Untuk merayakan Tahun Internasional Tabel Periodik Unsur-Unsur Kimia kita akan mengulik bagaimana para peneliti mempelajari beberapa elemen dalam pekerjaan mereka.
Topik kali ini tentang timah, unsur kimia yang tidak bisa digunakan sendirian, melainkan dengan cara dicampur dengan elemen lain dan menghasilkan sesuatu yang baru.
Sebut timah dan pasti kebanyakan orang akan membayangkan kaleng yang digunakan untuk menyimpan makanan yang diawetkan. Timah di sini digunakan untuk membantu melindungi kaleng terhadap korosi (walaupun tidak semua kaleng saat ini mengandung timah) .
Timah-simbol kimia Sn dengan nomor atom 50 pada tabel periodik–lunak dan berwarna keperakan. Titik lelehnya di 232 °C. Pada pandangan pertama, tampaknya timah tidak menjanjikan untuk menghasilkan apa pun.
Read more: Where did you grow up? How strontium in your teeth can help answer that question
Entah bagaimana, manusia menemukan bahwa menambahkan sejumlah timah ke tembaga menghasilkan paduan emas-kuning yang indah yang kita sebut sebagai perunggu.
Saya pertama kali tertarik pada perunggu selama proyek penelitian tahun terakhir sarjana saya pada 1978. Minat itu berlanjut hingga hari ini–saya bekerja dengan rekan-rekan di Thailand untuk rekayasa balik teknologi yang digunakan untuk membuat gelang perunggu kuno Thailand.
Perunggu awal
Perunggu timah pertama yang diketahui tampaknya muncul di wilayah Kaukasus di Eurasia sekitar 5800 hingga 4600 SM. Contoh awal perunggu timah yang sangat langka ini mungkin secara tidak sengaja dibuat dari bijih yang agak langka yang secara alami mengandung tembaga dan timah secara bersamaan.
Ada banyak bukti bahwa sekitar 3000 SM, di Aegean dan Timur Tengah (Turki, Suriah, Irak, Iran) perunggu dibuat secara sengaja dengan mencampurkan timah dan tembaga, dengan bijih yang diperoleh dari sumber yang terpisah.
Jelas, serangkaian peristiwa yang agak tidak mungkin harus terjadi sebelum ini bisa menjadi norma.
Pasti telah terjadi lelehan yang tak disengaja dari mineral-mineral yang mengandung oksida timah dan tembaga. Logam yang dihasilkan kemudian dikenali memiliki sifat yang diinginkan, seperti kekerasan, warna dan ketangguhan, sehingga senjata atau ornamen superior dapat diproduksi.
Perajin pada masa itu pasti harus sudah cukup terorganisasi sampai dapat mengulangi proses peleburan ini untuk membuat artefak seperti pedang, kepala kapak, mangkuk dan gelang.
Untuk membawa timah yang langka dari tempat-tempat yang jauh seperti Afghanistan atau Cornwall di barat daya Inggris, menuju tempat pengecoran, tentunya jaringan perdagangan sudah harus terbentuk. Pengetahuan tentang kerajinan metalurgi kemungkinan diteruskan ke perajin-perajin baru secara lisan.
Persebaran perunggu
Teknik menambahkan timah ke tembaga kemudian menyebar ke seluruh Dunia Lama, mencapai Eropa Barat sekitar 2800 SM, Mesir pada 2200 SM, Dataran Cina Utara yang padat pada 2200 SM, provinsi Yunnan di Cina sekitar 1400 SM, Thailand sekitar 1100 SM , dan India selatan pada 1000 SM (jika tidak satu atau dua abad sebelumnya).
Penyebaran teknik ini menimbulkan diskusi yang sengit antara para ahli metalurgi kuno mengenai penyebaran pengetahuan khusus tentang kegunaan timah. Apakah pengetahuan tersebut menyebar dari satu lokasi perintis di Timur Tengah, atau apakah perajin-perajin asli mengembangkan teknik ini secara mandiri.
Dalam kasus Thailand dan Kamboja, ada argumen untuk beberapa skenario: skenario pertama, bahwa teknologi ini dikembangkan secara independen; skenario kedua, teknologi ini dibawa ke selatan dari Cina (atau mungkin sebaliknya, diekspor dari timur laut Thailand ke China), skenarion ketiga, teknologi ini diimpor dari Benggala.
Sedangkan untuk Cina, beberapa akademisi lokal lebih menyukai pandangan bahwa penemuan perunggu timah lokal dikembangkan secara mandiri, meskipun ada bukti lain menunjukkan bahwa pengetahuan itu diturunkan oleh pengunjung yang berkuda dari Asia Barat.
Perunggu Afrika
Timah juga ditambang pada masa prakolonial di Afrika Selatan, dan beberapa artefak perunggu–seperti potongan lembaran logam atau ingot–ditemukan di situs-situs pengerjaan logam lama di sana.
Bukti yang ada di wilayah ini menunjukkan teknologi untuk memproduksi dan mengolah besi, tembaga dan perunggu muncul secara bersamaan di wilayah-wilayah Afrika sub-Sahara, dimulai sekitar 500 SM di utara dan mencapai Afrika Selatan sekitar 300 M.
Bagaimana pengetahuan metalurgi bisa sampai ke Afrika Selatan? Apakah ini penemuan asli suku Bantu di Afrika Timur yang kemudian dibawa ketika mereka bermigrasi, atau apakah keterampilan tersebut ditransmisikan ke selatan dari Timur Tengah, dan jika demikian oleh siapa dan bagaimana?
Seperti halnya di Asia, penafsiran masalah ini dapat diwarnai oleh kepekaan politik modern. Pertanyaan tentang sumber keterampilan pengerjaan logam yang menghasilkan ornamen tembaga dan emas yang indah di kota kuno Mapungubwe di Afrika Selatan, misalnya, masih belum terselesaikan.
Perunggu di benua Amerika
Budaya kuno Amerika juga mengembangkan keterampilan canggih untuk memproses logam mulia, tembaga, dan timah.
Mereka mampu membuat artefak perunggu seperti cincin, liontin, hiasan tubuh, pinset hias, lempengan logam, cakram besar, perisai hias dan terutama lonceng, dengan pengecoran, walaupun baru terjadi sekitar 1000 M di Amerika Selatan dan kemudian segera menyebar ke Meksiko barat.
Dalam kasus Mesoamerika, pengetahuan tentang perunggu diyakini dibawa ke utara dari Peru dan Ekuador ke Meksiko oleh para pedagang maritim.
Jelas, dunia kuno, baik Tua maupun Baru, terhubung dengan baik oleh rute perdagangan yang panjang, saat gagasan (dan dalam banyak kasus timah) mengalir.
Campuran timah
Transmisi teknologi juga dapat diikuti dengan memperhatikan aspek spesifik dari metalurgi fisik yang terlibat.
Ketika lebih dari 15% massa timah ditambahkan ke tembaga, paduan yang dihasilkan menjadi agak rapuh dalam bentuk tuangnya, bahkan jika masih memiliki warna kuning keemasan yang sangat hangat.
Seseorang, di suatu tempat, membuat penemuan yang luar biasa bahwa jika pengecoran seperti itu dengan cepat dipadamkan dari panas merah ke dalam air (atau lebih baik, air asin), itu menjadi lebih lembut dan relatif lebih ulet dan bisa diolah lebih mudah.
Perlakuan panas menghasilkan mikrostruktur yang bentuknya seperti jarum (dikenal sebagai martensit) di dalam artefak. Mikrostruktur ini dapat dideteksi oleh mikroskop. Proses ini semacam memberi tanda kepada seorang arkeolog bahwa bagian itu dibuat dengan proses yang relatif rumit, dan bukan hanya dicor.
Ketika kandungan timah kurang dari sekitar 15%, martensit tidak terbentuk dan ketika pendinginan tidak ada efek apa-apa.
Hasil yang diperoleh perlakuan panas terhadap perunggu dengan kandungan timah tinggi berlawanan dengan intuisi karena ketika besi diberi perlakuan seperti ini, ia menjadi keras dan rapuh. Teknik untuk membuat perunggu menjadi tangguh sangatlah spesifik sehingga kemungkinan besar pengetahuan ini diturunkan dari satu orang ke yang lainnya.
Transfer pengetahuan ini di Dunia Lama membutuhkan orang-orang berpengetahuan menempuh jarak yang signifikan ke wilayah-wilayah asing. Munculnya artefak ini di lokasi yang jauh di Eurasia dan Afrika adalah tanda lain dari globalisasi kuno.
Unsur tambahan
Ada satu teknik lagi yang muncul di zaman perunggu kuno, meskipun yang satu ini mungkin ditemukan secara independen di lebih dari satu lokasi.
Read more: Hydrogen fuels rockets, but what about power for daily life? We're getting closer
Di Zaman Perunggu Akhir atau Zaman Besi Awal (sekitar 500 SM), perajin mulai menambahkan timbal pada coran perunggu timah mereka. Cara ini memberikan fluiditas ekstra pada logam cair yang memungkinkannya mengalir ke detail halus dalam cetakan sehingga cetakan dengan detail halus dan gambar timbul dapat dibuat.
Sebagai sebuah unsur, timbal (Pb) tidak seterang atau semenarik timah; timbal jauh lebih padat dan ditemukan dalam bijih yang sangat berbeda seperti galena (timbal sulfida). Cor perunggu paling awal dikenal dengan penambahan timbal terkontrol yang signifikan yang tampaknya berasal dari Cina (500 SM hingga 200 M). Sekali lagi, itu jelas merupakan inovasi yang disengaja, dan sekali lagi, itu menyebar dengan cepat ke seluruh Eurasia.
Karena semakin banyak situs yang digali seperti yang ada di Thailand timur, dan seiring dengan bertambahnya basis data komposisi dan tanggal paduan, maka akan lebih memungkinkan untuk menyoroti lebih banyak rute-rute perdagangan, migrasi dan transfer teknologi kuno.
Kehadiran dan penggunaan timah di situs-situs ini akan berperan sebagai semacam DNA metalurgi, indikator untuk pertukaran budaya dan manusia purba.
Artikel ini dari bahasa Inggris diterjemahkan oleh Jamiah Solehati.