Atom 108: Menyelami Kedalaman Hassium dan Unsur Superberat

Pendahuluan: Atom 108 di Batas Pengetahuan

Dalam tabel periodik unsur modern, penambahan setiap unsur baru merupakan penanda monumental bagi kemajuan fisika dan kimia nuklir. Di antara penemuan-penemuan ini, unsur dengan nomor atom (Z) 108, yang secara resmi dinamai Hassium (Hs), menempati posisi yang sangat menarik. Atom 108 bukanlah unsur yang ditemukan secara alami di kerak bumi; ia adalah produk murni dari kecerdasan dan ketekunan ilmiah, disintesis melalui reaksi nuklir berenergi tinggi di laboratorium akselerator partikel.

Hassium merupakan anggota dari keluarga yang dikenal sebagai unsur superberat (Superheavy Elements - SHEs). Unsur-unsur ini didefinisikan oleh ketidakstabilan ekstremnya dan waktu paruh yang sangat singkat, sering kali diukur dalam hitungan detik atau bahkan milidetik. Atom 108, khususnya, adalah elemen transisi yang menjadi jembatan antara unsur transuranium yang lebih "ringan" (seperti Neptunium dan Plutonium) dan unsur-unsur yang secara teoretis diprediksi mendiami "Pulau Stabilitas" nuklir.

Studi mengenai Atom 108, atau Hassium, adalah usaha yang sangat kompleks, melibatkan fisika nuklir mutakhir, teknik kimia satu-atom yang presisi, dan validasi model teoretis yang berusaha menjelaskan mengapa inti atom yang begitu besar masih bisa eksis, meskipun hanya sesaat. Eksistensi dan sifat Hassium menawarkan wawasan kritis mengenai perilaku materi di bawah kondisi ekstrem, di mana efek kuantum dan relativitas menjadi dominan dalam menentukan struktur inti atom.

Mengapa Nomor Atom 108 Begitu Penting?

Posisi Atom 108 dalam tabel periodik menempatkannya di bawah Osmium (Os), yang berarti ia termasuk dalam kelompok 8. Menurut prinsip kimia, Hassium seharusnya menunjukkan sifat kimia yang sangat mirip dengan Osmium—terutama kecenderungan untuk membentuk senyawa tetraoksida volatil. Namun, karena intinya mengandung 108 proton, elektron-elektronnya bergerak mendekati kecepatan cahaya, menimbulkan efek relativistik yang signifikan, yang dapat mengubah atau bahkan membalikkan tren kimia yang diprediksi berdasarkan unsur-unsur yang lebih ringan. Memahami Hassium berarti memahami batas kemampuan alam semesta dalam menyusun materi stabil.

Sejarah dan Sintesis Atom 108 (Hassium)

Penemuan unsur superberat seringkali dibayangi oleh konflik klaim antarlembaga penelitian. Kasus Atom 108 tidak terkecuali. Dua kelompok utama bersaing dalam sintesis elemen-elemen baru pada pertengahan hingga akhir abad ke-20: Joint Institute for Nuclear Research (JINR) di Dubna, Rusia (bekas Uni Soviet), dan Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) di Darmstadt, Jerman Barat.

Klaim Awal dan Proses Pengakuan

Kelompok Dubna, di bawah kepemimpinan Y. Oganessian, melaporkan kemungkinan sintesis unsur 108 pada tahun 1978, menggunakan reaksi bombardir atom timbal dengan ion kromium. Namun, data yang dihasilkan dianggap tidak cukup definitif untuk memenuhi standar ketat pengakuan oleh International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) dan International Union of Pure and Applied Physics (IUPAP).

Penemuan yang diakui secara definitif datang dari tim GSI di Darmstadt, Jerman, yang dipimpin oleh Peter Armbruster dan Gottfried Münzenberg. Pada tahun 1984, mereka berhasil mensintesis dan mengidentifikasi isotop Hassium-265 (²⁶⁵Hs) melalui reaksi fusi dingin:

Bismut-209 + Besi-58 → Hassium-267* (Inti Majemuk) → Hassium-265 + 2 neutron

Reaksi fusi dingin ini menggunakan inti target Bismut yang stabil dan proyektil Besi. Sintesis ini krusial karena menghasilkan isotop yang terdefinisi dengan jelas dan rantai peluruhan yang dapat dilacak, memberikan bukti tak terbantahkan tentang eksistensi unsur baru tersebut. Tim GSI mengukur waktu paruh ²⁶⁵Hs hanya dalam hitungan milidetik, dengan peluruhan melalui emisi alfa.

Penamaan Resmi: Hassium

Proses penamaan unsur superberat memakan waktu lama karena kebutuhan verifikasi independen yang ekstensif. Setelah bertahun-tahun tinjauan, IUPAC secara resmi mengakui GSI sebagai penemu pada tahun 1997. GSI mengusulkan nama Hassium (Hs), yang berasal dari 'Hassia', nama Latin untuk negara bagian Hesse di Jerman, tempat laboratorium GSI berada. Nama ini diresmikan, menandai penerimaan Atom 108 ke dalam kanon kimia ilmiah.

Sifat Fisika Nuklir Hassium dan Isotop

Sifat-sifat fisik Hassium didominasi oleh ketidakstabilan nuklirnya. Karena ia adalah unsur transuranium buatan, Hassium tidak memiliki isotop stabil. Semua isotopnya bersifat radioaktif, meluruh sangat cepat, terutama melalui emisi partikel alfa.

Isotop Kunci dan Waktu Paruh

Hingga saat ini, sekitar 14 isotop Atom 108 telah disintesis, berkisar dari ²⁶³Hs hingga ²⁷⁷Hs. Waktu paruh isotop adalah indikator vital yang memberikan petunjuk mengenai stabilitas inti. Secara umum, stabilitas meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah neutron, mendekati yang dikenal sebagai "Pulau Stabilitas".

Isotop yang paling penting untuk penelitian awal adalah ²⁶⁵Hs (waktu paruh ~2 milidetik) dan isotop yang lebih lama seperti ²⁷⁰Hs (waktu paruh sekitar 10 detik). Isotop ²⁷⁰Hs adalah yang paling menarik karena waktu paruhnya yang relatif panjang (dalam konteks superberat), menunjukkan adanya pengaruh struktur kulit nuklir yang tertutup parsial, sebuah tema yang mengarah pada konsep Pulau Stabilitas.

Massa Kritis dan Kepadatan

Sebagai unsur superberat, Hassium diperkirakan memiliki kepadatan yang luar biasa tinggi. Meskipun tidak mungkin untuk mengumpulkan sampel makroskopis Hassium (karena hanya disintesis satu atom pada satu waktu), perhitungan teoretis menunjukkan bahwa kerapatannya mungkin mendekati 40 g/cm³, menjadikannya salah satu zat paling padat yang pernah diprediksi. Massa kritis—jumlah materi minimum yang diperlukan untuk mempertahankan reaksi berantai—untuk Hassium tidak relevan karena ketidakstabilannya yang ekstrem dan kecenderungannya untuk meluruh melalui emisi alfa atau fisi spontan, jauh sebelum mencapai ukuran makroskopis.

Atom 108 dan Pencarian Pulau Stabilitas Nuklir

Konsep "Pulau Stabilitas" (Island of Stability) adalah teori sentral dalam fisika nuklir superberat dan merupakan motivasi utama di balik sintesis Atom 108 dan unsur-unsur di sekitarnya. Teori ini memprediksi bahwa meskipun inti atom menjadi semakin tidak stabil seiring bertambahnya nomor atom (Z), akan ada konfigurasi inti tertentu—yang memiliki jumlah proton dan neutron yang disebut 'angka magis'—yang akan memberikan stabilitas relatif, menghasilkan waktu paruh yang jauh lebih lama, mungkin bahkan dalam hitungan menit, jam, atau, dalam skenario paling optimis, ribuan tahun.

Model Kulit Nuklir

Inti atom dapat dibayangkan memiliki kulit yang analog dengan kulit elektron pada atom. Ketika kulit ini penuh (dengan 'angka magis' proton dan neutron: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126), inti menjadi sangat stabil. Unsur-unsur seperti Timbal (²⁰⁸Pb) adalah contoh inti ganda magis yang sangat stabil (82 proton, 126 neutron).

Pulau Stabilitas diprediksi berada di sekitar Z = 114, 120, atau bahkan 126, dengan jumlah neutron (N) sekitar 184. Meskipun Atom 108 (Hassium) tidak berada di pulau itu sendiri, posisinya sangat penting karena ia berada di "lereng" yang menuju ke Pulau tersebut. Penelitian Hassium memberikan data empiris vital mengenai bagaimana kulit nuklir superberat terbentuk dan bagaimana energi pengikat (binding energy) berubah seiring penambahan nukleon, membantu para fisikawan memetakan lanskap nuklir menuju N=184.

Fisi Spontan dan Batas Stabilitas

Salah satu mode peluruhan utama bagi unsur superberat adalah fisi spontan, di mana inti atom terbelah menjadi dua fragmen yang lebih kecil tanpa adanya input energi eksternal. Kemungkinan terjadinya fisi spontan meningkat secara eksponensial seiring bertambahnya Z. Namun, keberadaan kulit nuklir tertutup (angka magis) menciptakan penghalang potensial yang lebih tinggi terhadap fisi, yang menjelaskan mengapa isotop yang lebih dekat ke N=162 atau N=184, seperti ²⁷⁰Hs, menunjukkan peningkatan stabilitas dibandingkan tetangga mereka.

Data peluruhan yang dikumpulkan dari Atom 108 dan unsur-unsur di sekitarnya sangat penting untuk memvalidasi model teoretis seperti model kulit nuklir makroskopis-mikroskopis, yang merupakan fondasi pemahaman kita tentang bagaimana materi dapat bertahan dalam konfigurasi proton-neutron yang ekstrem ini.

Kimia Relativistik Atom 108

Hassium terletak di Kelompok 8 (di bawah Besi, Rutenium, dan Osmium) pada tabel periodik. Dalam kimia non-relativistik, kita akan memprediksi bahwa Hassium akan menunjukkan keadaan oksidasi yang tinggi (+8) dan membentuk senyawa tetraoksida yang sangat volatil, HsO₄, mirip dengan Osmium tetraoksida (OsO₄). Namun, prediksi ini menjadi rumit ketika kita mempertimbangkan efek relativistik.

Peran Kecepatan Tinggi Elektron

Inti Atom 108 membawa muatan positif yang sangat besar (108 proton). Untuk mengimbangi muatan ini, elektron-elektron di orbital terdalam (terutama orbital s dan p) harus bergerak dengan kecepatan yang sangat mendekati kecepatan cahaya. Peningkatan kecepatan ini menyebabkan peningkatan massa relativistik elektron dan kontraksi orbital-orbital ini (kontraksi relativistik).

Sebaliknya, orbital d dan f luar dapat mengalami efek yang kurang signifikan atau bahkan ekspansi. Kontraksi orbital s dan p menstabilkan elektron-elektron ini, membuat mereka lebih sulit dihilangkan atau digunakan dalam ikatan kimia. Konsekuensinya, Hassium mungkin menunjukkan perilaku ikatan yang menyimpang dari tren kelompok yang diharapkan.

Prediksi Senyawa Hassium

Para ahli kimia teoretis telah memprediksi bahwa efek relativistik pada Hassium akan lebih kecil dibandingkan yang terlihat pada unsur-unsur superberat yang lebih jauh, seperti Kopernisium (Z=112) atau Nihonium (Z=113). Meskipun demikian, efek ini cukup signifikan untuk memengaruhi sifat volatilitas HsO₄.

1. Hassium Tetraoksida (HsO₄): Ini adalah senyawa kunci. Prediksi menunjukkan bahwa HsO₄ mungkin sedikit kurang volatil daripada OsO₄ karena orbital d dan f yang berpartisipasi dalam ikatan mungkin sedikit diperluas, menghasilkan ikatan yang lebih lemah atau sedikit polaritas yang berbeda.
2. Hassium Halida (HsX₄): Senyawa halida, seperti Hassium tetraklorida (HsCl₄) atau Hassium tetrabromida (HsBr₄), juga diperkirakan memiliki stabilitas dan volatilitas yang bervariasi karena efek relativistik, tetapi HsO₄ tetap menjadi target utama karena kemudahan pendeteksiannya dalam fase gas.

Verifikasi eksperimental sifat-sifat kimia ini adalah puncak dari penelitian Atom 108, karena ini adalah satu-satunya cara untuk membuktikan apakah prinsip-prinsip tabel periodik klasik masih berlaku ketika nomor atom mencapai nilai ekstrem ini.

Tantangan Eksperimental dan Kimia Satu-Atom

Sintesis dan studi sifat kimia Atom 108 merupakan salah satu upaya eksperimental paling menantang dalam sains. Kesulitan utamanya adalah kuantitas: Hassium disintesis, paling banter, hanya satu atom per jam, atau bahkan per hari, dan waktu paruhnya sangat singkat. Ini mengharuskan para ilmuwan untuk mengembangkan teknik "kimia satu-atom" (one-atom-at-a-time chemistry).

Metode Sintesis Mendalam: Fusi Dingin vs. Fusi Panas

Sintesis Hs-265 dilakukan melalui fusi dingin. Teknik ini melibatkan penggunaan target yang relatif dingin (misalnya, ²⁰⁸Pb atau ²⁰⁹Bi) dan proyektil bermassa menengah (⁵⁸Fe). Keuntungan fusi dingin adalah energi eksitasi yang rendah dari inti majemuk, yang berarti inti lebih mungkin melepaskan hanya satu atau dua neutron sebelum mendingin dan menjadi stabil (walaupun hanya sesaat), yang meningkatkan peluang bertahan dari fisi spontan.

Namun, fusi dingin memiliki keterbatasan pada intensitas berkas dan hasil yang relatif rendah. Untuk mensintesis isotop Atom 108 yang lebih berat (lebih dekat ke Pulau Stabilitas), para peneliti beralih ke reaksi fusi panas, meskipun ini belum menjadi metode utama untuk Hs.

Sistem Deteksi SHIP dan TASCA

Setelah atom Hassium disintesis, ia harus diidentifikasi segera. Dua perangkat utama yang digunakan di GSI dan lembaga sejenis adalah:

1. Separator Produk Berkecepatan Tinggi (SHIP - Separator for Heavy Ion Products): SHIP digunakan untuk memisahkan inti superberat yang baru terbentuk dari berkas proyektil yang tidak bereaksi dan produk sampingan lainnya. SHIP bertindak sebagai filter, hanya mengarahkan inti-inti berat ke detektor.
2. Peralatan Pemisahan Atom Transuranium dan Superberat (TASCA - TransActinide Separator and Chemistry Apparatus): TASCA dirancang khusus untuk memungkinkan percobaan kimia pada atom-atom superberat. Atom Hassium yang terpisah akan diangkut ke sistem kimia yang sangat sensitif (misalnya, kromatografi gas termal) untuk mempelajari reaktivitasnya.

Eksperimen Kimia HsO₄

Eksperimen kimia Hassium yang paling sukses adalah studi tentang volatilitas HsO₄, yang dilakukan pada tahun 2001 di PSI (Paul Scherrer Institute) Swiss, bekerja sama dengan GSI. Prinsipnya adalah sebagai berikut:

• Atom Hs yang baru dibuat dialirkan melalui kolom reaktor yang mengandung Oksigen.
• Jika Hs bereaksi membentuk HsO₄, senyawa ini diharapkan menjadi gas volatil.
• Gas HsO₄ kemudian dialirkan melalui kolom kromatografi termal yang memiliki gradien suhu. Senyawa yang kurang volatil akan menempel (adsorpsi) pada suhu yang lebih tinggi, sedangkan yang lebih volatil akan menempel pada suhu yang lebih rendah.
• Dengan membandingkan suhu adsorpsi HsO₄ dengan OsO₄ yang diketahui, para ilmuwan dapat menentukan volatilitasnya.

Hasil dari eksperimen ini mengkonfirmasi prediksi bahwa Hassium berperilaku sangat mirip dengan Osmium, memastikan posisinya di Kelompok 8. Meskipun ada efek relativistik, Hassium mempertahankan sifat kimia tetraoksidanya, sebuah penemuan fundamental yang menegaskan validitas dasar tabel periodik bahkan hingga Z=108.

Kedalaman Inti Atom 108: Energi Pengikat dan Deformasi

Inti Atom 108 tidak berbentuk bola sempurna; sebaliknya, inti superberat cenderung berbentuk prolate (seperti bola rugby) atau oblate (seperti cakram). Deformasi ini memiliki dampak besar pada stabilitasnya. Stabilitas yang relatif dari beberapa isotop Hassium (terutama Hs-270) adalah bukti penting bahwa deformasi inti dapat meningkatkan waktu paruh.

Shell Gap dan Sub-Kulit

Dalam model kulit nuklir yang diperbarui, "angka magis" untuk neutron tidak selalu sama dengan 126 di wilayah superberat. Kekuatan ikatan antara nukleon bergantung pada medan rata-rata, dan medan ini berubah secara substansial di inti superberat karena jumlah nukleon yang besar. Model menunjukkan bahwa mungkin ada celah energi (shell gap) sub-kulit yang memberikan stabilitas parsial pada N=162. Isotop ²⁷⁰Hs (Z=108, N=162) memanfaatkan celah ini, menjelaskan mengapa ia memiliki waktu paruh yang lebih panjang (~10 detik) dibandingkan isotop tetangganya yang lebih ringan.

Studi yang cermat terhadap rantai peluruhan Hassium, di mana ia meluruh melalui emisi alfa menjadi seaborgium (Z=106), rutherfordium (Z=104), dan seterusnya, memungkinkan para fisikawan untuk menghitung energi pengikat inti (Nuclear Binding Energy) dari inti superberat ini. Energi pengikat adalah jumlah energi yang dilepaskan ketika nukleon berkumpul membentuk inti. Inti yang sangat terikat memiliki massa yang lebih rendah (defek massa) dan lebih stabil. Data dari Atom 108 telah membantu memvalidasi potensi nuklir yang digunakan dalam perhitungan teori energi pengikat untuk seluruh wilayah superberat.

Peran Gaya Coulomb yang Mendominasi

Di inti atom yang lebih ringan, gaya nuklir kuat mengatasi tolakan elektrostatis (Gaya Coulomb) antar proton. Namun, di Atom 108, Gaya Coulomb mencapai dominasi yang sangat kuat (tolakan 108 proton). Gaya inilah yang mendorong inti menuju fisi spontan. Keberhasilan Hassium untuk bertahan, meskipun hanya sesaat, adalah bukti betahnya gaya nuklir kuat, dibantu oleh efek kulit kuantum, melawan tekanan penghancur dari tolakan Coulomb.

Pemahaman mengenai persaingan antara gaya nuklir kuat yang menarik dan gaya Coulomb yang mendorong adalah inti dari fisika inti superberat. Setiap milidetik penambahan waktu paruh pada isotop Hs memberikan data penting mengenai perimbangan kekuatan fundamental ini.

Atom 108: Jembatan Menuju Masa Depan Unsur Superberat

Penelitian Hassium tidak berhenti pada pengukuhan sifat kimianya. Justru, Atom 108 berfungsi sebagai titik referensi penting dalam upaya yang lebih besar untuk mensintesis unsur-unsur dengan Z lebih dari 118, dan menemukan inti Pulau Stabilitas yang sebenarnya.

Model Teoretis Baru

Data eksperimental dari Hassium (terutama mengenai waktu paruh dan energi peluruhan alfa) memberikan batasan penting bagi model fisika nuklir teoretis. Ketika fisikawan menyusun model inti superberat (seperti Model Hartree-Fock-Bogoliubov atau model berbasis Density Functional Theory - DFT), mereka harus memastikan bahwa model tersebut secara akurat memprediksi sifat-sifat yang diamati dari elemen yang sudah dikenal seperti Hassium, sebelum mereka dapat secara kredibel memprediksi sifat elemen yang belum ditemukan (Z=120, Z=126).

Contohnya, jika model DFT memprediksi energi peluruhan alfa yang salah untuk ²⁷⁰Hs, model tersebut tidak dapat dipercaya untuk memprediksi energi peluruhan dari ²⁹⁸Ubn (Unbinilium, Z=120) yang merupakan calon inti Pulau Stabilitas.

Peningkatan Intensitas Berkas

Sintesis unsur yang lebih berat memerlukan hasil yang lebih tinggi, yang berarti akselerator partikel harus mampu menghasilkan berkas ion yang jauh lebih intens. Pengembangan teknik fusi yang lebih efisien dan perangkat deteksi yang lebih sensitif di fasilitas seperti JINR (Dubna), GSI (Darmstadt), dan RIKEN (Jepang) secara langsung dipengaruhi oleh kesulitan yang dihadapi dalam menangani Atom 108 yang berumur pendek.

Penelitian pada Atom 108 juga mendorong inovasi dalam teknik penargetan dan pendinginan berkas ion. Untuk memastikan keberhasilan tumbukan inti proyektil (seperti ⁴⁸Ca atau ⁵⁸Fe) dengan inti target (seperti aktinida), para peneliti harus mengontrol energi dan kerapatan berkas ion dengan presisi yang belum pernah ada sebelumnya. Presisi ini merupakan warisan langsung dari tantangan eksperimental Hassium.

Konsekuensi Kimia Lanjut

Jika Hassium mempertahankan sifat kimia Kelompok 8, penelitian unsur superberat berikutnya harus fokus pada bagaimana efek relativistik mulai mendominasi pada kelompok yang lebih tinggi, di mana Z lebih besar. Sebagai contoh, unsur superberat yang berada di kelompok 11 (seperti Roentgenium, Z=111) dan kelompok 12 (Kopernisium, Z=112) diprediksi menunjukkan penyimpangan kimia yang jauh lebih drastis dibandingkan yang diamati pada Hassium. Hassium memberikan dasar, atau titik awal, untuk mengukur seberapa jauh tren periodik dapat diperluas sebelum relativitas benar-benar mengubah sifat unsur secara fundamental.

Filsafat Sains dan Batas Materi

Sintesis Atom 108 dan unsur superberat lainnya melampaui sekadar penambahan entri baru ke tabel periodik; ini adalah upaya untuk memahami batas fundamental eksistensi materi. Pertanyaan yang muncul adalah: Sampai sejauh mana inti atom dapat terus menampung proton sebelum tolakan Coulomb menjadi terlalu besar untuk ditahan oleh gaya nuklir kuat?

Definisi "Unsur"

Secara tradisional, suatu unsur didefinisikan oleh sifat kimianya. Namun, dengan waktu paruh yang diukur dalam milidetik, apakah Hassium masih dapat dianggap sebagai "unsur" dalam arti tradisional? Penelitian Hassium menegaskan bahwa bahkan eksistensi yang sangat singkat sudah cukup untuk menunjukkan sifat kimia yang dapat diprediksi (yaitu, pembentukan tetraoksida volatil). Ini membuktikan bahwa identitas kimia suatu atom ditentukan oleh Z (jumlah proton) dan konfigurasi elektronnya, bahkan jika atom tersebut hanya ada untuk waktu yang sangat singkat.

Hassium memperluas definisi kita tentang materi stabil. Kita dipaksa untuk menerima bahwa di ujung ekstrem tabel periodik, "stabilitas" adalah istilah relatif. Stabilitas Hassium, yang diukur dalam detik, adalah sebuah keajaiban kuantum dibandingkan dengan prediksi kasar yang mungkin menyarankan peluruhan instan.

Batasan Eksperimental dan Etika

Setiap atom Hassium yang disintesis memerlukan energi yang sangat besar dan sumber daya yang canggih. Tantangan ini menimbulkan pertanyaan filosofis tentang nilai penemuan ilmiah di batas ekstrem. Para ilmuwan berpendapat bahwa penelitian superberat, termasuk Atom 108, adalah penyelidikan fisika fundamental murni, yang bertujuan mengungkap hukum alam yang mengatur inti atom yang paling kompleks. Pengetahuan yang diperoleh dari Hassium, misalnya tentang energi pengikat di N=162, memiliki implikasi untuk astrofisika nuklir—memahami bagaimana unsur-unsur berat disintesis dalam peristiwa kosmik ekstrem seperti penggabungan bintang neutron.

Analisis Mendalam Hassium dalam Konteks Grup 8

Hassium (Hs) berada di bawah Ruthenium (Ru) dan Osmium (Os) di Grup 8. Analisis komparatif dengan Osmium sangat penting untuk memvalidasi model kimia relativistik. Jika Hs tidak menunjukkan volatilitas yang dekat dengan Os, itu berarti efek relativistik telah menyebabkan perubahan struktural yang signifikan pada orbital d dan f valensinya.

Tren Stabilitas Oksidasi

Di Grup 8, keadaan oksidasi maksimum yang umum adalah +8, terlihat pada OsO₄ dan RuO₄. Prediksi non-relativistik menyatakan bahwa Hassium harus menunjukkan keadaan +8 ini dengan mudah. Eksperimen kimia satu-atom yang dilakukan pada HsO₄ memvalidasi hal ini, tetapi juga memberikan petunjuk tentang perbedaan halus:

• Stabilitas Relatif +8: Ada kemungkinan bahwa keadaan oksidasi yang lebih rendah, seperti +6 atau +4, mungkin menjadi lebih stabil secara relatif pada Hassium dibandingkan Osmium, karena energi yang dibutuhkan untuk menghilangkan empat elektron terakhir meningkat karena kontraksi relativistik orbital s dan p.
• Polarisasi Ikatan: Ikatan Hs-O dalam HsO₄ mungkin menunjukkan sedikit peningkatan karakter kovalen dibandingkan Os-O. Ini disebabkan oleh interaksi orbital d dan f yang unik.

Dalam studi gas termokromatografi, di mana suhu adsorpsi menentukan volatilitas, Hassium tetraoksida menunjukkan perilaku yang sangat mirip dengan Osmium tetraoksida. Kesimpulan utama dari studi ini adalah bahwa, meskipun Atom 108 adalah inti superberat, efek relativistik tidak cukup kuat untuk merusak tren periodik Grup 8 secara drastis—setidaknya tidak untuk senyawa tetraoksida volatil.

Ekstremitas Skala

Hassium adalah unsur terberat yang sifat kimianya telah dikonfirmasi secara eksperimental dengan keyakinan tinggi. Setiap langkah maju di luar Hassium (yaitu, Z=109 Meitnerium, Z=110 Darmstadtium, dan seterusnya) menghadapi tantangan waktu paruh yang semakin pendek (seringkali hanya dalam mikrodetik) dan hasil sintesis yang semakin rendah. Keberhasilan studi kimia Hassium merupakan tolok ukur yang menetapkan standar minimum untuk penelitian unsur superberat di masa depan, menekankan perlunya sistem deteksi dan pemisahan yang sangat cepat dan efisien.

Studi mengenai Atom 108 menunjukkan bahwa fisika dan kimia pada batas-batas ini berjalan seiring. Untuk memahami kimia, kita harus mengandalkan fisika nuklir (waktu paruh, mode peluruhan). Untuk memvalidasi fisika, kita harus melakukan kimia (membuktikan keberadaan dan tren periodik).

Rincian Mekanisme Sintesis Atom 108

Proses sintesis Atom 108 melibatkan akselerator linier atau siklotron besar yang mempercepat ion proyektil hingga energi yang sangat tinggi. Mari kita telaah langkah-langkah utama dalam proses fusi dingin yang menghasilkan Hassium.

1. Persiapan Target

Target yang digunakan dalam reaksi fusi dingin harus sangat tipis dan terbuat dari material target (²⁰⁸Pb atau ²⁰⁹Bi). Target ini seringkali dilekatkan pada cakram berputar cepat. Putaran ini diperlukan untuk mencegah target meleleh atau menguap akibat panas yang dihasilkan oleh berkas ion yang intens.

2. Produksi Berkas Proyektil

Proyektil, seperti ion Besi-58 (⁵⁸Fe), diproduksi dalam sumber ion dan dipercepat dalam akselerator. Energi berkas harus dikalibrasi dengan sangat tepat. Energi harus cukup tinggi untuk mengatasi tolakan Coulomb (dikenal sebagai penghalang Coulomb) antara proyektil dan target, tetapi tidak terlalu tinggi sehingga inti majemuk memiliki energi eksitasi yang berlebihan, yang akan menyebabkan fisi spontan yang hampir instan.

3. Tumbukan dan Fusi

Sebagian besar tumbukan tidak menghasilkan fusi. Ion proyektil Besi hanya akan terpantul atau menyebabkan fragmentasi pada target. Hanya sejumlah kecil tumbukan yang menghasilkan inti majemuk (²⁶⁷Hs*). Proses ini sangat jarang. Tingkat keberhasilan (cross-section) untuk menghasilkan Atom 108 hanya sekitar picobarn (10⁻³⁶ cm²), menjadikannya salah satu reaksi nuklir paling langka yang dipelajari.

4. Pendinginan Inti Majemuk

Inti majemuk ²⁶⁷Hs* yang baru terbentuk berada dalam keadaan sangat panas (berenergi tinggi). Agar inti ini stabil, ia harus "mendingin" dengan melepaskan energi eksitasi ini, biasanya melalui penguapan neutron. Dalam fusi dingin, inti seringkali melepaskan hanya 1 atau 2 neutron (reaksi 1n atau 2n) untuk membentuk isotop akhir yang lebih stabil seperti ²⁶⁵Hs.

5. Separasi dan Deteksi

Setelah atom Hassium terbentuk, ia harus dipisahkan dari proyektil Besi yang 10¹² kali lebih banyak. Di sinilah perangkat seperti SHIP sangat penting. Atom Hassium yang baru terbentuk diarahkan ke detektor pelat sensitif yang dapat merekam peluruhan atom per atom.

Deteksi dilakukan melalui korelasi rantai peluruhan. Misalnya, detektor mencatat urutan peristiwa:

1. Atom Hs-265 mendarat.
2. Hs-265 meluruh dengan emisi alfa (α₁) menjadi Sg-261.
3. Sg-261 meluruh dengan emisi alfa (α₂) menjadi Rf-257.
4. Rf-257 meluruh, dan seterusnya.

Korelasi energi alfa (α₁, α₂, dll.) dan interval waktu antara peluruhan ini berfungsi sebagai "sidik jari" unik yang mengonfirmasi identitas Atom 108. Tanpa rantai peluruhan korelasi yang jelas, klaim penemuan tidak akan diakui.

Implikasi Atom 108 pada Batas Z=120 dan Z=126

Meskipun Hassium sendiri relatif berumur pendek, pemahamannya menjadi landasan untuk memprediksi stabilitas dan sifat unsur-unsur yang lebih berat yang berada di Pulau Stabilitas yang sebenarnya (diprediksi sekitar Z=114/120 dan N=184).

Model Makroskopis-Mikroskopis

Hassium membantu dalam memverifikasi akurasi komponen mikroskopis (efek kulit) dari model makroskopis-mikroskopis. Model ini menggambarkan energi inti sebagai penjumlahan dari energi makroskopis (yang mencoba menjelaskan inti sebagai tetesan cairan) dan koreksi mikroskopis (efek kulit kuantum).

Untuk Z=120, prediksi sangat bergantung pada seberapa efektif efek kulit dapat menahan Gaya Coulomb yang jauh lebih besar. Jika data peluruhan Hassium menunjukkan bahwa celah kulit N=162 lebih lemah dari yang diprediksi, ini akan menjadi berita buruk bagi prediksi stabilitas Z=120, karena hal itu akan menyiratkan Pulau Stabilitas mungkin lebih dangkal atau bergeser ke jumlah neutron yang lebih tinggi (mungkin N=190).

Keterbatasan Target Aktinida

Sintesis unsur yang lebih berat dari Z=112 sering kali menggunakan reaksi fusi panas yang melibatkan target Aktinida (seperti ²⁴⁸Cm atau ²⁴⁹Bk) dan proyektil ringan (seperti ⁴⁸Ca). Meskipun Atom 108 tidak disintesis menggunakan metode ini secara utama, hasil dari penelitian fusi dingin Hassium memberikan pemahaman tentang mekanisme fisi kompetitif yang juga menghantui reaksi fusi panas.

Misalnya, peningkatan kecenderungan untuk fisi spontan yang diamati pada isotop Hassium yang lebih berat membantu fisikawan memahami bahwa bahkan jika inti superberat dapat dibentuk, peluangnya untuk bertahan selama waktu paruh yang dapat diukur akan menurun drastis seiring bertambahnya Z, kecuali jika mereka benar-benar mendarat tepat di atas puncak energi dari Pulau Stabilitas.

Kesimpulan Mutakhir dan Signifikansi Atom 108

Atom 108, Hassium, adalah elemen penentu dalam eksplorasi unsur superberat. Sintesis dan studi kimianya yang sulit telah mengukuhkan dua poin fundamental sains:

1. Perpanjangan Tabel Periodik: Hassium membuktikan bahwa tren kimia Kelompok 8 berlaku, bahkan dengan kehadiran muatan inti yang ekstrem. Atom 108 mempertahankan identitas kimianya sebagai analog berat Osmium, meskipun efek relativistik hadir.
2. Peta Nuklir: Data peluruhan dari Hassium-270 telah memberikan bukti krusial untuk eksistensi celah kulit sub-nuklir di N=162. Ini adalah peta jalan yang sangat diperlukan dalam upaya mencapai Pulau Stabilitas yang lebih jauh (N=184).

Penelitian Hassium adalah mahakarya ketekunan ilmiah, memadukan fisika nuklir teoritis, teknik eksperimental yang sangat canggih, dan kimia analitik satu-atom. Setiap satu atom Hassium yang berhasil disintesis adalah sepotong informasi emas yang menantang pemahaman kita tentang bagaimana materi berperilaku di batas ekstrem massa dan muatan. Atom 108 adalah bukti fisik bahwa batas materi yang kita kenal masih terus diperluas oleh eksplorasi manusia.

Masa depan penelitian unsur superberat akan terus menggunakan Hassium sebagai titik kalibrasi. Pengetahuan yang diperoleh dari atom yang hanya ada selama beberapa detik ini tidak hanya mengisi kekosongan pada tabel periodik, tetapi juga membuka jendela ke dunia fisika inti di mana efek kuantum dan relativistik berpadu untuk menciptakan bentuk materi yang paling efemeral dan paling menarik.

Dalam perburuan Pulau Stabilitas, Hassium adalah mercusuar. Meskipun hanya disintesis atom demi atom, warisannya dalam ilmu pengetahuan menjamin bahwa studi tentang Atom 108 akan terus menjadi bagian integral dari fisika dan kimia nuklir selama beberapa dekade mendatang, mendorong batas-batas pengetahuan kita tentang alam semesta di tingkat fundamental.