Atom adalah unit dasar materi yang terdiri dari inti atom yang padat dikelilingi oleh awan elektron. Inti atom tersusun dari dua jenis partikel subatomik utama: proton (bermuatan positif) dan neutron (netral). Jumlah proton menentukan identitas elemen tersebut dalam tabel periodik, yang dikenal sebagai nomor atom (Z). Sementara itu, jumlah total proton dan neutron menentukan massa atom suatu elemen.
Dalam konteks ini, kita akan memfokuskan pembahasan pada salah satu unsur paling vital bagi kehidupan di Bumi: Oksigen (O). Oksigen memiliki peran sentral dalam respirasi, pembentukan air (H2O), dan berbagai proses kimia lainnya. Namun, seperti elemen lainnya, Oksigen hadir dalam berbagai bentuk yang berbeda, yang disebut isotop, dan perbedaan utama antar isotop ini terletak pada jumlah neutronnya.
Setiap atom Oksigen di alam semesta memiliki jumlah proton yang sama, yaitu delapan (Z=8). Ini adalah definisi mutlak dari unsur Oksigen. Proton bermuatan positif, dan jumlahnya yang delapan memberikan muatan positif total pada inti atom. Untuk menjaga kenetralan listrik atom secara keseluruhan, atom Oksigen standar juga memiliki delapan elektron yang mengorbit inti tersebut.
Namun, inti atom tidak hanya berisi proton. Di sanalah neutron memainkan peran kunci. Neutron tidak memiliki muatan listrik, tetapi mereka menyumbang massa signifikan terhadap atom dan membantu menstabilkan inti atom yang sarat dengan proton bermuatan positif (karena proton saling tolak-menolak secara elektrostatis).
Variasi dalam jumlah neutron menghasilkan isotop. Untuk Oksigen, ada beberapa isotop yang ditemukan di alam, namun yang paling umum adalah Oksigen-16 (¹⁶O).
Ini adalah isotop Oksigen yang paling melimpah, menyusun sekitar 99.76% dari semua Oksigen di Bumi. Karena nomor atomnya adalah 8 (8 proton), Oksigen-16 memiliki massa atom relatif 16. Ini berarti ia memiliki **8 neutron** (16 - 8 = 8). Isotop ini sangat stabil dan merupakan tulang punggung sebagian besar molekul air dan atmosfer yang kita hirup.
Oksigen-17 jauh lebih langka, hanya menyusun sekitar 0.04% dari total Oksigen. Dengan massa atom 17, isotop ini memiliki **9 neutron** (17 - 8 = 9). Meskipun langka, ¹⁷O digunakan oleh para ilmuwan dalam penelitian spektroskopi resonansi magnetik nuklir (NMR) karena memiliki spin inti yang tidak nol, berbeda dengan ¹⁶O yang memiliki spin nol.
Ini adalah isotop Oksigen yang lebih berat, menyumbang sekitar 0.20% dari Oksigen alami. Oksigen-18 memiliki **10 neutron** (18 - 8 = 10). Karena lebih berat, rasio ¹⁸O terhadap ¹⁶O sering digunakan dalam studi paleoklimatologi dan hidrologi untuk melacak siklus air kuno dan suhu masa lalu.
Selain tiga isotop stabil tersebut, ilmuwan juga telah menciptakan isotop Oksigen lain di laboratorium, seperti Oksigen-15 atau Oksigen-19, yang bersifat radioaktif dan meluruh seiring waktu. Isotop radioaktif ini sering dimanfaatkan dalam pencitraan medis, seperti dalam Positron Emission Tomography (PET scan), di mana Oksigen-15 digunakan sebagai pelacak.
Perbedaan jumlah neutron, meskipun tidak mengubah sifat kimiawi dasar suatu elemen (karena sifat kimia didominasi oleh elektron), dapat secara signifikan memengaruhi sifat fisikanya. Variasi massa atom ini memengaruhi laju reaksi kimia, kepadatan, dan stabilitas nuklir.
Pemahaman mendalam mengenai jumlah neutron pada isotop Oksigen memungkinkan ahli geokimia menelusuri asal usul materi di tata surya, sementara ahli biologi menggunakannya untuk memetabolisme jalur dalam organisme hidup. Dengan demikian, meskipun proton adalah penentu identitas, neutron adalah variabel penting yang membuka jendela menuju sejarah dan dinamika alam semesta pada skala atomik.