Dmitri Mendeleev: Sang Arsitek Materi dan Transformasi Epistemologi Kimia Modern

Dunia ilmu pengetahuan sering kali melihat kemajuan sebagai sebuah proses akumulasi data yang lambat, namun sejarah kimia mencatat satu titik balik dramatis di mana kekacauan fakta berubah menjadi struktur yang harmonis. Pada pertengahan abad ke-19, kimia merupakan sebuah disiplin ilmu yang terfragmentasi, dipenuhi dengan tumpukan informasi tentang unsur-unsur yang tidak saling berhubungan satu sama lain dalam sebuah kerangka kerja yang koheren. Dalam konteks inilah Dmitri Ivanovich Mendeleev muncul sebagai sosok arsitek yang tidak hanya mengelompokkan materi, tetapi juga memberikan “peta” bagi seluruh alam semesta di tingkat atomik. Kejeniusan Mendeleev tidak terletak pada kemampuannya mengumpulkan data baru, melainkan pada intuisi sainsnya yang luar biasa dalam melihat pola rahasia di balik keberagaman materi dan keberaniannya untuk meramalkan keberadaan elemen-elemen yang saat itu dianggap mustahil untuk ada.

Analisis terhadap kehidupan dan karya Mendeleev menunjukkan bahwa pencapaiannya bukan sekadar hasil dari keberuntungan atau momen eureka yang terisolasi, melainkan kulminasi dari pendidikan yang ketat, pengalaman praktis di industri, dan filosofi mendalam mengenai sifat dasar unsur. Mendeleev membangun sistem periodik yang mampu bertahan menghadapi ujian waktu, bahkan ketika fondasi fisika klasik digantikan oleh mekanika kuantum pada abad berikutnya. Laporan ini akan mengulas secara mendalam perjalanan intelektual Mendeleev, mekanisme di balik penemuan tabel periodik, dampak industrialnya di Rusia, hingga pengaruh linguistik Sansekerta yang sering terabaikan dalam konstruksi “tata bahasa materi” miliknya.

Akar Siberia dan Pembentukan Karakter Intelektual

Dmitri Ivanovich Mendeleev lahir pada 8 Februari 1834 di kota Tobolsk, Siberia, sebuah wilayah yang saat itu dianggap sebagai pinggiran kekaisaran Rusia. Sebagai anak bungsu dari keluarga yang sangat besar—jumlah saudaranya bervariasi antara 11 hingga 17 menurut sumber sejarah yang berbeda—Mendeleev tumbuh dalam lingkungan yang penuh tantangan sekaligus stimulasi intelektual. Ayahnya, Ivan Pavlovich Mendeleev, adalah seorang direktur gimnasium lokal yang kehilangan penglihatannya tak lama setelah Dmitri lahir, yang memaksa keluarganya menghadapi kesulitan ekonomi yang parah.

Beban ekonomi keluarga kemudian dipikul oleh ibunya, Mariya Dmitriyevna Kornileva, seorang wanita dengan ketangguhan luar biasa yang mengelola pabrik gelas milik keluarganya untuk menghidupi anak-anaknya. Di pabrik gelas inilah Mendeleev pertama kali bersentuhan dengan fenomena kimia dan industri; ia mengamati bagaimana bahan mentah berubah menjadi materi transparan melalui proses panas dan reaksi kimia. Pengalaman masa kecil ini menanamkan dalam dirinya minat seumur hidup terhadap kimia industri dan aplikasi praktis dari ilmu pengetahuan.

Setelah pabrik gelas tersebut terbakar habis pada tahun 1848 dan kematian suaminya, Mariya mengambil langkah berani dengan membawa Dmitri yang berusia 15 tahun menempuh perjalanan sejauh 1.300 mil menuju St. Petersburg untuk mencari pendidikan terbaik. Keteguhan hati ibunya terbayar ketika Mendeleev diterima di Main Pedagogical Institute di St. Petersburg, tempat ayahnya dahulu belajar. Ibunya meninggal tak lama setelah pendaftarannya, namun pesan terakhirnya agar Dmitri “mencari kebenaran melalui kerja dan ilmu pengetahuan” menjadi kompas moral bagi sang ilmuwan di masa depan.

Di St. Petersburg, Mendeleev menunjukkan bakat yang luar biasa meskipun menghadapi masalah kesehatan yang serius, termasuk dugaan tuberkulosis. Ia lulus pada tahun 1855 dan melanjutkan studinya ke luar negeri, terutama di Universitas Heidelberg selama dua tahun. Di sana, ia bekerja di bawah bimbingan Robert Bunsen dan bertemu dengan Emil Erlenmeyer, namun alih-alih terkungkung dalam laboratorium universitas, Mendeleev membangun laboratorium pribadinya di apartemennya untuk mempelajari mekanika molekuler dari tegangan permukaan. Kemandirian ini menunjukkan ciri khas Mendeleev: keinginan untuk mengejar jalannya sendiri dalam memecahkan masalah-masalah fundamental sains.

Momentum Karlsruhe dan Standardisasi Berat Atom

Salah satu peristiwa paling krusial dalam sejarah kimia modern yang membentuk pemikiran Mendeleev adalah Kongres Kimia Internasional pertama yang diadakan di Karlsruhe, Jerman, pada tahun 1860. Sebelum kongres ini, komunitas kimia berada dalam kebingungan besar mengenai berat atom, rumus kimia, dan simbol-simbol unsur. Tidak ada kesepakatan mengenai apakah berat atom harus didasarkan pada hidrogen, oksigen, atau standar lainnya.

Dalam pertemuan tersebut, kimiawan Italia Stanislao Cannizzaro mempresentasikan gagasannya tentang penggunaan hipotesis Avogadro untuk menentukan berat atom yang konsisten. Mendeleev, yang hadir dalam pertemuan tersebut, sangat terkesan dengan kejernihan logika Cannizzaro. Ia menyadari bahwa tanpa set data berat atom yang akurat dan seragam, upaya apa pun untuk mencari pola di antara unsur-unsur akan gagal. Standardisasi berat atom yang dihasilkan pasca-Karlsruhe menjadi bahan mentah yang sangat dibutuhkan Mendeleev untuk menyusun arsitektur materinya.

Setelah kembali ke Rusia, Mendeleev menjadi Profesor Kimia di Institut Teknologi St. Petersburg dan kemudian di Universitas St. Petersburg. Di sana, ia menghadapi tantangan pedagogis: tidak ada buku teks kimia anorganik yang memadai dalam bahasa Rusia yang dapat digunakan oleh mahasiswanya. Untuk mengatasi kekosongan ini, ia mulai menulis mahakaryanya, Osnovy khimii (Prinsip-Prinsip Kimia). Upayanya untuk mengorganisasi bab-bab buku inilah yang secara langsung memicu penemuan Hukum Periodik.

Penemuan Hukum Periodik: Antara Solitaire dan Mimpi

Pada awal tahun 1869, Mendeleev sedang mengerjakan volume kedua dari bukunya dan berupaya mencari cara untuk mengelompokkan unsur-unsur kimia yang tidak termasuk dalam kelompok tradisional seperti halogen atau logam alkali. Ia mencari prinsip panduan yang universal dan bukan sekadar klasifikasi berdasarkan kemiripan permukaan. Mendeleev yakin bahwa berat atom adalah satu-satunya properti unsur yang tidak berubah dalam berbagai kombinasi kimia, dan oleh karena itu, harus menjadi dasar dari sistem klasifikasi.

Legenda populer yang sering diceritakan dalam buku teks adalah bahwa susunan tabel periodik datang kepada Mendeleev melalui mimpi setelah ia terjaga selama tiga hari karena kelelahan. Mendeleev sendiri pernah menyatakan bahwa ia melihat dalam mimpi sebuah tabel di mana semua elemen jatuh ke tempatnya sesuai kebutuhan, dan segera setelah bangun, ia menuliskannya di secarik kertas. Namun, penelitian sejarah modern menunjukkan bahwa proses penemuan ini jauh lebih sistematis daripada sekadar wahyu melalui mimpi.

Mendeleev menggunakan metode yang sering disebut sebagai “solitaire kimia”. Ia menuliskan nama setiap unsur, berat atomnya, dan sifat-isifat utamanya pada kartu individu. Ia menyusun dan menyusun ulang kartu-kartu ini di mejanya, mencari pola yang menghubungkan berat atom yang meningkat dengan sifat-isifat kimia yang berulang.

Dengan menyusun elemen secara horizontal berdasarkan berat atom dan memulai baris baru ketika sifat yang serupa muncul kembali, Mendeleev menemukan bahwa elemen-elemen dengan sifat serupa jatuh ke dalam kolom vertikal yang sama. Pada tanggal 1 Maret 1869 (Gaya Lama: 17 Februari), ia mengirimkan draf pertamanya yang berjudul “Eksperimen pada Sistem Elemen Berdasarkan Berat Atom dan Kemiripan Kimiawi” ke percetakan.

Intuisi Sains dan Keberanian untuk Meramal

Hal yang membedakan Mendeleev dari para pendahulunya atau rekan sezamannya—seperti Julius Lothar Meyer dari Jerman atau John Newlands dari Inggris—adalah keberaniannya untuk menempatkan Hukum Periodik di atas data eksperimen yang ada saat itu. Ketika sebuah elemen tampaknya tidak cocok dengan urutan berat atomnya, Mendeleev tidak ragu untuk mengasumsikan bahwa berat atom tersebut telah diukur secara salah atau bahwa ada elemen yang belum ditemukan.

Kejeniusan yang paling mencolok adalah keputusannya untuk meninggalkan celah kosong dalam tabel periodiknya. Banyak kimiawan lain melihat celah tersebut sebagai kegagalan sistem mereka, tetapi Mendeleev melihatnya sebagai peluang untuk penemuan masa depan. Ia tidak hanya memprediksi keberadaan elemen-elemen tersebut, tetapi juga meramalkan sifat-sifat fisik dan kimia mereka dengan presisi yang mengejutkan menggunakan tren periodik.

Mendeleev menggunakan awalan bahasa Sansekerta—eka (satu), dvi (dua), dan tri (tiga)—untuk menamai elemen-elemen hipotesis ini berdasarkan posisi mereka di bawah elemen yang sudah dikenal dalam tabel. Tiga prediksi paling terkenalnya adalah eka-boron, eka-aluminium, dan eka-silikon.

Validasi Melalui Penemuan Gallium, Scandium, dan Germanium

Keyakinan dunia terhadap tabel Mendeleev berubah dari skeptisisme menjadi kekaguman ketika prediksi-prediksinya mulai terbukti benar satu per satu. Pada tahun 1875, kimiawan Perancis Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran menemukan sebuah elemen baru yang ia namai Gallium (Ga). Ketika Mendeleev membaca laporan awal mengenai Gallium, ia segera menyadari bahwa itu adalah eka-aluminium miliknya.

Sebuah anekdot terkenal mencatat bahwa Mendeleev menulis surat kepada Lecoq de Boisbaudran, menyarankan agar ia mengukur kembali densitas Gallium karena densitas yang dilaporkan (4.7 g/cm³) tidak sesuai dengan prediksinya (5.9 g/cm³). Lecoq de Boisbaudran awalnya tersinggung, namun setelah pemurnian lebih lanjut, ia menemukan bahwa densitas Gallium memang 5.91 g/cm³, tepat seperti yang diramalkan oleh Mendeleev yang bahkan belum pernah melihat elemen tersebut secara fisik.

Keberhasilan ini diikuti oleh penemuan eka-boron sebagai Scandium (Sc) oleh Lars Fredrik Nilson pada tahun 1879, dan eka-silikon sebagai Germanium (Ge) oleh Clemens Winkler pada tahun 1886. Ketepatan prediksi untuk Germanium bahkan lebih spektakuler, mengukuhkan Hukum Periodik sebagai hukum alam yang fundamental, bukan sekadar perangkat mnemonik.

Mengoreksi Alam: Tantangan Tellurium dan Iodine

Selain memprediksi elemen baru, Mendeleev menggunakan sistemnya untuk mengoreksi data yang ada yang ia anggap “salah” karena tidak sesuai dengan logika tabelnya. Contoh yang paling menonjol adalah kasus Tellurium (Te) dan Iodine (I). Berdasarkan berat atom yang diukur saat itu, Tellurium memiliki berat sekitar 128, sedangkan Iodine sekitar 127. Jika disusun murni berdasarkan berat atom, Iodine harus ditempatkan sebelum Tellurium.

Namun, sifat kimia Iodine jelas menempatkannya di kelompok halogen (bersama Fluorine, Chlorine, dan Bromine), sementara Tellurium termasuk dalam kelompok oksigen (bersama Sulfur dan Selenium). Mendeleev, dengan intuisi yang teguh, menukar posisi keduanya dalam tabelnya dan bersikeras bahwa pengukuran berat atom Tellurium pasti salah.

Ia bahkan menugaskan asistennya untuk mencoba membuktikan bahwa Tellurium lebih ringan daripada Iodine. Meskipun upaya eksperimental untuk menurunkan berat atom Tellurium gagal, posisi yang diberikan Mendeleev terbukti benar di kemudian hari. Kita sekarang tahu bahwa urutan tabel periodik ditentukan oleh nomor atom (jumlah proton), bukan berat atom, dan dalam hal nomor atom, Tellurium (Z=52) memang datang sebelum Iodine (Z=53). Kemampuan Mendeleev untuk mengabaikan data kuantitatif yang menyesatkan demi struktur kualitatif yang lebih dalam adalah tanda kejeniusannya yang unik.

Mendeleev juga mengoreksi berat atom Berilium (Be). Sebelumnya, Berilium dianggap memiliki valensi 3 dengan berat atom 13.5 karena kemiripannya dengan Aluminium. Mendeleev berargumen bahwa posisinya dalam tabel menuntut Berilium menjadi divalent dengan berat atom sekitar 9. Eksperimen selanjutnya mengonfirmasi bahwa berat atom Berilium adalah 9.1, memberikan kemenangan ilmiah lain bagi Mendeleev.

Filosofi Unsur: Materi Abstrak vs. Substansi Sederhana

Salah satu kontribusi intelektual paling mendalam dari Mendeleev yang jarang dibahas dalam teks pengantar adalah pemahamannya yang bernuansa tentang apa itu “unsur”. Ia membedakan antara “substansi sederhana” (bentuk fisik yang bisa kita lihat, seperti grafit atau intan) dan “unsur abstrak” (entitas yang tidak terlihat namun membawa identitas kimia melalui semua transformasinya).

Bagi Mendeleev, tabel periodik bukanlah klasifikasi substansi sederhana, melainkan klasifikasi unsur-unsur abstrak ini. Ia menyadari bahwa berat atom adalah satu-satunya properti terukur yang tetap konstan baik ketika unsur tersebut berada dalam bentuk murni maupun dalam bentuk senyawa kompleks. Inilah yang memberinya landasan filosofis untuk menggunakan berat atom sebagai prinsip pengorganisasian utama, melampaui sifat fisik yang berubah-ubah seperti warna atau titik leleh.

Pandangan ini juga menjelaskan mengapa Mendeleev awalnya skeptis terhadap penemuan elektron dan radioaktivitas di akhir hidupnya. Baginya, unsur adalah unit dasar alam semesta yang tidak dapat dipecah lagi; gagasan bahwa atom bisa hancur atau berubah menjadi atom lain melalui peluruhan radioaktif tampak seperti ancaman terhadap kekekalan identitas unsur yang menjadi dasar Hukum Periodik. Meskipun ia keliru dalam menolak substruktur atom, kerangka kerja periodiknya terbukti cukup fleksibel untuk mengakomodasi penemuan-penemuan tersebut di bawah penjelasan mekanika kuantum.

Dampak Industrial dan Ekonomi: Sang Teknokrat Rusia

Dmitri Mendeleev bukan hanya seorang ilmuwan teoritis yang terkurung di menara gading; ia adalah seorang patriot Rusia yang sangat peduli pada modernisasi ekonomi negaranya. Ia percaya bahwa sains harus melayani kemajuan nasional dan kekuatan industri. Minatnya mencakup bidang yang sangat luas, mulai dari meteorologi, aeronautika, hingga standarisasi timbangan nasional.

Salah satu kontribusi praktis terbesarnya adalah dalam industri perminyakan Rusia. Pada pertengahan abad ke-19, Rusia sangat bergantung pada impor minyak tanah dari Amerika Serikat meskipun memiliki cadangan minyak yang besar di Baku. Mendeleev mengunjungi ladang minyak Baku dan bahkan melakukan perjalanan ke Pennsylvania pada tahun 1876 untuk mempelajari teknik pengeboran dan pemurnian Amerika.

Ia menyadari bahwa minyak mentah Rusia lebih berat daripada minyak Amerika, yang berarti teknik penyulingan standar tidak efisien. Mendeleev mengusulkan pembangunan pipa minyak dari Baku ke Laut Hitam dan mempromosikan pendirian kilang di Rusia tengah agar produk akhirnya lebih dekat ke konsumen. Ia adalah orang pertama yang menyarankan bahwa minyak adalah bahan mentah yang terlalu berharga untuk sekadar dibakar sebagai bahan bakar, dengan pernyataannya yang terkenal bahwa membakar minyak “sama dengan menyalakan kompor dengan uang kertas”.

Selain minyak, Mendeleev juga berkontribusi pada:

• Bubuk Mesiu Tanpa Asap: Ia mengembangkan pyrocollodion, jenis bubuk mesiu baru untuk Angkatan Laut Rusia yang lebih efisien dan stabil daripada standar saat itu.
• Metrologi: Sebagai Direktur Biro Pusat Berat dan Ukuran, ia menstandarisasi sistem metrik di Rusia dan memastikan akurasi timbangan nasional.
• Kebijakan Tarif: Ia menasihati pemerintah tentang tarif bea cukai untuk melindungi industri domestik yang baru berkembang dari persaingan asing.
• Pertanian: Ia mengelola pertanian eksperimental untuk mempromosikan metode pertanian modern dan penggunaan pupuk kimia.

Jejak Sansekerta: Tata Bahasa Alam Panini

Aspek unik lain dari metodologi Mendeleev adalah pengaruh linguistik yang mungkin ia terima dari struktur bahasa Sansekerta. Mendeleev adalah teman dekat Otto von Böhtlingk, seorang ahli Indologi terkemuka di St. Petersburg yang telah menerbitkan edisi Jerman dari tata bahasa Sansekerta karya Panini, Aṣṭādhyāyī.

Penelitian menunjukkan adanya paralel yang mencolok antara cara Panini mengorganisasi bunyi-bunyi bahasa Sansekerta dalam matriks dua dimensi berdasarkan tempat artikulasi dan cara Mendeleev mengorganisasi unsur-unsur kimia. Keduanya mencari model yang paling ringkas (prinsip minimum description length) untuk mendeskripsikan sistem yang kompleks. Penggunaan awalan eka, dvi, dan tri bukan sekadar pilihan eksotis, melainkan penghormatan terhadap sistem tata bahasa yang mampu menghasilkan kompleksitas tak terbatas dari unit-unit dasar yang teratur.

Evolusi Epistemologi: Dari Berat Atom ke Nomor Atom

Meskipun Mendeleev membangun tabelnya di atas pondasi berat atom, perkembangan ilmu pengetahuan di awal abad ke-20 mulai menantang paradigma tersebut. Penemuan isotop—atom dari unsur yang sama dengan berat yang berbeda—mengancam kegunaan berat atom sebagai karakteristik pengenal utama. Kegagalan ilmuwan untuk memisahkan isotop melalui metode kimia tradisional menunjukkan bahwa ada sesuatu yang lebih mendalam daripada massa yang menentukan identitas sebuah unsur.

Jawaban atas krisis ini datang dari Henry Moseley pada tahun 1913. Melalui eksperimen spektroskopi sinar-X, Moseley menunjukkan bahwa frekuensi sinar-X yang dipancarkan oleh sebuah elemen berkaitan langsung dengan muatan positif pada inti atomnya, yang kemudian kita kenal sebagai nomor atom (Z). Moseley membuktikan bahwa urutan elemen dalam tabel periodik Mendeleev sebenarnya mengikuti kenaikan nomor atom, bukan berat atom.

Transformasi ini secara luar biasa memvalidasi intuisi Mendeleev. Meskipun Mendeleev tidak mengetahui keberadaan proton atau nomor atom, keputusannya untuk menukar posisi Tellurium dan Iodine (yang didasarkan pada kemiripan kimia) ternyata selaras sempurna dengan urutan nomor atom mereka. Hal ini membuktikan bahwa Hukum Periodik yang ia temukan adalah hukum alam yang objektif, yang tetap berlaku meskipun interpretasi fisika di baliknya berubah.

Warisan di Luar Laboratorium: Komisi Anti-Spiritualisme

Sisi lain dari dedikasi Mendeleev terhadap rasionalitas adalah perannya dalam melawan gelombang spiritualisme yang melanda Rusia pada akhir abad ke-19. Mendeleev memimpin sebuah komisi ilmiah yang dibentuk oleh Universitas St. Petersburg untuk menyelidiki klaim-klaim medium spiritual dan fenomena supranatural. Setelah melakukan serangkaian eksperimen terkontrol, komisi tersebut menyimpulkan bahwa ajaran spiritualistik hanyalah takhayul belaka.

Bagi Mendeleev, ilmu pengetahuan adalah senjata melawan kegelapan pikiran. Ia percaya bahwa “semangat bebas dari penyelidikan manusia” adalah kekuatan paling penetrasi yang mampu “memiringkan bukan hanya meja (dalam sesi spiritual), melainkan planet-planet”. Pandangan ini mencerminkan filosofinya bahwa alam semesta diatur oleh hukum-hukum yang dapat dipahami, dan tugas ilmuwan adalah untuk menyingkap keteraturan tersebut tanpa terjebak dalam mistisisme.

Visi Pembangunan Berkelanjutan yang Mendahului Zamannya

Menariknya, banyak tulisan Mendeleev di akhir hayatnya menyentuh konsep yang sekarang kita sebut sebagai pembangunan berkelanjutan dan pengelolaan sumber daya yang rasional. Ia adalah orang pertama yang menyerukan konsumsi minyak, air, dan batubara yang hemat, serta memperingatkan tentang habisnya mineral. Mendeleev menekankan perlunya gasifikasi batubara dan modernisasi metode ekstraksi untuk mencegah kerusakan lingkungan.

Ia sangat kritis terhadap monopoli sumber daya alam oleh oligarki, percaya bahwa kekayaan alam Rusia harus dikelola untuk kemakmuran jangka panjang seluruh rakyat. Meskipun peringatannya sering kali diabaikan oleh pemerintah Tsar saat itu, pemikiran Mendeleev menunjukkan bahwa visinya sebagai “arsitek materi” mencakup pemahaman tentang bagaimana materi tersebut harus digunakan secara bijaksana untuk keberlangsungan peradaban manusia.

Kesimpulan: Peta Menuju Masa Depan

Dmitri Ivanovich Mendeleev meninggal pada 2 Februari 1907 di St. Petersburg, namun ia meninggalkan sebuah “peta” yang masih digunakan oleh setiap kimiawan, fisikawan, dan insinyur materi hingga hari ini. Tabel Periodik bukan sekadar poster di dinding laboratorium; ia adalah ringkasan dari seluruh sains kimia dalam 100-an kotak kecil yang memandu penelitian teoritis dan praktis.

Kehebatan Mendeleev terletak pada keberaniannya untuk melihat melampaui apa yang ada dan membayangkan apa yang seharusnya ada. Dengan meninggalkan ruang kosong di tabelnya, ia tidak hanya memprediksi elemen baru, tetapi juga memvalidasi realitas atom dan mengantisipasi struktur subatomik yang baru ditemukan puluhan tahun kemudian oleh mekanika kuantum. Ia mengubah kimia dari tumpukan fakta yang kacau menjadi sebuah taman yang tertata rapi, di mana hubungan antar unsur dapat dipahami dan diprediksi.

Sebagai penghormatan tertinggi, elemen ke-101 yang disintesis pada tahun 1955 diberi nama Mendelevium (Md), memastikan bahwa nama sang arsitek Siberia ini akan selamanya tertulis di dalam struktur materi yang ia perjuangkan untuk dipahami sepanjang hidupnya. Mendeleev telah memberikan struktur pada alam semesta, memberikan manusia kemampuan untuk melihat pola rahasia di balik materi, dan membuktikan bahwa melalui kerja keras dan intuisi sains, kebenaran alam yang paling tersembunyi pun dapat disingkapkan.