Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Ikatan Vibrasi: Perkembangan Fundamental dalam Ilmu Kimia

Reaksi merupakan hal yang utama dan mendasar dalam ilmu kimia. Saking pentingnya, mungkin tanpa adanya reaksi kimia, ilmu kimia itu sendiri tidak akan ada. Reaksi kimia dapat diartikan sebagai suatu proses pemutusan suatu ikatan dan pembentukan ikatan baru yang disertai dengan perubahan energi. Jenis-jenis ikatan antara unsur-unsur di bumi ini sangat memengaruhi jalannya suatu reaksi. Jika ikatannya cukup kuat, biasanya untuk memutuskan ikatan tersebut dibutuhkan energi (misalnya panas) yang cukup besar.

Sejauh ini, telah dikenal beberapa interaksi yang terdapat dalam suatu molekul, seperti ikatan ionik, ikatan kovalen, ikatan hidrogen, dan beberapa interaksi lainnya. Namun, pada 2014 lalu, sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Donald Fleming berhasil mengkonfirmasi suatu jenis ikatan lain. Berdasarkan karakteristiknya, ikatan yang baru ditemukan itu disebut vibrational bond (ikatan vibrasi).

Ikatan vibrasi BrMuBr. Gambar dari penelitian Fleming dkk.

Ikatan vibrasi BrMuBr. Gambar dari penelitian Fleming dkk.

Sebenarnya, kemungkinan keberadaan ikatan vibrasi ini sudah diprediksi melalui penghitungan teoretis oleh David Clary dan J.N.L. Connor sekitar tiga dekade yang lalu. Namun, hasil eksperimen yang dilakukan oleh tim yang dipimpin Jör Manz pada tahun berikutnya menunjukkan hasil yang tidak konsisten. Kurangnya bukti-bukti yang cukup akan keberadaan ikatan vibrasi saat itu pun kurang memadai.

Pada tahun 1989, Donald Fleming sempat menemukan keanehan dalam penelitiannya. Ketika itu, penelitian tersebut melibatkan penggabungan unsur brom dan muonium. Brom merupakan salah satu unsur halogen dengan nomor atom 35. Muonium dikategorikan sebagai atom eksotik bersama positronium, protonium, dan beberapa partikel lainnya. Atom eksotik adalah suatu atom normal yang salah satu atau lebih partikel sub-atomiknya telah digantikan dengan partikel lain dengan muatan yang sama. Muonium sendiri yang pertama kali dibuat di laboratorium pada 1960 terdiri dari satu antimuon dan satu elektron.

Penelitian Fleming pada akhir abad ke-21 tentang penggabungan brom dan muonium menunjukkan perlambatan laju reaksi seiring naiknya temperatur. Padahal secara umum, laju reaksi seharusnya semakin cepat seiring dengan naiknya suhu. Namun, kekurangan alat yang belum memadai saat itu membuat Fleming memilih mengalihkan perhatiannya pada penelitian lain.

Memasuki abad ke-21, dengan peralatan yang lebih modern, Fleming kembali meneliti keanehan yang pernah ia amati di tahun 1989. Akhirnya, menjelang akhir tahun 2014, tim yang dipimpin olehnya berhasil mengonfirmasi keberadan ikatan ini. Meski hanya bertahan selama beberapa milisekon, ikatan vibrasi berbeda dengan gaya van der Waals.

Ikatan vibrasi tidak terbentuk seperti ikatan kovalen yang memiliki elektron yang digunakan secara bersama-sama (sharing electrons) oleh atom-atom yang berikatan. Ikatan vibrasi ini hanya dapat terjadi pada periode waktu yang sangat singkat, tingkat energi yang sangat tinggi, dan temperatur tinggi. Pada keadaan seperti ini, muonium yang jauh lebih ringan dari atom brom akan bergerak dengan kecepatan tinggi di antara dua atom brom. Osilasi akan menahan dua atom secara singkat dan mengurangi jumlah total energi potensial molekul. Penurunan tingkat energi inilah yang menyebabkan kestabilan molekul sedikit bertambah sehingga mengurangi laju reaksi sekalipun suhu dinaikkan.

Fleming menganalogikan peristiwa osilasi muonium layaknya bola pingpong yang memantul-mantul di antara dua bola boling. Hasil penelitian mengenai ikatan vibrasi pertama kali dipublikasikan dalam jurnal Angewandte Chemie International Edition dengan judul Fundamental Change in the Nature of Chemical Bonding by Isotopic Substitution pada akhir 2015 lalu. Perkembangan pada ranah fundamental di bidang kimia ini memungkinkan ilmuwan untuk lebih memahami mekanisme suatu reaksi sehingga memungkinkan rekayasa atau modifikasi reaksi demi menciptakan material yang lebih baik di masa depan.

Bahan bacaan:

Penulis:
Viny Alfiyah, Mahasiswa S1 Kimia FMIPA Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta.
Kontak: alfiyahviny(at)gmail(dot)com