Pernah dengar kata ‘densitas’? Artinya apa ya?
Halo Sobat Solid, ketemu lagi nih sama CHIMP. Dengar-dengar kabar menyedihkan ini dari salah satu panutan masa kecil kita, Naruto huhu. CHIMP sendiri belum tahu kepastian kabarnya seperti apa, tapi ada baiknya kita berdoa untuk kebaikan Naruto dan sekeluarga.
Selagi isu Naruto masih hangat, sabi banget kita nostalgia sedikit tentang anime ini hehe. Kalian inget ga waktu Ujian Chunin? Khususnya waktu Rock Lee berhadapan sama Gaara untuk seleksi sebelum ujian final? Jadi ada kejadian unik tuh, di mana Rock Lee melepas pemberat dari kakinya. Ga disangka waktu Rock Lee menjatuhkan pemberat kakinya itu, sampai-sampai lantai arenanya retak loh Sob! Bisa bayangin ga benda sekecil itu punya berat yang bisa bikin lantai arenanya retak! Setelah dilepas kecepatan gerakan Rock Lee juga meningkat secara drastis. Bisa disimpulkan nih kalo pemberat itu punya densitas yang tinggi.
Densitas itu apa?
Densitas merupakan berapa massa dari suatu benda untuk tiap satuan volumenya. Misalkan air punya densitas sebesar 1 kg/liter, berarti air dengan volume 1 liter memiliki massa sebesar 1 kg. Tinggi rendahnya nilai densitas ditentukan dengan massa dan diameter unsur penyusun dan bagaimana mereka tersusun. Seperti halnya susunan atom pada benda padat yang lebih rapat dibanding fasa lainnya. Pada benda padat pula dimungkinkan unsur bernomor atom kecil memiliki densitas yang lebih tinggi dibanding yang memiliki nomor atom lebih besar. Sementara benda cair dan gas memiliki densitas yang lebih rendah karena ikatan antaratom yang sangat renggang.
Namun terdapat peristiwa unik di mana, pada material yang sama, fasa cairnya memiliki densitas yang lebih besar dibanding fasa padatnya. Yak benar! Material tersebut adalah air. Di saat menjadi es, air akan membentuk struktur heksagonal yang menyisakan ruang kosong di pusatnya sehingga mengurangi densitasnya. Untuk penjelasan lebih lanjut bisa banget lihat postingan CHIMP Splash! Sebelumnya, Sob.
Selain dipengaruhi oleh faktor intrinsik material itu sendiri, densitas juga dapat dipengaruhi oleh faktor luar seperti temperatur dan tekanan. Pemuaian yang disebabkan oleh kenaikan temperatur dapat mengubah volume material, sehingga dengan massa yang sama material akan memiliki densitas yang lebih rendah. Begitu pula jika material diberi tekanan yang dapat mengurangi volumenya sehingga berdampak pada densitasnya pula. Pemberian tekanan biasanya paling berpengaruh pada fasa gas. Akibat kedua faktor tersebut, material memiliki nilai densitas spesifik sesuai keadaan temperatur dan tekanannya. Sebagai contoh gas hidrogen memiliki densitas yang sangat kecil, tetapi densitas material yang sama yang berada di Matahari dapat melampaui densitas segala material yang berada di Bumi.
Dua material yang terkenal sebagai material berdensitas tinggi pada temperatur dan tekanan ruangan adalah osmium dan iridium, dengan nilai densitas masing-masing 22,59 g/cm3 dan 22,56 g/cm3 yang diukur menggunakan kristalografi sinar-X. Seperti penjelasan sebelumnya, osmium bukanlah unsur dengan nomor atom tertinggi pada tabel periodik, bahkan lebih kecil dibanding timbal, tapi masih mendapat pengakuan sebagai material berdensitas tinggi di bumi. Lalu mengapa unsur dengan nomor atom lebih tinggi belum tentu lebih rapat? Karena osmium dan iridium memiliki jari-jari atom yang kecil, sehingga massa tiap atom dirapatkan dalam volume yang kecil. Faktor nomor atom osmium yang tergolong tinggi (walau bukan yang tertinggi) juga memberikan efek relativistik (pergerakan yang mendekati kecepatan cahaya). Elektron dari osmium berputar sangat cepat mengitari inti atomnya sehingga massa semunya (apparent mass) meningkat dan jari-jari orbital s-nya menurun. Sederhananya osmium dan iridium menggabungkan besarnya nomor atom dan kecilnya radius atom untuk memperoleh densitas yang tinggi. Material berdensitas tinggi dapat diaplikasikan sebagai pelindung dari radiasi.
Sedangkan, kebalikannya, rekor material padat dengan densitas paling rendah pada temperatur dan tekanan ruangan dipegang oleh aerographite. Dengan nilai densitas 0,002 g/cm3, sebagian besar dari material ini disusun oleh gas dengan sedikit struktur yang berupa jaringan tabung karbon berongga yang disusun pada skala mikro dan nano. Kendati rupanya yang rapuh, aerographite memiliki sifat mekanik yang menakjubkan. Material ini dapat ditekan hingga berukuran 1.000 kali lebih kecil dari aslinya dan tetap dapat kembali seperti semula. Aerographite juga dapat menahan beban 40.000 kali lipat massanya. Material ini direncanakan untuk diaplikasikan sebagai elektroda pada baterai maupun superkapasitor yang biasanya membutuhkan area permukaan yang tinggi.
Penulis:
Annas Amartya Atmawijaya (Teknik Material 2017)
Bharus Mukhtarin (Teknik Material 2017)
Referensi:
https://www.middleschoolchemistry.com/lessonplans/chapter3/lesson1#:~:text=Explain%20to%20students%20that%20each,molecules%20it%20is%20made%20from.&text=The%20difference%20in%20density%20between,metals%20is%20mostly%20the%20same.
https://www.school-for-champions.com/science/density_factors.htm#:~:text=One%20factor%20affecting%20the%20density,atoms%20being%20more%20tightly%20packed.
https://www.thoughtco.com/densest-element-on-the-periodic-table-606626#:~:text=As%20it%20turns%20out%2C%20either,twice%20as%20much%20as%20lead.
https://sites.google.com/site/beckerscience/classroom-news/leastdensematerialonearth
https://dl.asminternational.org/handbooks/book/49/chapter-abstract/601756/Very-High-Density-Metals?redirectedFrom=fulltext
