Segala sesuatu di dunia, baik alami atau sintetis, terdiri dari struktur kecil yang disebut atom, yang terbuat dari proton, neutron, dan elektron. Proton bermuatan positif, neutron tidak bermuatan, dan elektron bermuatan negatif. Keseimbangan partikel-partikel ini menentukan muatan keseluruhan atom. Sebuah benda bermuatan positif, seperti orang setelah menggosokkan kaki yang ditutupi kaus kaki dengan kuat di atas karpet, mengandung lebih banyak partikel positif (proton) daripada yang negatif (elektron). Karena atom positif tertarik ke atom negatif dan ditolak oleh atom positif lainnya, muatan atom yang menyusun sepotong materi sangat memengaruhi sifat dan perilakunya.
Muatan Atom
Atom, yang merupakan unit dasar materi, memiliki inti yang terdiri dari proton dan neutron, di mana satu atau lebih elektron terikat. Jumlah proton menentukan unsur apa atom itu dan diberikan sebagai nomor atomnya. Misalnya, magnesium memiliki 12 proton, memberikan nomor atom 12, sedangkan oksigen memiliki delapan. Ketika atom bergabung bersama, mereka menjadi molekul.
Elektron dan proton tidak memiliki ukuran dan berat yang sama — elektron lebih kecil dan lebih ringan dari proton — tetapi mereka memiliki jumlah muatan yang sama. Artinya, jumlah proton dan elektron yang cocok saling meniadakan dalam hal muatan keseluruhan. Karena neutron bersifat netral, jumlahnya tidak mempengaruhi muatan atom.
Meskipun jumlah total partikel subatomik suatu atom bervariasi, atom biasanya seimbang secara elektrik, dengan jumlah proton dan elektron yang sama. Ini berarti bahwa secara alami, atom memiliki muatan netral, tetapi ini dapat berubah dengan mendapatkan atau kehilangan elektron melalui proses kimia dan fisika. Ketika elektron hilang, keseimbangan bergeser dengan proton tambahan, memberikan atom muatan positif. Kebalikannya berlaku untuk atom bermuatan negatif, yang telah memperoleh elektron. Ketika keseimbangan partikel terganggu, menghasilkan atom (atau molekul) positif atau negatif, mereka tidak lagi disebut atom. Sebaliknya, mereka adalah ion, dengan yang positif disebut kation, dan yang negatif disebut anion.
Biaya dan Perilaku
Muatan yang dimiliki suatu benda mempengaruhi reaksinya terhadap lingkungannya. Kation tertarik pada anion, misalnya, tetapi ditolak oleh kation lain. Demikian pula, atom bermuatan negatif saling tolak. Perilaku ini disebut sebagai hukum Coulomb.
Atom positif tidak menarik atau menolak atom netral, tetapi melalui fenomena yang disebut induksi elektrostatik, gaya tarik dapat tercipta. Hal ini terjadi karena elektron dalam beberapa molekul cenderung menjadi lebih mobile ketika muatan positif berada di dekatnya. Elektron dalam molekul netral kemudian dapat bergerak menuju sumber muatan positif. Gerakan tersebut menciptakan muatan negatif pada titik terdekat dengan sumbernya, meskipun molekulnya tidak berubah secara keseluruhan. Fenomena ini paling sering terjadi pada logam, yang memungkinkan muatan listrik mengalir melaluinya.
Aplikasi Sehari-hari
Banyak barang dan proses sehari-hari menggunakan muatan positif. Ketika cucian jatuh di pengering pakaian, misalnya, gerakan tersebut menyebabkan elektron berpindah dari atom pada permukaan beberapa item ke item lainnya, memberikan potongan pakaian muatan yang berbeda. Inilah yang menyebabkan kemelekatan statis, karena partikel yang sekarang bermuatan positif dan negatif tertarik satu sama lain dan membuat pakaian saling menempel. Lembaran pengering biasanya mengandung bahan kimia yang memiliki muatan positif, yang menempel pada barang, membantu membuat yang negatif menjadi netral kembali.
Contoh lain adalah printer laser, yang mencetak teks dan gambar di atas kertas dengan menciptakan serangkaian muatan positif dan negatif. Ketika pekerjaan cetak dimulai, laser “menulis” dengan mentransfer listrik statis bermuatan negatif ke silinder dengan muatan positif. Toner, yang juga positif, kemudian dioleskan ke silinder dan ditarik ke area negatif. Silinder kemudian digulung di selembar kertas bermuatan negatif, dan toner mengikatnya.
Molekul Biologis
Total gabungan dari semua atom dan ion yang merupakan bagian dari molekul biologis dikenal sebagai muatan bersihnya. Sebagian besar molekul netral secara keseluruhan, tetapi yang besar cenderung memiliki satu atau lebih area diskrit yang menunjukkan muatan negatif atau positif. Area ini sangat mempengaruhi cara molekul terlipat dan cara berinteraksi dengan molekul lain. Misalnya, DNA dan RNA keduanya asam nukleat, tetapi mereka berperilaku sangat berbeda sebagian karena muatannya didistribusikan secara berbeda di sepanjang permukaannya.
Penelitian ilmiah sering membutuhkan informasi tentang muatan atom dan molekul karena hal itu mempengaruhi perilaku molekul yang aktif secara biologis. Satu area tertentu di mana manipulasi muatan molekul sangat berguna adalah dalam desain obat rasional. Para peneliti di bidang ini bekerja untuk mengembangkan obat yang lebih efektif, dalam beberapa kasus dengan memanipulasi muatan obat potensial untuk membuatnya berinteraksi lebih efisien dengan targetnya.