Hukum kekekalan massa (Antonie Lavoisier)

 

Hukum kekekalan massa atau prinsip kekekalan massa menyatakan bahwa untuk setiap sistem yang melakukan transfer materi dan energi dalam keadaan tertutup (keduanya memiliki massa), massa sistem akan tetap konstan sepanjang waktu, massa sistem tidak dapat mengubah jumlahnya jika tidak ditambahkan atau dihilangkan. Oleh karena itu, massa kekal dari waktu ke waktu. Hukum kekekalan massa merupakan bagian dari hukum-hukum dasar kimia. Hukum ini menjelaskan bahwa massa tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan, meskipun dapat dirangkai atau dirubah bentuknya. Hukum ini juga menjelaskan bahwa selama reaksi kimia apapun, reaksi nuklir, atau peluruhan radioaktif, maka massa total reaktan akan tetap sama dengan massa produk.

Hukum kekekalan massa secara luas digunakan di berbagai bidang seperti kimia, mekanik, dan dinamika fluida. Secara historis, hukum kekekalan massa ditemukan oleh Antoine Lavoisier pada akhir abad ke-18. Penemuan beliau adalah penemuan penting dalam mengubah alkemi menjadi ilmu kimia modern.

Dalam teori relativitas khusus, massa bukanlah dikonversi menjadi energi, karena massa dan energi tidak dapat dihancurkan dan energi dalam segala bentuknya selalu mempertahankan jumlahnya yang setara dengan massa. Beberapa jenis materi dapat diciptakan atau dihancurkan, tetapi dalam semua proses ini, energi dan massa tetap tidak berubah, tetapi energi menjadi berubah bentuk.

1. Sejarah Hukum Kekekalan Massa

Terdapat falsafat Yunani kuno yang menyatakan bahwa “tidak ada yang datang dari tidak ada” dan masih berlaku hingga kini. Falsafah ini ditemukan di Empedokles yang dibuat sekitar tahun 490-430 SM. Selain itu, terdapat falsafah “sebab ianya mustahil datang dari tidak ada menjadi ada, dan mustahil juga untuk benar-benar dibinasakan.”

Prinsip kekekalan massa lebih lanjut dinyatakan oleh Epikurus (341-270 SM) yang menggambarkan tentang alam semesta, yang bahwa “keseluruhan hal-hal itu selalu seperti itu sekarang, dan akan selalu seperti itu”.

Filsafat Jain, yang berdasarkan ajaran-ajaran Mahavira (abad ke-6 SM), menyatakan bahwa alam semesta dan isinya tidak dapat menghancurkan atau menciptakan. Teks Jain Tattvarthasutra (abad ke-2) menyatakan bahwa substansi itu permanen, tetapi mode dapat diciptakan dan dihancurkan. Prinsip kekekalan massa ini juga dinyatakan oleh Nasir al Din al Tusi (1201-1274). Dia menyatakan bahwa “tubuh tidak dapat hilang sepenuhnya, itu hanyalah perubahan bentuk, kondisi, komposisi, warna, dan yang lainnya dan berubah menjadi hal yang lebih rumit atau kembali ke dasarnya”.

Hukum kekekalan massa pertama kali dijelaskan oleh Mikhail Lomonosov (1711-1765). Ia membuktikannya dengan eksperimen meskipun terkadang ia ditentang. Antoine Lavoisier (1743-1794) menjelaskan ide-ide ini pada tahun 1774. Dia sering disebut sebagai bapak kimia modern. Ide-ide yang lainnya sebelum karya Lavoisier adalah oleh Joseph Black (1728-1799), Henry Cavendish (1731-1810), dan Jean Rey (1583-1645).

 

Antoine Lavoisier mendapatkan hukum ini dengan melakukan eksperimen mereaksikan cairan merkuri dengan gas oksigen dalam suatu wadah di ruang tertutup sehingga menghasilkan merkuri oksida yang berwarna merah. Apabila merkuri oksida dipanaskan kembali, senyawa tersebut akan terurai menghasilkan sejumlah cairan merkuri dan gas oksigen dengan jumlah yang sama seperti semula. Dengan bukti dari percobaan ini Lavoisier merumuskan suatu hukum dasar kimia yaitu Hukum Kekekalan Massa yang menyatakan bahwa jumlah massa zat sebelum dan sesudah rekasi adalah sama.

Hukum kekekalan massa tidak terlihat selama ribuan tahun karena pengaruh berat gas pada atmosfer. Contohnya, kayu beratnya berkurang setelah dibakar. Ini yang membuat sebagian orang berpendapat bahwa massanya berkurang, berubah, atau hilang. Namun, jika kita meneliti di tempat yang tertutup kaca, ditemukan bahwa reaksi kimia tidak mengubah berat penutup dan isinya. Pompa vakum juga memungkinkan untuk menimbang berat gas.

Setelah hukum ini dimengerti, hukum kekekalan massa menjadi penemuan yang sangat penting dalam yang mengubah alkemi menjadi ilmu kimia modern. Setelah kimiawan menyadari bahwa bahan kimia tidak bisa hilang tetapi hanya dapat diubah menjadi zat lain dengan berat sama, para ilmuwan pertama kalinya melakukan studi perubahan zat.

2. Generalisasi Hukum Kekekalan Massa

Dalam teori relativitas khusus, kekekalan massa tidak berlaku jika sistem terbuka dan energi lolos. Namun, itu tetap berlaku untuk sistem yang benar-benar terisolasi. Jika energi tidak dapat pergi dari sistem, massa tidak dapat diturunkan. Dalam teori relativitas, asalkan semua jenis energi masih terperangkap dalam sistem, massanya akan tetap.

Jika misalnya dicampurkan 32 gram belerang dan 63,5 gram tembaga. Maka hasilnya adalah tembaga (II) sulfida dengan massa 95,5 gram yang merupakan massa belerang ditambah massa tembaga.

Perubahan massa terjadi dimana partikel atom atau partikel lainnya dapat melarikan diri, tetapi jenis energi lainnya (seperti cahaya atau panas) diperbolehkan untuk masuk atau keluar. Teori dari seluruh energi dengan massa dibuat oleh Albert Einstein pada tahun 1905. Namun Max Planck menunjukkan bahwa perubahan dalam massa sistem sebagai akibat dari ekstraksi atau penambahan energi kimia (seperti yang dikatakan oleh teori Einstein) begitu kecil sehingga tidak dapat diukur. Itu adalah contoh percobaan dari teori Einstein.

3. Penyimpangan Hukum Kekekalan Massa

Penyimpangan hukum kekekalan massa dapat terjadi pada sistem terbuka dengan proses yang melibatkan perubahan energi yang sangat signifikan seperti reaksi nuklir. Salah satu contoh reaksi nuklir yang dapat diamati adalah reaksi pelepasan energi dalam jumlah besar pada bintang. Hubungan antara massa dan energi yang berubah dijelaskan oleh Albert Einstein dengan persamaan E = m.c². E merupakan jumlah energi yang terlibat, m merupakan jumlah massa yang terlibat dan c merupakan konstanta kecepatan cahaya. Namun, perlu diperhatikan bahwa pada sistem tertutup, karena energi tidak keluar dari sistem, massa dari sistem tidak akan berubah.