Biografi Bragg - Penemu Struktur Kristal Atom Melalui Sinar X
Lawrence Bragg menemukan cara 'melihat' posisi atom dalam padatan. Penemuannya memiliki dampak besar pada kimia, biologi, dan mineralogi.Bragg menunjukkan bagaimana sinar-X melewati kristal mengumpulkan informasi yang memungkinkan struktur atom kristal untuk disimpulkan. Data sinar-X memungkinkan para ilmuwan untuk membangun model 3D tentang bagaimana atom disusun dalam padatan.
Kemudian, sebagai direktur di Laboratorium Cavendish Universitas Cambridge, ia meluncurkan program penelitian sinar-X terhadap protein yang mengarah pada penemuan struktur heliks DNA ganda.
Awal
William Lawrence Bragg lahir pada 31 Maret 1890 di Adelaide, ibu kota koloni Inggris di Australia Selatan. Ayahnya adalah William Henry Bragg, Profesor Matematika dan Fisika di Universitas Adelaide. Ibunya adalah Gwendoline Todd, seorang seniman cat air yang ulung.Lawrence adalah anak pertama dari tiga anak orang tuanya. Mereka mendaftarkannya di sekolah biara pada usia lima tahun, dan pada hari-hari sekolah dia berjalan ke sana dan pulang dari rumahnya tanpa pendamping.
Paparan Dini terhadap Sinar-X
Pada akhir tahun 1895 Wilhelm Röntgen di Würzburg, Jerman menemukan fenomena baru yang luar biasa yaitu penemuan sinar-X. Pada bulan Januari 1896 berita tentang penemuan itu mulai menyebar di pers populer. Kemampuan para ilmuwan untuk melihat melalui benda-benda padat membuat pembaca senang dan takut.
Segera setelah pengumuman Röntgen, Lawrence yang berusia enam tahun mengalami pertemuan pertamanya dengan sinar misterius, sinar yang sama yang 19 tahun kemudian akan memberinya Hadiah Nobel dalam Fisika.
Ayah Lawrence terpesona oleh karya Röntgen dan membuat peralatan sinar-X sendiri; dia menggunakannya untuk mengambil foto sinar-X pertama di Australia. Tak lama setelah ayahnya membuat peralatan, Lawrence patah siku karena jatuh dari sepeda roda tiganya. Ayahnya mengambil foto X-ray dari siku yang patah untuk membantu dokter merawat putranya. Ini adalah salah satu rontgen medis pertama yang diambil di Australia.
Setahun di Inggris
Setelah bekerja selama lebih dari 12 tahun di University of Adelaide, ayah Lawrence diberikan cuti satu tahun untuk kembali ke negara asalnya, Inggris. Dia ingin memperkenalkan keluarganya di sana kepada istri dan anak-anak Australianya dan mendiskusikan pekerjaannya dengan teman-teman lama.Tentu saja tidak ada penerbangan pada masa itu; perjalanan laut yang panjang diperlukan.
Lawrence bepergian dengan keluarganya di sekitar Inggris, melihat negara dan bertemu kerabat untuk pertama kalinya.
Sekolah dan Universitas di Adelaide
Kembali ke Adelaide, pada usia sembilan tahun, Lawrence mendaftar di Queens School. Sekolah tersebut memiliki kurikulum yang ketat dan Lawrence berkembang pesat secara akademis, khususnya dalam Matematika, Fisika, dan Kimia.Pada tahun 1901, tepat sebelum mencapai ulang tahunnya yang kesebelas, ia memulai sekolah menengah di St Peter's College, Adelaide. Sekolah mengikuti kurikulum klasik terutama sastra Inggris, Prancis, Latin, dan Yunani. Lawrence juga belajar Matematika dan Kimia. Menariknya, mengingat Hadiah Nobel masa depannya, Fisika tidak diajarkan di sekolah itu.
Lawrence begitu jauh di depan dari siswa lain, khususnya di Matematika dan Kimia, ia dengan cepat ditempatkan di kelas senior. Ia menyelesaikan sekolah menengah atas pada usia 15 tahun.
Awal tahun 1906 ia mulai belajar Matematika, Fisika, dan Kimia di Universitas Adelaide. Ia lulus pada usia 18 tahun dengan gelar Sarjana Matematika dengan predikat kelas satu.
Terlepas dari keberhasilan akademisnya yang luar biasa, sekolah menengah dan universitas adalah masa-masa yang tidak menyenangkan bagi Lawrence Bragg. Dia jauh lebih muda dari teman-temannya sehingga dia selalu merasa seperti orang luar. Selama sisa hidupnya dia akan menjadi orang yang tertutup, sering kali lebih memilih perusahaannya sendiri daripada berbaur dengan orang lain.
Trinity College, Cambridge
Pada tahun 1909, dalam usia 19 tahun, Bragg mulai belajar untuk mendapatkan gelar Matematika di Universitas Cambridge. Bahkan, seluruh keluarganya telah pindah ke Inggris karena ayahnya ditunjuk sebagai Ketua Fisika Cavendish di Universitas Leeds.Perlahan Bragg mulai berteman di Cambridge: untuk pertama kalinya dalam hidupnya dia merasa bergerak di antara roh-roh yang sama. Mengindahkan nasihat ayahnya, ia memutuskan untuk mengambil jurusan Fisika daripada Matematika.
Pada tahun 1911, pada usia 21, Lawrence lulus dengan gelar kehormatan kelas satu dalam Fisika.
Kontribusi Lawrence Bragg untuk Sains
Setelah menyelesaikan gelarnya, Bragg menjadi mahasiswa pascasarjana di laboratorium JJ Thomson di Cambridge.Pada tahun 1912, di usianya yang baru 22 tahun, ia membuat penemuan penting yang dikenal sebagai hukum Bragg tentang difraksi sinar-X .
Awal tahun yang sama Max von Laue di Munich telah menemukan bahwa sinar-X dapat didifraksikan oleh kristal, dan karena itu merupakan gelombang; dia akan menerima Hadiah Nobel Fisika 1914 untuk penemuan ini. Sebelum karya Laue, banyak ilmuwan – termasuk ayah Lawrence Bragg percaya sinar-X adalah partikel dan tidak dapat didifraksikan.
Difraksi terjadi ketika gelombang, seperti sinar-X, bertemu dengan rintangan atau celah yg sangat sempit. Gelombang membelok di sekitar sudut rintangan atau celah. Difraksi terutama terlihat jika ukuran penghalang dan panjang gelombang serupa. Dalam kasus karya Laue, atom-atom dalam kristal memiliki jarak yang mirip dengan panjang gelombang sinar-X.
Jika gelombang bertemu rintangan yang jaraknya mirip dengan panjang gelombang, pola interferensi dapat dihasilkan. Pola interferensi berisi area di mana gelombang difraksi telah memperkuat satu sama lain dan juga melemahkan satu sama lain. Penguatan disebut interferensi konstruktif. Pelemahan disebut interferensi destruktif.
Pada gambar di atas, adalah mungkin untuk menyimpulkan jarak yang tepat antara A dan B dengan menganalisis pola interferensi.
Lawrence Bragg meneliti kertas difraksi sinar-X Laue. Meskipun masih mahasiswa pascasarjana muda, ia menarik kesimpulan yang berani bahwa Laue telah salah memahami sifat sinar-X dan kemungkinan susunan atom dalam kristal.
Foto difraksi sinar-X yang disempurnakan dengan warna dari kertas 1912 Lawrence Bragg di Proc. Camb Phil Soc. Di sebelah kiri adalah pola interferensi Laue yang diperoleh dari difraksi sinar-X melalui kristal seng sulfida. Di sebelah kanan, adalah analisis Lawrence Bragg tentang pola interferensi.
Dalam masterstroke yang secara dramatis menyederhanakan analisis, Bragg menyadari bahwa foto difraksi Laue adalah pola interferensi pantulan dari lembaran datar atom di dalam kristal. Petunjuk ini datang kepadanya saat dia berjalan sendirian suatu hari di sepanjang tepi Sungai Cam Cambridge. Gelombang yang dipantulkan dari lembaran atom pada kedalaman yang berbeda dalam kristal mengganggu satu sama lain, yang mengarah ke pola difraksi.
difraksi Bragg. Dua berkas sinar-X sefasa dengan panjang gelombang dipantulkan dari dua atom berbeda dalam kristal. Balok bawah mencakup jarak ekstra 2dsinθ dan akan mengganggu sinar atas, yang mengarah ke pola interferensi.
Hukum Bragg adalah:
nλ = 2dsinθ
Bintik-bintik gelap pada foto Laue menunjukkan di mana interferensi konstruktif telah terjadi. Bragg menyimpulkan bahwa ini terjadi ketika jarak d sama dengan bilangan bulat kelipatan n dari panjang gelombang sinar-X.
Jadi Bragg sekarang memiliki metode untuk menemukan d, jarak yang tepat antara atom dalam kristal. Mengambil foto difraksi sinar-X dari kristal dari posisi yang berbeda akan memungkinkan struktur penuh kristal dapat ditemukan.
Ini adalah salah satu terobosan paling penting dalam sejarah sains. Untuk pertama kalinya para ilmuwan sekarang berpotensi melihat seperti apa suatu zat pada skala atomnya, memungkinkan mereka untuk membangun model 3D dari struktur atom zat tersebut.
Referensi
Famousscientists. 2022. Lawrence Bragg.https://www.famousscientists.org/lawrence-bragg/. Diakses pada tanggal 28 september 2022
Sitasi Artikel
Thinks Physics. 2022. Biografi William Lawrence Bragg. https://www.thinksphysics.com/2022/10/biografi-william-lawrence-bragg.html. Diakses pada tanggal (tanggal akses anda)