Kita mengenal perubahan fisika dan perubahan kimia. Pada perubahan fisika, yang terjadi adalah perubahan wujud materi atau zat, sedangkan substansi zat itu tidak berubah. Contoh sederhana perubahan fisika adalah perubahan wujud air. Bila didinginkan pada tekanan atmosfer hingga ke temperatur 0 derajat Celsius, air akan membeku menjadi es. Bila dipanaskan hingga 100 derajat Celsius, air akan menguap. Pada perubahan ini substansi air tidak berubah. Air terdiri dari 2 atom hidrogen dan 1 atom oksigen yang membentuk molekul. Sifat-sifatnya tetap. Yang berubah hanyalah ikatan antarmolekul.
Perubahan kimia adalah perubahan substansi zat. Bila bereaksi dengan sesuatu air tak lagi terdiri dari 2 molekul hidrogen dan satu molekul air, tapi sudah berubah menjadi molekul lain, baik bergabung menjadi molekul yang lebih besar atau terurai menjadi molekul yang lebih kecil. Perubahan itu membawa perubahan sifat zat. Perubahan kimia ini biasa pula disebut sebagai terjadinya reaksi kimia.
Bila kita bakar selembar kertas, yang terjadi adalah bahan kimia penyusun kertas itu, yaitu selulase dengan rumus kimia C6H10O5 diputus oleh oksigen. Setelah terbakar yang tersisa hanyalah karbon. Tentu saja kertas tak lagi ada wujudnya. Molekul selulase juga tak lagi wujud.
Kalau kita panaskan gula di udara terbuka, gula akan jadi karamel. Karamel dan gula memiliki sifat yang berbeda. Itu bisa kita amati dari perubahan warna, rasa, dan aroma. Saat dipanaskan, gula akan mengikat lebih banyak atom karbon, membentuk molekul yang lebih kompleks dengan jumlah atom lebih banyak, khususnya atom karbon. Itulah karamel.
Proses dalam tubuh makhluk hidup, baik pada hewan, tumbuhan, maupun bakteri yang kita sebut metabolisme adalah rangkaian berbagai reaksi kimia. Berbagai bahan kimia seperti gula, karbohidrat, protein, dan lemak, diubah molekul-molekulnya menjadi molekul-molekul lain. Perubahan itu disertai pembentukan energi untuk menghangatkan tubuh, juga energi kinetik untuk gerak.
Yang tak kalah menarik, hal-hal yang kita rasakan seperti sedih, senang, rasa nyaman, bahkan nafsu seksual, juga akibat dari reaksi kimia dalam tubuh. Hal-hal yang kita rasakan itu dipicu oleh hadirnya hormon-hormon tertentu dalam darah kita. Hormon-hormon itu pun produk dari berbagai reaksi kimia.
Sebenarnya apa itu reaksi kimia?
Unit terkecil dari materi adalah atom. Tentu saja atom masih terdiri dari sejumlah partikel, yaitu elektron, proton, dan netron. Tapi partikel-partikel itu secara individu tidak secara langsung menentukan sifat zat. Elektron yang berasal dari atom oksigen sama saja dengan elektron yang berasal dari atom lain. Demikian pula proton dan netron.
Secara sederhana, kita bisa gambarkan atom sebagai sebuah inti yang tersusun oleh proton dan netron. Inti atom bermuatan positif, berasal dari muatan proton. Netron tidak bermuatan. Inti atom dikelilingi oleh elektron-elektron. Elektron-elektron ini tidak berkumpul begitu saja, namun menempati “posisi” tertentu. Posisi dalam hal ini bukan sekadar soal letaknya dalam ruang, namun merupakan gambaran tingkat energinya.
Karakter atom ditentukan oleh konfigurasi elektron-elektron pada kulit terluar. Kebanyakan atom tidak memiliki elektron yang cukup untuk memenuhi jatah yang tersedia pada kulit terluar. Hanya unsur-unsur gas mulia seperti helium, neon, argon, dan sebagainya yang memiliki konfigurasi cukup. Atom-atom lain tidak. Karena itu atom-atom lain cenderung membentuk ikatan dengan atom-atom lain, baik yang sejenis maupun dengan atom yang berbeda. Oksigen, hidrogen, dan nitrogen, misalnya membentuk ikatan dengan atom sejenis, membentuk molekul dengan 2 atom atau diatomik. “Tujuan” ikatan tersebut agar konfigurasi elektron di kulit terluar tadi lebih “penuh”.
Tapi itu pun bukan akhir prosesnya. Atom-atom itu tidak pernah puas. Mereka selalu mencari kesempatan untuk lebih stabil lagi. Selalu mencari kemapanan baru. Molekul-molekul tadi tidak stabil benar. Stabilitasnya bisa kita sebut relatif. Kalau kita jejerkan tingkat stabilitas molekul-molekul senyawa, kita akan mendapatkan semacam daftar ranking, berjejer dari rendah ke tinggi, atau sebaliknya. Kita bisa bayangkan seperti menempatkan molekul-molekul senyawa itu di lereng bukit. Lereng bukit itu kita sebut potensial kimia.
Senyawa-senyawa yang memiliki potensial kimia tinggi akan cenderung “menggelinding” turun bila ada kesempatan. Turun itu maksudnya adalah menjalani reaksi, memutus ikatan yang ia miliki sekarang, kemudian membentuk ikatan baru. Ikatan baru itu lebih rendah potensialnya.
Kita bisa ibaratkan atom-atom itu seperti manusia-manusia yang tak pernah puas dengan hubungan yang mengikatnya saat ini. Ia selalu melirik kanan kiri, mencari kemungkinan hubungan yang lebih asyik, lebih membuat nyaman. Begitu ada kesempatan, mereka akan segera memutus ikatan lama, kemudian membentuk ikatan baru.
Tentu saja ada situasi sebaliknya. Kalau disuruh melepas ikatan yang sekarang ada untuk menjalin ikatan yang kurang nyaman, mereka tidak mau. Ini kasusnya pada senyawa yang potensial kimianya rendah, disuruh menjadi senyawa dengan potensial kimia tinggi. Mereka tidak akan mau. Itu ibarat seorang gadis yang sudah terikat dengan laki-laki tampan, kaya, dan penyayang, yang disuruh pindah ke pelukan laki-laki miskin, buruk rupa, dan suka melakukan kekerasan.
Pencarian ikatan baru itu seakan tiada akhir. Selalu saja tersedia ikatan yang lebih menarik, lebih membuat nyaman. Karena itu reaksi kimia terus berlangsung. Dalam hal sel-sel penyusun makhluk hidup, tidak pernah terjadi kemapanan atau kesetimbangan kimia di dalamnya. Sel yang mencapai kesetimbangan adalah sel yang mati. Ia tak lagi menyelenggarakan reaksi kimia, tak ada lagi metabolisme.
Jadi, alam semesta ini hidup, kita ini hidup, kita lapar, haus, jatuh cinta, makan, dan bersenggama, karena atom-atom tak pernah puas. Kalau atom-atom itu puas, kita tak lagi berwujud sebagai makhluk hidup.
BACA JUGA Guru Fisika yang Menginspirasi dan esai sains Hasanudin Abdurakhman lainnya di kolom TEMAN SEKELAS.