalah penggosokan harus searah (teratur) tidak boleh bolak-balik.

Perhatikan gambar di samping ini.

Untuk cara Induksi dapat ditunjukkan seperti

gambar dibawah ini Magnet dapat menarik

benda logam tertentu karena susunan magnet

elementer didalam magnet itu tersusun teratur.

Bila kita bisa membuat susunan magnet elementer teratur maka kita bisa

membuat magnet.

Hal penting yang  harus kita bahami adalah sebagian besar orang berfikir

bahwa cara membuat magnet ini menentukan sifat kemagnetan suatu benda.

Orang selalu berfikir bahwa jika magnet dibuat dengan cara menggosok maka

akan diperoleh magnet permanen dan jika diperoleh dengan cara elektromagnetik

maka akan diperoleh magnet sementara. Anggapan ini adalah keliru bukan salah,

kenapa bisa seperti itu? karena orang tidak melihat bahan apa yang digunakan.

Jika baja dibuat magnet dengan caradigosok akan diperoleh magnet permanen

tetapi jika besi yang digosok maka akan diperoleh magnet sementara. Kebanyakan

ketika orang membuat magnet dengan cara menggosok selalu menggunakan baja,

inilah mengapa muncul anggapan bahwa menggosok dapat membuat magnet

bersifat permanen.

Kasus yang lain adalah elektromagnetik, jika kita amati elektromagnetik

manapun akan menggunakan inti besi lunak (besi) bukan baja, karena inti besi

yang digunakan maka elektromagnetik menghasilkan magnet sementara. Tetapi

coba anda pikir apabila intinya diganti dengan baja, apa yang akan terjadi? yang

pasti baja akan menjadi magnet permanen sehingga elektromagnetik tidak dapat

dimanfaatkan.

Dari penjelasan kasus diatas dapat kita simpulkan bahwa sifat permanen

dan sifat sementara suatu magnet tidak di pengaruhi oleh cara membuat tetapi

dipegaruhi oleh bahan yang digunakan. Dengan cara apapun jika bahan yang

digunakan baja maka magnet yang dihasilkan akan bersifat permanen.

Teori Kemagnetan Bumi

Teori ini sangat rumit untuk dijelaskan, sebaiknya kita harus bisa

membedakan dulu antara gravitasi bumi dengan magnet bumi. Kita dapat berdiri

di atas muka bumi bukan karena bumi bersifat magnet, kenapa bisa begitu? karena

sesuai dengan definisi magnet adalah bahan yang bisa menarik benda magnetik

sedangkan kita bukanlah bahan magnetik.

Lalu apa yang membuat kita bisa berdiri diatas bumi? jawabnya karena

bumi mempunyai gravitasi yaitu kekuatan untuk menarik semua benda yang ada

disekitarnya tidak perduli itu benda magnetik atau bukan. Gravitasi bumi

ditimbulkan karena bumi mempunyai massa, semakin besar massa maka semakin

besar gravitasinya (ini semua sesuai dengan hukum Newton dan teori relativitas).

Sedangkan sifat kemagnetan bumi ditimbulkan karena bumi berotasi dan

berevolusi (ini pendapat saya) jadi jika bumi tidak lagi berotasi maka sifat

kemagnetannya lama – lama akan hilang. Mulai dari sekarang supaya pembahasan

bab kemagnetan tidak membuat bingung maka kita harus membedakan antara

gravitasi bumi dengan magnet bumi.

Kutub utara magnet bumi berada di sekitar kutub selatan bumi, sedangkan

kutub selatan magnet bumi berada disekitar kutub utara bumi. Antara kutub utara

magnet bumi dengan kutub selatan bumi tidak berimpit, ini juga terjadi pada

kutub selatan magnet bumi. Akibat hal tersebut maka bila kita melihat kompas

menunjukka arah selatan ini berarti tidak menunjukkan persis arah selatan tetapi

mengalami penyimpangan sedikit dari kutub selatan bumi. Penyimpangan ini

membentuk sudut yang disebut dengan sudut deklinasi.

Apabila kita membawa kompas dari katulistiwa menuju kutub bumi maka

kompas itu akan condong ke bawah atau ke atas. Kecondongan ini karena tertatik

oleh kutub magnet bumi. Sudut yang dibentuk dari kecondongan kompas terhadap

arah horisontal disebut dengan sudut inklinasi.

SuperAtom Magnetik VCs8

Tim peneliti dari “Virginia Commonwealth University (VCU)” telah

menemukan “Superatom Magnetik Baru VCs8″ dimana superatom magnetik ini

menurut para peneliti tersebut meniru atom Mangan (Mn). Dengan penemuan ini

dimungkinkan akan membuka cakrawala baru dalam pembuatan peralatan

elektronik molekular yang akan membawa kita menuju generasi computer yang

lebih cepat dan memiliki kapasitas memori yang besar.

Apa itu superatom? Superatom didefinisikan sebagai suatu cluster yang

dibangun dari banyak atom dimana sifat cluster ini meniru berbagai macam unsur

yang terdapat dalam sistem periodic. ( Bila kamu tidak bisa membayangkan

bagaimana bentuk cluster maka salah satu contohnya adalah fuleren yang

dibangun dari atom karbon ). Superatom adalah stabil dan sifatnya tergantung dari

jumlah atom dalam cluster tersebut sebagai contoh Al l7 sifatnya seperti atom

Germanium, Al13 sifatnya mirip atom halogen, dan Al14 mirip logam alkali.

Superatom magnetik VCS8 yang diciptakan oleh para peneliti di VCU

dibangun dari satu atom Vanadium sebagai atom pusatnya dan delapan atom

Cesium, cluster ini dapat bertindak seperti magnet kecil layaknya atom Mangan

yang ada dalam medan magnet. Melalui sejumlah studi secara teoritis yang sangat

kompleks, Shiv N. Khanna, Ph.D, professor departemen Fisika VCU, bersama

dengan Asosiate postdoctoral VCU, J. Ulises Reveles, A.C. Reber, dan siswa

program pascasarjana, P. Clayborne, dan para peneliti dari Research Laboratory in

D.C., serta  peneliti dari  Harish-Chandra Research Institute in Allahabad, India,

para peneliti tersebut menganalisa sifat elektronik dan magnetis dari superatom

VCs8 tersebut.

Para peneliti menyatakan bahwa superatom magnetic VCs8 ini

memperoleh kestabilannya dengan cara mengisi keadaan dasar sususan

konfigurasi elektron valensinya. Seperti yang kita ketahui bahwa atom yang stabil

akan cenderung mengisi konfigurasi elektronya seperti atom-atom gas mulia,

sehingga konsekuensi dari cluster yang terdiri dari delapan atom Cesium ini akan

bergabung satu sama lain dengan cara melepaskan atau menerima electron dari

atom yang lain. Dengan cara ini maka cluster memperoleh bentuk konfigurasi

yang stabil.

Khana menyatakan bahwa superatom yang diciptakannya memiliki

momen magnetik seitar 5 Bohr Magneton. Momen magnetik adalah ukuran sifat

kemagnetisan internal cluster. Besarnya momen magnetik ini adalah dua kali lebih

besar dari atom Besi yang terdapat pada besi padat. Atom Mangan juga memiliki

momen magnetik yang besarnya sekitar 5 Bohr Magneton dan susunan

konfigurasi elektron penuh, oleh sebab itulah Khanna menyatakan bahwa

superatom VCs8 meniru sifat dari atom Mangan.

“Pandangan obyektif yang sangat penting dari penelitian ini adalah untuk

menemukan kombinasi atom apa yang lebih stabil pada saat kita memasukan

atom-atom yang lain untuk menyusun cluster tersebut. Selain itu kombinasi sifat

magnetis dan penghantar juga perlu untuk diperhitungkan. Cesium adalah

konduktor yang baik , inilah alasan mengapa kita memakai Cesium untuk

mendapatkan sifat penghantar sekaligus sifat magnetis dari cluster baru ini”, kata

Khanna.

“Kombinasi hal-hal tersebut diatas nantinya akan membawa

perkembangan bidang “molekular elektronik” ke arah yang lebih spektakuler,

yaitu bidang dimana para ilmuwan mempelajari aliran listrk yang mengalir

melalui molekul kecil. Peralatan molekular ini diperkirakan akan membantu

dalam menyimpan data yang non-volatil, proses data yang lebih cepat dan

manfaat yang lain.

Khanna dan timnya telah membawa kita kepenelitian awal terhadap

superatom dan nantinya akan membawa manfaat dalam bidang spintronik.

Spintronik adalah proses yang memanfaatkan putaran elektron untuk mensintesis

peralatan baru untuk tujuan penyimpan data dan data prosesing.

Para peneliti juga telah menunjukkan bahwa dengan menggabungkan atom

Emas (Au) dan Mangan (Mn) akan dapat dihasilkan superatom yang memiliki

momen magnetis akan tetapi tidak dapat menghantarkan arus listrik. Superatom

ini memiliki potensial untuk aplikasi biomedis seperti proses pencitraan, sensor,

dan mengamati peredaran obat-obatan dalam tubuh.Disadur dan diceritaka dari

Kemagnetan

Magnetisasi, M, (momen magnet per satuan  volume) suatu sampel dalam

medan magnet, H, berbanding lurus dengan besarnya H, dan tetapan

perbandingannya adalah, χ, yang bergantung pada sampel.

χ disebut dengan suseptibilitas volume dan hasil kali  χ dan volume molar sampel

Vm disebut dengan susceptibilitas molar χ. Dinyatakan dalam persamaan menjadi:

Semua zat memiliki sifat diamagnetik, dan selain diamagnetisme, zat

dengan elektron tidak berpasangan juga menunjukkan sifat paramagnetisme,

besar sifat paramagnetisme sekitar 100 kali lebih besar daripada sifat

diamagnetisme.  Hukum Curie menunjukkan bahwa paramagnetisme berbanding

terbalik dengan suhu:

T adalah temperatur mutlak dan A dan C adalah konstanta. Dalam metoda

Gouy atau Faraday, momen magnet dihitung dari perubahan berat sampel bila

digantungkan dalam pengaruh medan magnet. Selain metoda ini, metoda yang

lebih sensitif adalah  SQUID (superconducting quantum interference device) yang

telah banyak digunakan untuk melakukan pengukuran sifat magnet.

Paramagnetisme diinduksi oleh momen magnet permanen elektron tak

berpasangan dalam molekul dan suseptibilitas molarnya berbanding lurus dengan

momentum sudut spin elektron. Paramagnetisme kompleks logam transisi blok d 

yang memiliki elektron tak berpasangan dengan bilangan kuantum spin 1/2, dan

setengah jumlah elektron tak berpasangan adalah bilangan kuantum spin total S.

Oleh karena itu, momen magnet hanya berdasarkan spin secara teori dapat

diturunkan mengikuti persamaan:

Banyak kompleks logam 3d menunjukkan kecocokan yang baik antara

momen magnet yang diukur dengan neraca magnetik dan yang dihasilkan dari

persamaan di atas. Hubungan antara jumlah elektron yang tak berpasangan dan

suseptibilitas magnet kompleks diberikan di Tabel 6.3.

Karena kecocokan ini dimungkinkan untuk menghitung jumlah elektron

yang tidak berpasangan dari hasil pengukuran magnetiknya. Misalnya, misalnya

kompleks Fe3+ d5 dengan momen magnet sekitar 1.7 µB adalah kompleks spin

rendah dengan satu elektron tak berpasangan, tetapi Fe3+ d5 dengan momen

magnet sekitar 5.9  µB adalah kompleks spin tinggi dengan 5 elektron tak

berpasangan.

Walaupun, momen magnetik yang terukur tidak lagi cocok dengan nilai

spin saja bila kontribusi momentum sudut pada momen magnet total semakin

besar. Khususnya dalam kompleks logam 5d, perbedaan antara yang diukur dan

dihitung semakin besar.

Beberapa material padatan paramagnetik menjadi  feromagnetik pada

temperatur rendah membentuk domain magnetik, yang di dalamnya ribuan spin

elektron paralel satu sama lain. Suhu transisi paramagnetik-feromagnetik disebut

suhu Curie. Bila spin tersusun antiparalel satu sama lain, bahan menjadi

antiferomagnetik, dan suhu transisi paramagnetik-anti-feromagnetik disebut suhu

Neel. Bahan menjadi ferimagnetik bila spinnya tidak tepat saling menghilangkan,

sehingga masih ada kemagnetannya. Kini, usaha untuk membuat ion logam

paramagnetik tersusun untuk menginduksi interaksi feromagnetik antar spin-

spinnya. Efek ini tidak mungkin dalam kompleks monointi.

Paramagnetik itu  sifat atom yg dapat menjadi magnet dia bisa menjadi

magnet ketika orbital nya ada yang tidak berpasangan (masih ada yang kosong)

sehingga ada yang dapat meneruskan sifat magnet yang dialirkan padanya.

kita juga seperti itu ketika kita menjalani hidup ini, sifat kita mau gimana mau

paramagnetik atau diamagnetik.

Ketika kepala kita udah keras dengan pemikiran – pemikiran kita sendiri dan

merasa kita udah benar dengan semua pemikiran kita dan langkah – langkah yang

pemikiran kita ambil, maka kita akan jadi diamagnetik. Orang paramagnetik adalah

orang yang senantiasa pengen berkembang, haus ilmu, ingin berubah ketika dialiri

sesuatu, dia akan mengalirkannya kembali mengalirkannya kepada yang lain.

Portal

Kimia

Atom adalah suatu satuan dasar materi, yang terdiri atas inti atom serta

awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Inti atom terdiri atas

proton yang bermuatan positif, dan neutron yang bermuatan netral (kecuali pada

inti atom Hidrogen-1, yang tidak memiliki neutron). Elektron-elektron pada

sebuah atom terikat pada inti atom oleh gaya elektromagnetik. Sekumpulan atom

demikian pula dapat berikatan satu sama lainnya, dan membentuk sebuah

molekul. Atom yang mengandung jumlah proton dan elektron yang sama bersifat

netral, sedangkan yang mengandung jumlah proton dan elektron yang berbeda

bersifat positif atau negatif dan disebut sebagai ion. Atom dikelompokkan

berdasarkan jumlah proton dan neutron yang terdapat pada inti atom tersebut.

Jumlah proton pada atom menentukan unsur kimia atom tersebut, dan jumlah

neutron menentukan isotop unsur tersebut.

Istilah atom berasal dari Bahasa Yunani (ἄτομος/átomos, α-τεμνω), yang

berarti tidak dapat dipotong ataupun sesuatu yang tidak dapat dibagi-bagi lagi.

Konsep atom sebagai komponen yang tak dapat dibagi-bagi lagi pertama kali

diajukan oleh para filsuf India dan Yunani. Pada abad ke-17 dan ke-18, para

kimiawan meletakkan dasar-dasar pemikiran ini dengan menunjukkan bahwa zat-

zat tertentu tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi menggunakan metode-metode

kimia. Selama akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, para fisikawan berhasil

menemukan struktur dan komponen-komponen subatom di dalam atom,

membuktikan bahwa 'atom' tidaklah tak dapat dibagi-bagi lagi. Prinsip-prinsip

mekanika kuantum yang digunakan para fisikawan kemudian berhasil

memodelkan atom.

Dalam pengamatan sehari-hari, secara relatif atom dianggap sebuah objek

yang sangat kecil yang memiliki massa yang secara proporsional kecil pula. Atom

hanya dapat dipantau dengan menggunakan peralatan khusus seperti mikroskop

gaya atom. Lebih dari 99,9% massa atom berpusat pada inti atom, dengan proton

dan neutron yang bermassa hampir sama. Setiap unsur paling tidak memiliki satu

isotop dengan inti yang tidak stabil, yang dapat mengalami peluruhan radioaktif.

Hal ini dapat mengakibatkan transmutasi, yang mengubah jumlah proton dan

neutron pada inti.[2] Elektron yang terikat pada atom mengandung sejumlah aras

energi, ataupun orbital, yang stabil dan dapat mengalami transisi di antara aras

tersebut dengan menyerap ataupun memancarkan foton yang sesuai dengan

perbedaan energi antara aras. Elektron pada atom menentukan sifat-sifat kimiawi

sebuah unsur, dan mempengaruhi sifat-sifat magnetis atom tersebut.

Teori atom dan Atomisme

Konsep bahwa materi terdiri dari satuan-satuan terpisah yang tidak dapat

dibagi lagi menjadi satuan yang lebih kecil telah ada selama satu milenium.

Namun, pemikiran tersebut masihlah bersifat abstrak dan filosofis, daripada

berdasarkan pengamatan empiris dan eksperimen. Secara filosofis, deskripsi sifat-

sifat atom bervariasi tergantung pada budaya dan aliran filosofi tersebut, dan

seringkali pula mengandung unsur-unsur spiritual di dalamnya. Rujukan paling

awal mengenai konsep atom dapat ditilik kembali kepada zaman India kuno pada

tahun 800 sebelum masehi, yang dijelaskan dalam naskah filsafat Jainisme

sebagai anu dan paramanu. Aliran mazhab Nyaya dan Vaisesika mengembangkan

teori yang menjelaskan bagaimana atom-atom bergabung menjadi benda-benda

yang lebih kompleks. Satu abad kemudian muncul rujukan mengenai atom di

dunia Barat oleh Leukippos, yang kemudian oleh muridnya Demokritos

pandangan tersebut disistematiskan. Kira-kira pada tahun 450 SM, Demokritos

menciptakan istilah átomos (bahasa Yunani: ἄτομος), yang berarti "tidak dapat

dipotong" ataupun "tidak dapat dibagi-bagi lagi". Teori Demokritos mengenai

atom bukanlah usaha untuk menjabarkan suatu fenomena fisis secara rinci,

melainkan suatu filosofi yang mencoba untuk memberikan jawaban atas

perubahan-perubahan yang terjadi pada alam.

Kemajuan lebih jauh pada pemahaman mengenai atom dimulai dengan

berkembangnya ilmu kimia. Pada tahun 1661, Robert Boyle mempublikasikan

buku The Sceptical Chymist yang berargumen bahwa materi - materi di dunia ini

terdiri dari berbagai kombinasi "corpuscules", yaitu atom - atom yang berbeda.

Hal ini berbeda dengan pandangan klasik yang berpendapat bahwa materi terdiri

dari unsur-unsur udara, tanah, api, dan air.[6] Pada tahun 1789, istilah element

(unsur) didefinisikan oleh seorang bangsawan dan peneliti Perancis, Antoine

Lavoisier, sebagai bahan dasar yang tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi dengan

menggunakan metode-metode kimia.

Berbagai atom dan molekul yang digambarkan pada buku John Dalton,

Pada 1802, John Dalton, seorang profesor di Manchester, mengadakan

serangkaian percobaan fluida elastis dengan menggunakan nitrogen peroksida

dengan air guna mengamati reaksi udara. Dari percobaan tersebut disimpulkan

bahwa reaksi terjadi dengan perbandingan yang bulat, sesuai dengan prinsip equal

division, dan kemudian diumumkan sebagai suatu teori mengenai atom, setelah

Dalton mendiskusikan hipotesisnya dengan Thomson pada bulan Agustus 1804.

Teori partikel ini kemudian dikonfirmasikan lebih jauh lagi pada tahun 1827,

yaitu ketika botaniwan Robert Brown menggunakan mikroskop untuk mengamati

debu-debu yang mengambang di atas air dan menemukan bahwa debu-debu

tersebut bergerak secara acak. Fenomena ini kemudian dikenal sebagai "Gerak

Brown". Pada tahun 1877, J. Desaulx mengajukan pendapat bahwa fenomena ini

disebabkan oleh gerak termal molekul air, dan pada tahun 1905 Albert Einstein

membuat analisis matematika terhadap gerak ini. Fisikawan Perancis Jean Perrin

kemudian menggunakan hasil kerja Einstein untuk menentukan massa dan

dimensi atom secara eksperimen, yang kemudian dengan pasti menjadi verifikasi

atas teori atom Dalton.

Berdasarkan hasil penelitiannya terhadap sinar katoda, pada tahun 1897 J.

J. Thomson menemukan elektron dan sifat-sifat subatomiknya. Hal ini

meruntuhkan konsep atom sebagai satuan yang tidak dapat dibagi-bagi lagi.

Thomson percaya bahwa elektron-elektron terdistribusi secara merata di seluruh

atom, dan muatan-muatannya diseimbangkan oleh keberadaan lautan muatan

positif (model puding prem).

Namun pada tahun 1909, para peneliti di bawah arahan Ernest Rutherford

menembakkan ion helium ke lembaran tipis emas, dan menemukan bahwa

sebagian kecil ion tersebut dipantulkan dengan sudut pantulan yang lebih tajam

dari yang apa yang diprediksikan oleh teori Thomson. Rutherford kemudian

mengajukan pendapat bahwa muatan positif suatu atom dan kebanyakan massanya

terkonsentrasi pada inti atom, dengan elektron yang mengitari inti atom seperti

planet mengitari matahari. Muatan positif ion helium yang melewati inti padat ini

haruslah dipantulkan dengan sudut pantulan yang lebih tajam. Pada tahun 1913,

ketika bereksperimen dengan hasil proses peluruhan radioaktif, Frederick Soddy

menemukan bahwa terdapat lebih dari satu jenis atom pada setiap posisi tabel

periodik. Istilah isotop kemudian diciptakan oleh Margaret Todd sebagai nama

yang tepat untuk atom-atom yang berbeda namun merupakan satu unsur yang

sama. J.J. Thomson selanjutnya menemukan teknik untuk memisahkan jenis-jenis

atom tersebut melalui hasil kerjanya pada gas yang terionisasi.

Model atom hidrogen Bohr yang menunjukkan loncatan elektron antara

orbit-orbit tetap dan memancarkan energi foton dengan frekuensi tertentu.

Sementara itu, pada tahun 1913 fisikawan Niels Bohr mengkaji ulang model atom

Rutherford dan mengajukan pendapat bahwa elektron-elektron terletak pada orbit-

orbit yang terkuantisasi serta dapat meloncat dari satu orbit ke orbit lainnya,

meskipun demikian tidak dapat dengan bebas berputar spiral ke dalam maupun

keluar dalam keadaan transisi. Suatu elektron haruslah menyerap ataupun

memancarkan sejumlah energi tertentu untuk dapat melakukan transisi antara

orbit-orbit yang tetap ini. Apabila cahaya dari materi yang dipanaskan memancar

melalui prisma, ia menghasilkan suatu spektrum multiwarna. Penampakan garis-

garis spektrum tertentu ini berhasil dijelaskan oleh teori transisi orbital ini.

Ikatan kimia antar atom kemudian pada tahun 1916 dijelaskan oleh Gilbert

Newton Lewis sebagai interaksi antara elektron-elektron atom tersebut. Atas

adanya keteraturan sifat-sifat kimiawi dalam tabel periode kimia, kimiawan

Amerika Irving Langmuir tahun 1919 berpendapat bahwa hal ini dapat dijelaskan

apabila elektron-elektron pada sebuah atom saling berhubungan atau berkumpul

dalam bentuk-bentuk tertentu. Sekelompok elektron diperkirakan menduduki satu

set kelopak elektron di sekitar inti atom.

Percobaan Stern-Gerlach pada tahun 1922 memberikan bukti lebih jauh

mengenai sifat-sifat kuantum atom. Ketika seberkas atom perak ditembakkan

melalui medan magnet, berkas tersebut terpisah-pisah sesuai dengan arah

momentum sudut atom (spin). Oleh karena arah spin adalah acak, berkas ini

diharapkan menyebar menjadi satu garis. Namun pada kenyataannya berkas ini

terbagi menjadi dua bagian, tergantung dari apakah spin atom tersebut berorientasi

ke atas ataupun ke bawah.

Pada tahun 1926, dengan menggunakan pemikiran Louis de Broglie bahwa

partikel berperilaku seperti gelombang, Erwin Schrödinger mengembangkan suatu

model atom matematis yang menggambarkan elektron sebagai gelombang tiga

dimensi daripada sebagai titik-titik partikel. Konsekuensi penggunaan bentuk

gelombang untuk menjelaskan elektron ini adalah bahwa adalah tidak mungkin

untuk secara matematis menghitung posisi dan momentum partikel secara

bersamaan. Hal ini kemudian dikenal sebagai prinsip ketidakpastian, yang

dirumuskan oleh Werner Heisenberg pada 1926. Menurut konsep ini, untuk setiap

pengukuran suatu posisi, seseorang hanya bisa mendapatkan kisaran nilai-nilai

probabilitas momentum, demikian pula sebaliknya. Walaupun model ini sulit

untuk divisualisasikan, ia dapat dengan baik menjelaskan sifat-sifat atom yang

terpantau yang sebelumnya tidak dapat dijelaskan oleh teori mana pun. Oleh

sebab itu, model atom yang menggambarkan elektron mengitari inti atom seperti

planet mengitari matahari digugurkan dan digantikan oleh model orbital atom di

sekitar inti di mana elektron paling berkemungkinan berada.

Diagram skema spetrometer massa sederhana.

Perkembangan pada spektrometri massa mengijinkan dilakukannya

pengukuran massa atom secara tepat. Peralatan spektrometer ini menggunakan

magnet untuk membelokkan trayektori berkas ion, dan banyaknya defleksi

ditentukan dengan rasio massa atom terhadap muatannya. Kimiawan Francis

William Aston menggunakan peralatan ini untuk menunjukkan bahwa isotop

mempunyai massa yang berbeda. Perbedaan massa antar isotop ini berupa

bilangan bulat, dan ia disebut sebagai kaidah bilangan bulat. Penjelasan pada

perbedaan massa isotop ini berhasil dipecahkan setelah ditemukannya neutron,

suatu partikel bermuatan netral dengan massa yang hampir sama dengan proton,

yaitu oleh James Chadwick pada tahun 1932. Isotop kemudian dijelaskan sebagai

unsur dengan jumlah proton yang sama, namun memiliki jumlah neutron yang

berbeda dalam inti atom.

Pada tahun 1950-an, perkembangan pemercepat partikel dan detektor

partikel mengijinkan para ilmuwan mempelajari dampak-dampak dari atom yang

bergerak dengan energi yang tinggi. Neutron dan proton kemudian diketahui

sebagai hadron, yaitu komposit partikel-partikel kecil yang disebut sebagai kuark.

Model-model standar fisika nuklir kemudian dikembangkan untuk menjelaskan

sifat-sifat inti atom dalam hal interaksi partikel subatom ini.

Sekitar tahun 1985, Steven Chu dkk. di Bell Labs mengembangkan sebuah

teknik untuk menurunkan temperatur atom menggunakan laser. Pada tahun yang

sama, sekelompok ilmuwan yang diketuai oleh William D. Phillips berhasil

memerangkap atom natrium dalam perangkap magnet. Claude Cohen-Tannoudji

kemudian menggabungkan kedua teknik tersebut untuk mendinginkan sejumlah

kecil atom sampai beberapa mikrokelvin. Hal ini mengijinkan ilmuwan

mempelajari atom dengan presisi yang sangat tinggi, yang pada akhirnya

membawa para ilmuwan menemukan kondensasi Bose-Einstein.

Dalam sejarahnya, sebuah atom tunggal sangatlah kecil untuk digunakan

dalam aplikasi ilmiah. Namun baru-baru ini, berbagai peranti yang menggunakan

sebuah atom tunggal logam yang dihubungkan dengan ligan-ligan organik

(transistor elektron tunggal) telah dibuat. Berbagai penelitian telah dilakukan

untuk memerangkap dan memperlambat laju atom menggunakan pendinginan

laser untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik mengenai sifat-sifat atom.

Komponen-komponen atom

Partikel subatom

Walaupun awalnya kata atom berarti suatu partikel yang tidak dapat

dipotong-potong lagi menjadi partikel yang lebih kecil, dalam terminologi ilmu

pengetahuan modern, atom tersusun atas berbagai partikel subatom. Partikel-

partikel penyusun atom ini adalah elektron, proton, dan neutron. Namun hidrogen-

1 tidak mempunyai neutron. Demikian pula halnya pada ion hidrogen positif H+.

Dari kesemua partikel subatom ini, elektron adalah yang paling ringan, dengan

massa elektron sebesar 9,11 × 10−31 kg dan mempunyai muatan negatif. Ukuran

elektron sangatlah kecil sedemikiannya tiada teknik pengukuran yang dapat

digunakan untuk mengukur ukurannya. Proton memiliki muatan positif dan massa

1.836 kali lebih berat daripada elektron (1,6726 × 10−27 kg). Neutron tidak

bermuatan listrik dan bermassa bebas 1.839 kali massa elektron atau

(1,6929 × 10−27 kg).

Dalam model standar fisika, baik proton dan neutron terdiri dari partikel

elementer yang disebut kuark. Kuark termasuk kedalam golongan partikel fermion

dan merupakan salah satu dari dua bahan penyusun materi dasar (yang lainnya

adalah lepton). Terdapat enam jenis kuark dan tiap-tiap kuark tersebut memiliki

muatan listri fraksional sebesar +2/3 ataupun −1/3. Proton terdiri dari dua kuark

naik dan satu kuark turun, manakala neutron terdiri dari satu kuark naik dan dua

kuark turun. Perbedaan komposisi kuark ini mempengaruhi perbedaan massa dan

muatan antara dua partikel tersebut. Kuark terikat bersama oleh gaya nuklir kuat

yang diperantarai oleh gluon. Gluon adalah anggota dari boson tolok yang

merupakan perantara gaya-gaya fisika.

Inti atom

Energi pengikatan yang diperlukan oleh nukleon untuk lolos dari inti pada

berbagai isotop. Inti atom terdiri atas proton dan neutron yang terikat bersama

pada pusat atom. Secara kolektif, proton dan neutron tersebut disebut sebagai

nukleon (partikel penyusun inti). Diameter inti atom berkisar antara 10-15 hingga

10-14m. Jari-jari inti diperkirakan sama dengan   fm, dengan A adalah

jumlah nukleon. Hal ini sangatlah kecil dibandingkan dengan jari-jari atom.

Nukleon-nukleon tersebut terikat bersama oleh gaya tarik-menarik potensial yang

disebut gaya kuat residual. Pada jarak lebih kecil daripada 2,5 fm, gaya ini lebih

kuat dari pada gaya elektrostatik yang menyebabkan proton saling tolak menolak.

Atom dari unsur kimia yang sama memiliki jumlah proton yang sama,

disebut nomor atom. Suatu unsur dapat memiliki jumlah neutron yang bervariasi.

Variasi ini disebut sebagai isotop. Jumlah proton dan neutron suatu atom akan

menentukan nuklida atom tersebut, sedangkan jumlah neutron relatif terhadap

jumlah proton akan menentukan stabilitas inti atom, dengan isotop unsur tertentu

akan menjalankan peluruhan radioaktif.

Neutron dan proton adalah dua jenis fermion yang berbeda. Asas

pengecualian Pauli melarang adanya keberadaan fermion yang identik (seperti

misalnya proton berganda) menduduki suatu keadaan fisik kuantum yang sama

pada waktu yang sama. Oleh karena itu, setiap proton dalam inti atom harusnya

menduduki keadaan kuantum yang berbeda dengan aras energinya masing-

masing. Asas Pauli ini juga berlaku untuk neutron. Pelarangan ini tidak berlaku

bagi proton dan neutron yang menduduki keadaan kuantum yang sama.

Untuk atom dengan nomor atom yang rendah, inti atom yang memiliki

jumlah proton lebih banyak daripada neutron berpotensi jatuh ke keadaan energi

yang lebih rendah melalui peluruhan radioaktif yang menyebabkan jumlah proton

dan neutron seimbang. Oleh karena itu, atom dengan jumlah proton dan neutron

yang berimbang lebih stabil dan cenderung tidak meluruh. Namun, dengan

meningkatnya nomor atom, gaya tolak-menolak antar proton membuat inti atom

memerlukan proporsi neutron yang lebih tinggi lagi untuk menjaga stabilitasnya.

Pada inti yang paling berat, rasio neutron per proton yang diperlukan untuk

menjaga stabilitasnya akan meningkat menjadi 1,5.

Gambaran proses fusi nuklir yang menghasilkan inti deuterium (terdiri dari satu

proton dan satu neutron). Satu positron (e+) dipancarkan bersamaan dengan

neutrino elektron.

Jumlah proton dan neutron pada inti atom dapat diubah, walaupun hal ini

memerlukan energi yang sangat tinggi oleh karena gaya atraksinya yang kuat.

Fusi nuklir terjadi ketika banyak partikel atom bergabung membentuk inti yang

lebih berat. Sebagai contoh, pada inti Matahari, proton memerlukan energi sekitar

3–10 keV untuk mengatasi gaya tolak-menolak antar sesamanya dan bergabung

menjadi satu inti. Fisi nuklir merupakan kebalikan dari proses fusi. Pada fisi

nuklir, inti dipecah menjadi dua inti yang lebih kecil. Hal ini biasanya terjadi

melalui peluruhan radioaktif. Inti atom juga dapat diubah melalui penembakan

partikel subatom berenergi tinggi. Apabila hal ini mengubah jumlah proton dalam

inti, atom tersebut akan berubah unsurnya.

Jika massa inti setelah terjadinya reaksi fusi lebih kecil daripada jumlah

massa partikel awal penyusunnya, maka perbedaan ini disebabkan oleh pelepasan

pancaran energi (misalnya sinar gamma), sebagaimana yang ditemukan pada

rumus kesetaraan massa-energi Einstein, E = mc2, dengan m adalah massa yang

hilang dan c adalah kecepatan cahaya. Defisit ini merupakan bagian dari energi

pengikatan inti yang baru.

Fusi dua inti yang menghasilkan inti yang lebih besar dengan nomor atom

lebih rendah daripada besi dan nikel (jumlah total nukleon sama dengan 60)

biasanya bersifat eksotermik, yang berarti bahwa proses ini melepaskan energi.

Adalah proses pelepasan energi inilah yang membuat fusi nuklir pada bintang

dapat dipertahankan. Untuk inti yang lebih berat, energi pengikatan per nukleon

dalam inti mulai menurun. Ini berarti bahwa proses fusi akan bersifat endotermik.

Awan elektron

Orbital atom dan Konfigurasi elektron

Sumur potensial yang menunjukkan energi minimum V(x) yang diperlukan

untuk mencapai tiap-tiap posisi x. Suatu partikel dengan energi E dibatasi pada

kisaran posisi antara x1 dan x2.

Elektron dalam suatu atom ditarik oleh proton dalam inti atom melalui

gaya elektromagnetik. Gaya ini mengikat elektron dalam sumur potensi

elektrostatik di sekitar inti. Hal ini berarti bawah energi luar diperlukan agar

elektron dapat lolos dari atom. Semakin dekat suatu elektron dalan inti, semakin

besar gaya atraksinya, sehingga elektron yang berada dekat dengan pusat sumur

potensi memerlukan energi yang lebih besar untuk lolos.

Elektron, sama seperti partikel lainnya, memiliki sifat seperti partikel

maupun seperti gelombang (dualisme gelombang-partikel). Awan elektron adalah

suatu daerah dalam sumur potensi di mana tiap-tiap elektron menghasilkan sejenis

gelombang diam (yaitu gelombang yang tidak bergerak relatif terhadap inti) tiga

dimensi. Perilaku ini ditentukan oleh orbital atom, yakni suatu fungsi matematika

yang menghitung probabilitas suatu elektron akan muncul pada suatu lokasi

tertentu ketika posisinya diukur. Hanya akan ada satu himpunan orbital tertentu

yang berada disekitar inti, karena pola-pola gelombang lainnya akan dengan cepat

meluruh menjadi bentuk yang lebih stabil.

Fungsi gelombang dari lima orbital atom pertama. Tiga orbital 2p memperlihatkan

satu biidang simpul.

Tiap-tiap orbital atom berkoresponden terhadap aras energi elektron

tertentu. Elektron dapat berubah keadaannya ke aras energi yang lebih tinggi

dengan menyerap sebuah foton. Selain dapat naik menuju aras energi yang lebih

tinggi, suatu elektron dapat pula turun ke keadaan energi yang lebih rendah

dengan memancarkan energi yang berlebih sebagai foton.

Energi yang diperlukan untuk melepaskan ataupun menambah satu

elektron (energi pengikatan elektron) adalah lebih kecil daripada energi

pengikatan nukleon. Sebagai contohnya, hanya diperlukan 13,6 eV untuk

melepaskan elektron dari atom hidrogen. Bandingkan dengan energi sebesar

2,3 MeV yang diperlukan untuk memecah inti deuterium. Atom bermuatan listrik

netral oleh karena jumlah proton dan elektronnya yang sama. Atom yang

kekurangan ataupun kelebihan elektron disebut sebagai ion. Elektron yang terletak

paling luar dari inti dapat ditransfer ataupun dibagi ke atom terdekat lainnya.

Dengan cara inilah, atom dapat saling berikatan membentuk molekul.

Sifat-sifat nuklir

Isotop dan Isotop Stabil

Berdasarkan definisi, dua atom dengan jumlah proton yang identik dalam

intinya termasuk ke dalam unsur kimia yang sama. Atom dengan jumlah proton

sama namun dengan jumlah neutron berbeda adalah dua isotop berbeda dari satu

unsur yang sama. Sebagai contohnya, semua hidrogen memiliki satu proton,

namun terdapat satu isotop hidrogen yang tidak memiliki neutron (hidrogen-1),

satu isotop yang memiliki satu neutron (deuterium), dua neutron (tritium), dll.

Hidrogen-1 adalah bentuk isotop hidrogen yang paling umum. Kadang-kadang ia

disebut sebagai protium. Semua isotop unsur yang bernomor atom lebih besar

daripada 82 bersifat radioaktif.

Dari sekitar 339 nuklida yang terbentuk secara alami di Bumi, 269 di

antaranya belum pernah terpantau meluruhPada unsur kimia, 80 dari unsur yang

diketahui memiliki satu atau lebih isotop stabil. Unsur 43, 63, dan semua unsur

lebih tinggi dari 83 tidak memiliki isotop stabil. Dua puluh tujuh unsur hanya

memiliki satu isotop stabil, manakala jumlah isotop stabil yang paling banyak

terpantau pada unsur timah dengan 10 jenis isotop stabil.

Massa

Massa atom dan Bobot atom

Karena mayoritas massa atom berasal dari proton dan neutron, jumlah

keseluruhan partikel ini dalam atom disebut sebagai nomor massa. Massa atom

pada keadaan diam sering diekspresikan menggunakan satuan massa atom (u)

yang juga disebut dalton (Da). Satuan ini didefinisikan sebagai seperduabelas

massa atom karbon-12 netral, yang kira-kira sebesar 1,66 × 10−27 kg. Hidrogen-1

yang merupakan isotop teringan hidrogen memiliki bobot atom 1,007825 u. Atom

memiliki massa yang kira-kira sama dengan nomor massanya dikalikan satuan

massa atom. Atom stabil yang paling berat adalah timbal-208, dengan massa

sebesar 207,9766521 u.

Para kimiawan biasanya menggunakan satuan mol untuk menyatakan

jumlah atom. Satu mol didefinisikan sebagai jumlah atom yang terdapat pada 12

gram persis karbon-12. Jumlah ini adalah sekitar 6,022 × 1023, yang dikenal pula

dengan nama tetapan Avogadro. Dengan demikian suatu unsur dengan massa

atom 1 u akan memiliki satu mol atom yang bermassa 0,001 kg. Sebagai

contohnya, Karbon memiliki massa atom 12 u, sehingga satu mol karbon atom

memiliki massa 0,012 kg.

Jari-jari Atom

Atom tidak memiliki batasan luar yang jelas, sehingga dimensi atom

biasanya dideskripsikan sebagai jarak antara dua inti atom ketika dua atom

bergabung bersama dalam ikatan kimia. Jari-jari ini bervariasi tergantung pada

jenis atom, jenis ikatan yang terlibat, jumlah atom di sekitarnya, dan spin atom.

Pada tabel periodik unsur-unsur, jari-jari atom akan cenderung meningkat seiring

dengan meningkatnya periode (atas ke bawah). Sebaliknya jari-jari atom akan

cenderung meningkat seiring dengan menurunnya nomor golongan (kanan ke

kiri). Oleh karena itu, atom yang terkecil adalah helium dengan jari-jari 32 pm,

manakala yang terbesar adalah sesium dengan jari-jari 225 pm. Dimensi ini

ribuan kali lebih kecil daripada gelombang cahaya (400–700 nm), sehingga atom

tidak dapat dilihat menggunakan mikroskop optik biasa. Namun, atom dapat

dipantau menggunakan mikroskop gaya atom.

Ukuran atom sangatlah kecil, sedemikian kecilnya lebar satu helai rambut

dapat menampung sekitar 1 juta atom karbon. Satu tetes air pula mengandung

sekitar 2 × 1021 atom oksigen. Intan satu karat dengan massa 2 × 10-4 kg

mengandung sekitar 1022 atom karbon. Jika sebuah apel diperbesar sampai

seukuran besarnya Bumi, maka atom dalam apel tersebut akan terlihat sebesar

ukuran apel awal tersebut.Peluruhan radioaktif

Diagram ini menunjukkan waktu paruh (T½) beberapa isotop dengan

jumlah proton Z dan jumlah proton N (dalam satuan detik).

Setiap unsur mempunyai satu atau lebih isotop berinti tak stabil yang akan

mengalami peluruhan radioaktif, menyebabkan inti melepaskan partikel ataupun

radiasi elektromagnetik. Radioaktivitas dapat terjadi ketika jari-jari inti sangat

besar dibandingkan dengan jari-jari gaya kuat (hanya bekerja pada jarak sekitar 1

fm). Bentuk-bentuk peluruhan radioaktif yang paling umum adalah:

Peluruhan alfa, terjadi ketika suatu inti memancarkan partikel alfa (inti

helium yang terdiri dari dua proton dan dua neutron). Hasil peluruhan ini

adalah unsur baru dengan nomor atom yang lebih kecil.

Peluruhan beta, diatur oleh gaya lemah, dan dihasilkan oleh transformasi

neutron menjadi proton, ataupun proton menjadi neutron. Transformasi

neutron menjadi proton akan diikuti oleh emisi satu elektron dan satu

antineutrino, manakala transformasi proton menjadi neutron diikuti oleh

emisi satu positron dan satu neutrino. Emisi elektron ataupun emisi

positron disebut sebagai partikel beta. Peluruhan beta dapat meningkatkan

maupun menurunkan nomor atom inti sebesar satu.

Peluruhan gama, dihasilkan oleh perubahan pada aras energi inti ke

keadaan yang lebih rendah, menyebabkan emisi radiasi elektromagnetik.

Hal ini dapat terjadi setelah emisi partikel alfa ataupun beta dari peluruhan

radioaktif.

Jenis-jenis peluruhan radioaktif lainnya yang lebih jarang meliputi

pelepasan neutron dan proton dari inti, emisi lebih dari satu partikel beta, ataupun

peluruhan yang mengakibatkan produksi elektron berkecepatan tinggi yang bukan

sinar beta, dan produksi foton berenergi tinggi yang bukan sinar gama.

Tiap-tiap isotop radioaktif mempunyai karakteristik periode waktu

peluruhan (waktu paruh) yang merupakan lamanya waktu yang diperlukan oleh

setengah jumlah sampel untuk meluruh habis. Proses peluruhan bersifat

eksponensial, sehingga setelah dua waktu paruh, hanya akan tersisa 25% isotop.

Momen Magnetik

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Momen dipol magnetik elektron

dan Momen magnetik nuklir. Setiap partikel elementer mempunyai sifat mekanika

kuantum intrinsik yang dikenal dengan nama spin. Spin beranalogi dengan

momentum sudut suatu objek yang berputar pada pusat massanya, walaupun

secara kaku partikel tidaklah berperilaku seperti ini. Spin diukur dalam satuan

tetapan Planck tereduksi (ħ), dengan elektron, proton, dan neutron semuanya

memiliki spin ½ ħ, atau "spin-½". Dalam atom, elektron yang bergerak di sekitar

inti atom selain memiliki spin juga memiliki momentum sudut orbital, manakala

inti atom memiliki momentum sudut pula oleh karena spin nuklirnya sendiri.

Medan magnet yang dihasilkan oleh suatu atom (disebut momen

magnetik) ditentukan oleh kombinasi berbagai macam momentum sudut ini.

Namun, kontribusi yang terbesar tetap berasal dari spin. Oleh karena elektron

mematuhi asas pengecualian Pauli, yakni tiada dua elektron yang dapat ditemukan

pada keadaan kuantum yang sama, pasangan elektron yang terikat satu sama

lainnya memiliki spin yang berlawanan, dengan satu berspin naik, dan yang

satunya lagi berspin turun. Kedua spin yang berlawanan ini akan saling

menetralkan, sehingga momen dipol magnetik totalnya menjadi nol pada beberapa

atom berjumlah elektron genap.

Pada atom berelektron ganjil seperti besi, adanya keberadaan elektron

yang tak berpasangan menyebabkan atom tersebut bersifat feromagnetik. Orbital-

orbital atom di sekeliling atom tersebut saling bertumpang tindih dan penurunan

keadaan energi dicapai ketika spin elektron yang tak berpasangan tersusun saling

berjajar. Proses ini disebut sebagai interaksi pertukaran. Ketika momen magnetik

atom feromagnetik tersusun berjajaran, bahan yang tersusun oleh atom ini dapat

menghasilkan medan makroskopis yang dapat dideteksi. Bahan-bahan yang

bersifat paramagnetik memiliki atom dengan momen magnetik yang tersusun

acak, sehingga tiada medan magnet yang dihasilkan. Namun, momen magnetik

tiap-tiap atom individu tersebut akan tersusun berjajar ketika diberikan medan

magnet.

Inti atom juga dapat memiliki spin. Biasanya spin inti tersusun secara acak

oleh karena kesetimbangan termal. Namun, untuk unsur-unsur tertentu (seperti

xenon-129), adalah mungkin untuk memolarisasi keadaan spin nuklir secara

signifikan sehingga spin-spin tersebut tersusun berjajar dengan arah yang sama.

Kondisi ini disebut sebagai hiperpolarisasi. Fenomena ini memiliki aplikasi yang

penting dalam pencitraan resonansi magnetik.

Aras-Aras Energi

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Aras energi dan Garis spektrum

atom Ketika suatu elektron terikat pada sebuah atom, ia memiliki energi potensial

yang berbanding terbalik terhadap jarak elektron terhadap inti. Hal ini diukur oleh

besarnya energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari atom dan

biasanya diekspresikan dengan satuan elektronvolt (eV). Dalam model mekanika

kuantum, elektron-elektron yang terikat hanya dapat menduduki satu set keadaan

yang berpusat pada inti, dan tiap-tiap keadaan berkorespondensi terhadap aras

energi tertentu. Keadaan energi terendah suatu elektron yang terikat disebut

sebagai keadaan dasar, manakala keadaan energi yang lebih tinggi disebut sebagai

keadaan tereksitasi.

Agar suatu elektron dapat meloncat dari satu keadaan ke keadaan lainnya,

ia haruslah menyerap ataupun memancarkan foton pada energi yang sesuai

dengan perbedaan energi potensial antar dua aras tersebut. Energi foton yang

dipancarkan adalah sebanding dengan frekuensinya. Tiap-tiap unsur memiliki

spektrum karakteristiknya masing-masing. Hal ini bergantung pada muatan inti,

subkelopak yang terisi dengan elektron, interaksi elektromagnetik antar elektron,

dan faktor-faktor lainnya.

Contoh garis absorpsi spektrum.

Ketika suatu spektrum energi yang berkelanjutan dipancarkan melalui suatu gas

ataupun plasma, beberapa foton diserap oleh atom, menyebabkan elektron

berpindah aras energi. Elektron yang tereksitasi akan secara spontan

memancarkan energi ini sebagai foton dan jatuh kembali ke aras energi yang lebih

rendah. Oleh karena itu, atom berperilaku seperti bahan penyaring yang akan

membentuk sederetan pita absorpsi. Pengukuran spektroskopi terhadap kekuatan

dan lebar pita spektrum mengijinkan penentuan komposisi dan sifat-sifat fisika

suatu zat.

Pemantauan cermat pada garis-garis spektrum menunjukkan bahwa

beberapa memperlihatkan adanya pemisahan halus. Hal ini terjadi karena kopling

spin-orbit yang merupakan interaksi antara spin dengan gerak elektron terluar.

Ketika suatu atom berada dalam medan magnet eksternal, garis-garis spektrum

terpisah menjadi tiga atau lebih komponen. Hal ini disebut sebagai efek Zeeman.

Efek Zeeman disebabkan oleh interaksi medan magnet dengan momen magnetik

atom dan elektronnya. Beberapa atom dapat memiliki banyak konfigurasi elektron

dengan aras energi yang sama, sehingga akan tampak sebagai satu garis spektrum.

Interaksi medan magnet dengan atom akan menggeser konfigurasi-konfigurasi

elektron menuju aras energi yang sedikit berbeda, menyebabkan garis spektrum

berganda. Keberadaan medan listrik eksternal dapat menyebabkan pemisahan dan

pergeseran garis spektrum dengan mengubah aras energi elektron. Fenomena ini

disebut sebagai efek Stark.

Valensi dan Perilaku Ikatan

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Valensi (kimia) dan Ikatan kimia

Kelopak atau kulit elektron terluar suatu atom dalam keadaan yang tak

terkombinasi disebut sebagai kelopak valensi dan elektron dalam kelopak tersebut

disebut elektron valensi. Jumlah elektron valensi menentukan perilaku ikatan

atom tersebut dengan atom lainnya. Atom cenderung bereaksi dengan satu sama

lainnya melalui pengisian (ataupun pengosongan) elektron valensi terluar atom.

Ikatan kimia dapat dilihat sebagai transfer elektron dari satu atom ke atom

lainnya, seperti yang terpantau pada natrium klorida dan garam-garam ionik

lainnya. Namun, banyak pula unsur yang menunjukkan perilaku valensi berganda,

atau kecenderungan membagi elektron dengan jumlah yang berbeda pada senyawa

yang berbeda. Sehingga, ikatan kimia antara unsur-unsur ini cenderung berupa

pembagian elektron daripada transfer elektron. Contohnya meliputi unsur karbon

dalam senyawa organik.

Unsur-unsur kimia sering ditampilkan dalam tabel periodik yang

menampilkan sifat-sifat kimia suatu unsur yang berpola. Unsur-unsur dengan

jumlah elektron valensi yang sama dikelompokkan secara vertikel (disebut

golongan). Unsur-unsur pada bagian terkanan tabel memiliki kelopak terluarnya

terisi penuh, menyebabkan unsur-unsur tersebut cenderung bersifat inert (gas

mulia).

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Keadaan materi dan Fase benda

Gambaran pembentukan kondensat Bose-Einstein.

Sejumlah atom ditemukan dalam keadaan materi yang berbeda-beda

tergantung pada kondisi fisik benda, yakni suhu dan tekanan. Dengan mengubah

kondisi tersebut, materi dapat berubah-ubah menjadi bentuk padat, cair, gas, dan

plasma. Dalam tiap-tiap keadaan tersebut pula materi dapat memiliki berbagai

fase. Sebagai contohnya pada karbon padat, ia dapat berupa grafit maupun intan.

Pada suhu mendekati nol mutlak, atom dapat membentuk kondensat Bose-

Einstein, di mana efek-efek mekanika kuantum yang biasanya hanya terpantau

pada skala atom terpantau secara makroskopis. Kumpulan atom-atom yang

dilewat-dinginkan ini berperilaku seperti satu atom super.

Citra mikroskop penerowongan payaran yang menunjukkan atom-atom

individu pada permukaan emas (100). Mikroskop penerowongan payaran

(scanning tunneling microscope) adalah suatu mikroskop yang digunakan untuk

melihat permukaan suatu benda pada tingkat atom. Alat ini menggunakan

fenomena penerowongan kuantum yang mengijinkan partikel-partikel menembus

sawar yang biasanya tidak dapat dilewati.

Sebuah atom dapat diionisasi dengan melepaskan satu elektronnya.

Muatan yang ada menyebabkan trayektori atom melengkung ketika ia melalui

sebuah medan magnet. Jari-jari trayektori ion tersebut ditentukan oleh massa

atom. Spektrometer massa menggunakan prinsip ini untuk menghitung rasio

massa terhadap muatan ion. Apabila sampel tersebut mengandung sejumlah

isotop, spektrometer massa dapat menentukan proporsi tiap-tiap isotop dengan

mengukur intensitas berkas ion yang berbeda. Teknik untuk menguapkan atom

meliputi spektroskopi emisi atomik plasma gandeng induktif (inductively coupled

plasma atomic emission spectroscopy) dan spektrometri massa plasma gandeng

induktif (inductively coupled plasma mass spectrometry), keduanya menggunakan

plasma untuk menguapkan sampel analisis.

Metode lainnya yang lebih selektif adalah spektroskopi pelepasan energi

elektron (electron energy loss spectroscopy), yang mengukur pelepasan energi

berkas elektron dalam suatu mikroskop elektron transmisi ketika ia berinteraksi

dengan sampel. Tomografi kuar atom memiliki resolusi sub-nanometer dalam 3-D

dan dapat secara kimiawi mengidentifikasi atom-atom individu menggunakan

spektrometri massa waktu lintas.

Spektrum keadaan tereksitasi dapat digunakan untuk menganalisa

komposisi atom bintang yang jauh. Panjang gelombang cahaya tertentu yang

dipancarkan oleh bintang dapat dipisahkan dan dicocokkan dengan transisi

terkuantisasi atom gas bebas. Warna bintang kemudian dapat direplikasi

menggunakan lampu lucutan gas yang mengandung unsur yang sama. Helium

pada Matahari ditemukan dengan menggunakan cara ini 23 tahun sebelum ia

ditemukan di Bumi.

Asal usul dan kondisi sekarang

Atom menduduki sekitar 4% densitas energi total yang ada dalam alam

semesta terpantau, dengan densitas rata-rata sekitar 0,25 atom/m3. Dalam galaksi

Bima Sakti, atom memiliki konsentrasi yang lebih tinggi, dengan densitas materi

dalam medium antarbintang berkisar antara 105 sampai dengan 109 atom/m3.

Matahari sendiri dipercayai berada dalam Gelembung Lokal, yaitu suatu daerah

yang mengandung banyak gas ion, sehingga densitas di sekelilingnya adalah

sekitar 103 atom/m3. Bintang membentuk awan-awan padat dalam medium

antarbintang, dan proses evolusioner bintang akan menyebabkan peningkatan

kandungan unsur yang lebih berat daripada hidrogen dan helium dalam medium

antarbintang. Sampai dengan 95% atom Bima Sakti terkonsentrasi dalam bintang-

bintang, dan massa total atom ini membentuk sekitar 10% massa galaksi. (Massa

sisanya adalah materi gelap yang tidak diketahui dengan jelas.)

Nukleosintesis

Proton dan elektron yang stabil muncul satu detik setelah kejadian

Dentuman Besar. Dalam masa waktu tiga menit sesudahnya, nukleosintesis

Dentuman Besar kebanyakan menghasilkan helium, litium, dan deuterium, dan

mungkin juga beberapa berilium dan boron. Atom pertama (dengan elektron yang

terikat dengannya) secara teoritis tercipta 380.000 tahun sesudah Dentuman Besar,

yaitu ketika alam semesta yang mengembang cukup dingin untuk mengijinkan

elektron-elektron terikat pada inti atom. Sejak saat itulah, inti atom mulai

bergabung dalam bintang-bintang melalui proses fusi nuklir dan menghasilkan

unsur-unsur yang lebih berat sampai dengan besi.

Isotop seperti litium-6 dihasilkan di ruang angkasa melalui spalasi sinar

kosmis.Hal ini terjadi ketika sebuah proton berenergi tinggi menumbuk inti atom,

menyebabkan sejumlah besar nukleon berhamburan. Unsur yang lebih berat dari

pada besi dihasilkan di supernova melalui proses r dan di bintang-bintang AGB

melalui proses s. Kedua-duanya melibatkan penangkapan neutron oleh inti atom.

Unsur-unsur seperti timbal kebanyakan dibentuk melalui peluruhan radioaktif

unsur-unsur lain yang lebih berat.

Bumi

Kebanyakan atom yang menyusun Bumi dan termasuk pula seluruh

makhluk hidupnya pernah berada dalam bentuk yang sekarang di nebula yang

runtuh dari awan molekul dan membentuk Tata Surya. Sisanya merupakan akibat

dari peluruhan radioaktif dan proporsinya dapat digunakan untuk menentukan usia

Bumi melalui penanggalan radiometrik. Kebanyakan helium dalam kerak Bumi

merupakan produk peluruhan alfa.

Terdapat sekelumit atom di Bumi yang pada awal pembentukannya tidak

ada dan juga bukan merupakan akibat dari peluruhan radioaktif. Karbon-14 secara

berkesinambungan dihasilkan oleh sinar kosmik di atmosfer. Beberapa atom di

Bumi secara buatan dihasilkan oleh reaktor ataupun senjata nuklir. Dari semua

Unsur-unsur transuranium yang bernomor atom lebih besar daripada 92, hanya

plutonium dan neptunium sajalah yang terdapat di Bumi secara alami. Unsur-

unsur transuranium memiliki waktu paruh radioaktif yang lebih pendek daripada

umur Bumi, sehingga unsur-unsur ini telah lama meluruh. Pengecualian terdapat

pada plutonium-244 yang kemungkinan tersimpan dalam debu kosmik.

Kandungan alami plutonium dan neptunium dihasilkan dari penangkapan neutron

dalam bijih uranium.

Bumi mengandung sekitar 1,33 × 1050 atom. Pada atmosfer planet, terdapat

sejumlah kecil atom gas mulia seperti argon dan neon. Sisa 99% atom pada

atmosfer bumi terikat dalam bentuk molekul, misalnya karbon dioksida, oksigen

diatomik, dan nitrogen diatomik. Pada permukaan Bumi, atom-atom saling

berikatan membentuk berbagai macam senyawa, meliputi air, garam, silikat, dan

oksida. Atom juga dapat bergabung membentuk bahan-bahan yang tidak terdiri

dari molekul, contohnya kristal dan logam padat ataupun cair.

Bentuk teoretis dan bentuk langka

Pencitraan 3-Dimensi keberadaan "Pulau stabilitas" di bagian paling kanan

Manakala isotop dengan nomor atom yang lebih tinggi daripada timbal (62)

bersifat radioaktif, terdapat suatu "pulau stabilitas" yang diajukan untuk beberapa

unsur dengan nomor atom di atas 103. Unsur-unsur super berat ini kemungkinan

memiliki inti yang secara relatif stabil terhadap peluruhan radioaktif. Atom super

berat yang stabil ini kemungkinan besar adalah unbiheksium, dengan 126 proton

184 neutron.

Tiap-tiap partikel materi memiliki partikel antimaterinya masing-masing

dengan muatan listrik yang berlawanan. Sehingga, positron adalah antielektron

yang bermuatan positif, dan antiproton adalah proton yang bermuatan negatif,

Ketika materi dan antimateri bertemu, keduanya akan saling memusnahkan.

Terdapat ketidakseimbangan antara jumlah partikel materi dan antimateri.

Ketidakseimbangan ini masih belum dipahami secara menyeluruh, walaupun

terdapat teori bariogenesis yang memberikan penjelasan yang memungkinkan.

Antimateri tidak pernah ditemukan secara alami. Namun, pada tahun 1996,

antihidrogen berhasil disintesis di laboratorium CERN di Jenewa.

Terdapat pula atom-atom langka lainnya yang dibuat dengan

menggantikan satu proton, neutron, ataupun elektron dengan partikel lain yang

bermuatan sama. Sebagai contoh, elektron dapat digantikan dengan muon yang

lebih berat, membentuk atom muon. Jenis atom ini dapat digunakan untuk

menguji prediksi fisika.

Medan Magnetik

Yang dimaksud medium magnetik adalah medium yang mempengaruhi

medan magnet sebagaimana dielektrikum mempengaruhi medan listrik. Tapi

kalau dielektrikum selalu memperlemah medan listrik, maka medium magnetik

ada yang justru meperkuat medan magnet, yaitu yang dinamakan medium

paramagnetik. Medium yang memperlemah medan magnet disebut medium

medan magnetik. Biji besi ternyata amat memperkuat medan magnet dan

dinamakan medium feromagnetik karena merupakan sifat kemagnetan yang

istimewa dari bahan besi (ferum).

TEORI ATOM KEMAGNETAN

Pada bahasan sebelumnya telah dikemukaakan bahwa menurut Ampere,

dipool magnet tak lain ialah arus listrik melingkar belaka. Adapun arus melingkar

di dalam atom adalah berasal dari gerakan orbital elektron, yang mengakibatkan

gerakan muatan listrik elektron melingkari inti atom. Di samping itu gerakan

rotasi elektron disekeliling sumbunya sendiri juga menghasilkan gerak rotasi

muatan listrik elektron yang memberikan arus melingkar.

Demikianlah momen dipool atom tak lain ialah jumlahan atau resultante

momen-momen dipool dari gerakan orbital maupun rotasi atau spin semua

elektron-elektronnya. Kalau resultante itu nol, maka atom akan bersifat

diamagnetisme, sedangkan kalau tidak nol akan bersifat paramagnetisme.

1. Paramagnetisme

Bahan paramagnetik bersifat memperkuat medan magnet. Bahan yang

momen dipool magnet atomnya tidak nol, bersifat paramagnetik. Di dalam medan

magnet, dipool-dipool magnet atom bahan demikian akan terorientasi menurutkan

arah medan magneti, yakni kutub utaranya akan mengarah pada arah medan

magnet sedangkan kutub selatannya pada arah sebaliknya, mirip dengan momen

dipool listrik molekul-molekul dielektrikumnya di dalam medan listrik.

Berbeda dengan dipool listrik di dalam medan listrik yang lalu menampilkan

garis gaya medan listrik yang arahnya berlawanan dengan arah medan listrik yang

dikenakan, maka garis garis gaya dari dipool magnet di dalam medan magnet

yang dikenakan karena sifat rotasional garis gaya itu bukannya dari utara ke

selatan melainkan sebaliknya dari selatan ke utara. Dengan demikian bahan

paramagnetik itu menambah kerapatan garis gaya medan magnet yang dikenakan,

yang bearti akan memperkuat medan magnet.

2. Diamagnetisme

Di pasal di atas di kemukakan bahwa bahan yang momen dipool magnetmya

nol,maka tidak berupa dipool magnetsehingga dengan sendirinya tidak mengalami

orientasi pemutaran dalam medan magnet. Sepintas bahan tersebut tentunya tidak

berinteraksi dengan medan magnet, yakin tidak mempengaruhi medan magnet

yang di kenakkan padanya. Namaun nyatanya bahan tersebut memperlemah

medan magnet. Presesi dipool magnet arus melingkar yang di kenal sebagai

presesi larmour itu sudah tentu menghasilkan gerakan presesi atom. Sebenarnya

bahan paramagnetik juga memiliki gejala diagmagnetisme, tetapi efek

diamagnetiknya dapat di abaikan terhadap efek paramagnetiknya sebab presesi

larmour tentu juga terjadi secara umum bagi sembarang gerakan orbital muatan

listrik di dalam medan magnet.

3. Feromagnetisme

Berbeda dengan bahan paragmagnetik, kecuali bahan ferogmagnetik

memiliki suseptibilitas magnetik yang amat besar, yakni dalam orde ribuan, bahan

tersebut juga memiliki sifat khusus, yakni memperlihatkan gejala apa yang di

sebut histeris yang secara umum di definisikan sebagai keterlambatan reaksi atau

respons atas aksi yang lazim terjadi pada kebanyakan komponen mesin. Dalam

kemagnetan, hieteris ini berkaitan dengan keterlambatan variasi induksi magneik

B terhadap variasi medan magnet H yang di kenakkan, yang berarti permeabilitas

magnetik bahan bukan merupakan tetapan melainkan bervariasi selama proses

pengubaha kuat medan magnet yang di kenakkan.

Dalam proses magnetisasi bahan, semula naiknya induksi magnetik B lebih

pesat dari pada bertambahnya kuat medan magnet H, tetapi kemudian variasi B itu

lebih lambat sampai terjadi keadaan jenuh di mana variasi H hampir tidak

mengubah.

Menurut Weiss, atom-atom bahan feromagnetik berupa dipool-dipool

magnet yang arah vektor momennya mengelompok di dalam domain-domain di

mana di dalam tiap domain, arah vektor momen dipoolnya tertentu. Pengenaan

medan magnet tidak mengorientasikan vektor-vektor momen dipool magnet atom

bahan, melainkan menggusur domain sedemkian hingga domainyang vektor

momen dipool atom-atomnya searah atau mendekati arah medan magnet yang di

kenakan, akan meluas. sebaliknya, yang arahnya cenderung berlawanan akan

menyempit. Ini berarti bahwa pengenaan medan magnet aka berakibat terjadinya

pergeseran batas-batas domain dan proses pergeseran batas domain itu

meengalami gesekan sehingga tidak reversibel, yakni tak dapat di balik

sebagaimana di tunjukkan oleh terjadinya gejala histerisis. Di samping itu,

gesekan itu juga menimbulkan desipasi tenaga yang berupa pemanasan, yang

sebagaimana di kemukakan di atas besarnya desipasi tenaga tersebut per siklus

sama dengan luas yang di batasi oleh kurve histerisis.

Karena bahan feromagnetik sangat memperkuat medan magnet, maka bahan

tersebut dalam tekhnik di pakai sebagai inti elektromagnet yang berupa lilitan arus

listrik sekeliling batang besi sebagai medium feromagnetiknya.

Oleh sifat histerisisnya, bahan feromagnetik di pakai untuk membuat batang

magnet karena adanya remanen atau sisa kemagnetan Br, yakni dengan melliti

batang besi feromagnetik dengan lingkaran arus listrik dengan kuat arus sedikit

demi sedikit di naikkan sampai maksimum, lalu sedikit demi sedikit di turunkan

sampai nil kembali.

Massa atom relatif

Molekul

Unsur

Elektron

Proton

Neutron

Inti atom