Kamis, 08 November 2012
Minggu, 01 April 2012
BAB 2
STRUKTUR ATOM
Standar Kompetensi: 2. Mengidentifikasi struktur atom dan sifat-sifat periodik
Kompetensi Dasar: 2.1 Mendeskripsikan perkembangan teori atom
2.2 Menginterprestasikan data dalam table system periodik
Jika kita cermati, banyak sekali fenomena atau peristiwa kimia yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Berkaratnya besi merupakan peristiwa kimia yang biasa kita jumpai.Bagaimanakah peristiwa-peristiwa alam ini dapat kita jelaskan?
Terjadinya peristiwa-peristiwa kimia di alam, tidak terlepas dari partikel-partikel kimiawi yang ada di alam.Salah satu partikel penyusun materi yang peranannya sangat besar dalam peristiwa kimia di alam adalah atom.
Kita tentu telah sering mendengar istilah atom, namun apa sebenarnya yang dimaksud atom itu?Atom sangat berperan dalam setiap perubahan yang terjadi pada tiap materi. Oleh karena itu, penelitian tentang peran atom dalam reaksi kimia telah dilakukan orang sejak dulu, sebagaimana penelitian tentang partikel materi.
A. Struktur Atom
1. Perkembangan teori atom
Istilah atom pertama kali dikemukakan oleh Democritus,seorang ahli filsafat Yunani yang hidup tahun 460 – 730 SM, ketika dia menjelaskan konsep materi. Menurutnya, materi bersifat diskontinu, artinya bila setiap materi dibagi atau dibelah secara terus menerus, maka pada suatu saat akan didapatkan bagian yang tidak dapat dibagi-bagi lagi yang disebut atom.Kata atom berasal dari bahasa Yunani atomos yang berarti tidak dapat dibagi-bagi lagi ( a = tidak dan tomos = terbagi ). Konsep tentang atom ini tidak berkembang karena pada masa itu sebagian ahli tidak percaya akan adanya atom. Mereka lebih mempercayai pendapat Aristoteles yang menyatakan materi justru bersifat kontinu, artinya dapat dibagi terus-menerus sampai bagian yang tak terhingga.
a. Teori atom Dalton
Kedua konsep tentang struktur materi yang dikemukakan di atas, bukan merupakan konsep yang eksperimental melainkan bersifat spekulatif, hanya berdasarkan pemikiran filosofis saja.Barulah pada tahun 1803 – 1808, John Dalton seorang guru
Ada tiga asumsi pokok yang mendasari Teori Atom Dalton, yaitu:
1. Tiap unsur kimia tersusun oleh partikel-partikel kecil yang tidak dapat dibagi- bagi lagi, yang disebut atom. Selama perubahan kimia, atom tidak bisa diciptakan dan dimusnahkan.
2. Atom-atom dari unsur yang sama akan memiliki massa dan sifat yang sama, sedangkan atom-atom dari unsur yang berbeda akan memiliki massa dan sifat yang berbeda.
3. Senyawa kimia terbentuk dari penggabungan atom-atom melalui ikatan kimia dengan perbandingan tertentu yang sederhana. Bagian terkecil dari senyawa ini disebut atom senyawa.
Meskipun teori atom Dalton di atas didukung oleh dua hukum dasar ilmu kimia ( Hukum Kekekalan Massa dan Hukum Perbandingan Tetap) namun ternyata teori atom Dalton ini masih memiliki banyak kelemahan. Teori Dalton tersebut misalnya, tidak dapat menjelaskan mengapa pada pembentukan molekul air satu atom oksigen harus bergabung dengan dua atom hidrogen, sedangkan pada molekul hidrogen klorida hanya diperlukan masing-masing satu atom hidrogen dan satu atom klorin. Teori Dalton juga tidak dapat menjelaskan mengapa senyawa-senyawa ionic terdiri dari ion-ion.Kelemahan-kelemahan Teori Atom Dalton di atas, baru terjawab setelah para ahli menemukan partikel dasar penyusun atom, yaitu proton, elektron dan neutron.
Gambar 2.1 Model atom Dalton
Dalton beranggapan bahwa atom merupakan benda bulat pejal yang tidak dapat dibagi-bagi lagi.
b. Teori atom Thomson
1) Penemuan elektron
Adanya muatan listrik dalam setiap materi telah diketahui sejak lama. Namun, baru pada awal abad ke – 19 penyelidikan sifat listrik dari suatu materi dilakukan. Hans Oersted pada tahun 1820 menemukan bahwa jarum magnet akan dibelokkan oleh arus listrik bila keduanya saling didekatkan.
Pada tahun 1934, Michael Faraday, menemukan bahwa arus listrik yang dialirkan ke dalam senyawa kimia dapat menyebabkan perubahan kimia.Dari penemuannya, Faraday menyatakan bahwa materi mengandung muatan listrik.Empat tahun kemudian faraday juga menemukan bahwa dua kawat terpisah yang dialiri listrik ternyata dapat menghasilkan loncatan bunga api listrik, dan loncatan bunga api listrik ini semakin kuat bila kedua kawat tadi berada dalam ruang hampa. Berdasarkan penemuan ini, Faraday menyimpulkan bahwa pada kondisi-kondisi tertentu ternyata gas juga dapat menghantarkan arus listrik.
Pada tahun 1875, William Crookes berhasil membuat tabung hampa udara. Tabung Crookes dilengkapi dengan dua pelat logam.Pelat logam pertama ditempatkan sebagai kutub listrik negatif (anode), sedangkan lainnya sebagai kutub listrik positif(katode). Ketika arus listrik dengan tegangan tinggi dialirkan melalui gas dalam tabung, tiba-tiba dari katode memancar sinar menuju anoda. Sinar ini kemudian dikenal sebagai sinar katoda
Pada tahun 1897, Joseph John Thomson melakukan serangkaian percobaan guna menyelidiki sifat-sifat sinar katoda, dan menemukan bahwa kecepatan sinar katoda jauh lebih kecil daripada kecepatan cahaya. Atas dasar ini Thomson menyimpulkan bahwa sinar katoda bukan merupakan radiasi elektromagnetik, melainkan lebih merupakan sebuah partikel.Berdasarkan hasil percobaannya, Thomson juga berhasil menentukan perbandingan massa dan muatan listrik dari partikel tadi, yaitu sebesar 1,76 x 10 8 coulomb/gram. Berdasarkan hasil-hasil penelitiannya, Thomson menyimpulkan bahwa partikel sinar katoda bermuatan negatif dan merupakan partikel dasar yang harus ada pada setiap atom. George Jhonstone Stoney menamakan “elektron” untuk partikel dasar penyusun sinar katoda tersebut.
Akhirnya pada tahun 1909 seorang ahli kimia dari Amerika bernama Robert Andrew Milikan melakukan percobaan tetes minyak. Melalui percobaan ini, ia berhasil menemukan besarnya muatan listrik dari elektron, yaitu sebesar 1,66 x 10-19 coulomb. Dengan penemuan ini, maka massa sebuah elektron dapat ditentukan sebagai berikut:
e/m = 1,76 x 108 coulomb/gram
e = 1,66 x 10-19 coulomb
1,66 x 10-19 coulomb
m = 1,76 x 108 coulomb/gram
= 9,11 x 10 -28 gram
2) Model atom Thomson
Penemuan elektron berikut sifat-sifatnya, ternyata telah mendorong Thomson untuk menyusun suatu model atom. Menurut Thomson, atom merupakan benda bulat bermuatan positif yang di dalamnya terdapat awan-awan elektron yang bermuatan negatif. Model atom ini disebut model atom roti kismis dan merupakan model atom modern yang pertama, setelah Dalton mengemukakan model atomnya pada tahun 1803.
Gambar 2.2 Model atom roti kismis dari Thomson
Atom merupakan bola bulat bermuatan positif dan di dalamnya terdapat elektron yang bermuatan negatif.
Atas dasar penemuannya, kemudian J.J Thomson juga menyusun Teori atomnya. Menurut Thomson , seluruh bagian elektron tertanam di antaranya bagaikan butiran kismis dalam roti.
c. Teori atom Rutherford
Penemuan partikel dasar bermuatan listrik negatif (elektron) oleh Thomson, ternyata telah memotivasi para ilmuwan untuk meneliti lebih jauh lagi tentang atom. Menurut mereka, bila di dalam setiap materi terdapat partikel bermuatan listrik negatif, maka tidak mustahil dalam materi tadi juga terdapat partikel lain dengan muatan listrik yang berlawanan dengan elektron.
1) Penemuan elektron
Dari beberapa penelitian yang dilakukannya, akhirnya pada tahun 1886 Eugene Golstein menemukan adanya partikel jenis baru. Awalnya partikel ini berupa sinar yang dihasilkan dari tabung yang sama dengan tabung Crookes, namun telah dimodifikasi sedemikian rupa, sehingga arah dari sinar ini bertolak belakang dengan arah sinar katode.
Gambar 2.3 Tabung sinar katoda
Gambar 2.4 Sinar Kanal(katoda berongga)
Thomson menamakan sinar ini sebagai sinar kanal (sinar katoda berongga) atau sinar positif. Melalui percobaan yang dilakukan oleh John Perry dan w. Wien, diketahui bahwa harga perbandingan muatan dengan massa untuk partikel sinar positif ini lebih besar dibandingkan harga perbandingan untuk elektron. Selain, itu harga perbandingan ini bergantung pada jenis gas yang ada dalam tabung. Diketahui bahwa harga perbandingan e/m terkecil diperoleh bila gas yang digunakan ialah gas hidrogen. Muatan partikel ini sama dengan muatan elektron, hanya saja berlawanan tandanya. Ernest Rutherford menamakan partikel bermuatan positif ini proton. Massa proton 1836 x lebih besar dari massa elektron.
2) Penemuan inti atom
Seorang ahli dari Jerman, Wilhlem Contad Rontgen menemukan bahwa sinar katoda yang ditemukan pada percobaan dengan tabung Crookes, ternyata dapat mempengaruhi permukaan suatu zat dan zat ini akan menghasilkan satu jenis radiasi. Radiasi dari zat ini dapat menyebabkan zat-zat tertentu bersinar pada jarak tertentu dari sinar katoda. Rontgen kemudian menamakan jenis radiasi ini sebagai radiasi sinar X, karena sifat radiasinya belum diketahui.
Henry Bequerrel, seorang ahli dari Perancis menemukan adanya zat-zat tertentu yang mampu menghasilkan radiasi sinar dengan sendirinya, tanpa adanya pengaruh dari sinar katode sebelumnya. Radiasi ini ternyata dapat terpancar secara terus-menerus dari suatu zat. Gejala ini kemudian dinamakan gejala keradioaktifan, sedangkan zat yang memiliki sifat seperti ini dinamakan zat radioaktif.
Pada tahun 1909, Hans Geiger dan Ernest Marsden melakukan serangkaian percobaan penembakan sinar alfa(α). Sinar α adalah satu jenis sinar radioaktif. Pada percobaan tersebut, sinar α yang dipancarkan dari zat radioaktif ditempatkan dalam satu wadah (pelat timbal). Sinar ini diarahkan pada lempeng tipis emas dan di belakang lempeng emas ini ditempatkan dinding yang terbuat dari ZnS.
Gambar 2.5 Percobaan Rutherford
Berdasarkan hasil pengamatannya, Rutherford menafsirkan bahwa atom sebagian besar merupakan ruang kosong. Massa dan muatan positif atom terpusat pada daerah tertentu di dalam atom yang dinamakan inti atom.
Adanya sinar-sinar alfa yang dipantulkan dan dibelokkan merupakan akibat dari tumbukan sinar tersebut dengan inti atom ini.Pada daerah-daerah tertentu dari ruang kosong di dalam atom, terdapat dalam bentuk awan-awan elektron. Karena massa elektron sangat kecil, maka sinar alfa tidak terpengaruh oleh elektron ini. Elektron-elektron tersebut beredar mengelilingi inti atom seperti planet mengelilingi matahari.
3) Model atom Rutherford
Penemuan Rutherford Teori Atom Thomson karena terbukti bahwa atom tidaklah bersifat homogen seperti yang digambarkan dalam Teori Atom Thomson.
Pada tahun 1911, berdasarkan hasil-hasil penemuannya, Ernest Rutherford kemudian menyusun teori dan model atom yang baru. Rutherford menyatakan bahwa atom sebagian besar terdiri atas ruang hampa yang di dalamnya terdapat inti atom yang bermuatan positif. Elektron tersebar merata dalam atom berupa awan-awan elektron dan bergerak mengelilingi inti atom seperti halnya planet-planet mengelilingi inti atom seperti halnya planet-planet mengelilingi matahari. Oleh karena itu, model atom Rutherford disebut juga model atom tata surya.
Gambar 2.6 Model atom Rutherford
4) Penemuan neutron
Titik pusat sebuah atom ialah inti atom. Menurut Rutherford, massa dan muatan positif atom terpusat pada inti atom, sehingga massa dari sebuah atom akan sama dengan massa dari inti atomnya.Namun ternyata, dari hasil-hasil penentuan massa sebuah atom, diketahui bahwa massa inti atom selalu lebih kecil dibandingkan massa atomnya. Rutherford beranggapan bahwa di dalam inti atom, pastilah terdapat partikel dasar yang lain selain proton, sehingga massa inti akan sama dengan massa atomnya.
Untuk mencegah adanya gaya tolak atau gaya tarik dari proton, maka partikel dasar ini haruslah bersifat netral(tak bermuatan). Rutherford menamakan partikel dugaannya ini sebagai neutron.Partikel neutron ini baru terbukti keberadaanya setelah James Chadwick pada tahun 1932 berhasil menemukan partikel dasar yang tidak bermuatan. Massa sebuah neutron, hampir sama dengan massa sebuah proton. Berdasarkan hasil pengukuran tersebut, diketahui bahwa neutron memiliki massa 1,657 x 10-24 gram
Dengan ditemukannya neutron, berarti terdapat 3 partikel dasar penyusun atom, yaitu proton, elektron, dan neutron. Atas dasar penemuan partikel-partikel dasar penyusun atom ini, kemudian Rutherford menyusun teori atomnya.
Teori atom Rutherford:
· Inti atom sangat kecil dan padat, merupakan tempat berkumpulnya proton dan neutron, sehingga inti atom bermuatan positif.
· Elektron berada dalam ruang kosong dan berputar mengelilingi inti, seperti halnya planet mengelilingi matahari.
d. Teori atom Niels Bohr
Keberadaan elektron di dalam sebuah atom telah diketahui dengan adanya gejala kelistrikan dari materi. Namun demikian, letak elektron tersebut dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti. Ernest Rutherford hanya menyebutkan bahwa di dalam atom terdapat elektron yang beredar mengelilingi inti dengan kecepatan yang tinggi. Pendapat Rutherford ternyata tidak sesuai dengan Teori Maxwell yang menyatakan bahwa setiap partikel yang bermuatan listrik, bila bergerak menurut lintasan yang melengkung, maka sebagian energi kinetiknya akan berubah menjadi energi radiasi. Dengan demikian, bila elektron bergerak terus-menerus mengelilingi inti maka lama-kelamaan akan kehilangan energi kinetiknya, dan akhirnya akan jatuh atau tertarik ke inti atom.
Gambar 2.7 Lintasan elektron Rutherford menurut teori Maxwell
Tahun 1900, Max Plank ahli fisika Jerman memperkenalkan teori kuantum yang menyatakan bahwa energi radiasi, termasuk spektrum cahaya, terdiri atas paket-paket energi yang disebut kuanta atau foton. Besarnya energi foton sebanding dengan frekuensinya.
E = h.f
E = energi foton
H = tetapan Planck (6,63 x 10-34)
f = Frekuensi radiasi
Teori kuantum juga menjelaskan tentang spektrum atom. Atom dapat menyerap atau memancarkan energi dalam bentuk paket-paket kecil(kuanta-kuanta). Besarnya kuanta energi yang diserap atau dipancarkan bersifat khas untuk atom tiap unsur, sehingga spektrum atom juga bersifat khas untuk tiap unsur.
Pada tahun 1913, berdasarkan teori atom Rutherford dan teori kuantum Max planck, seorang ahli fisika Denmark Niels Hendrik David Bohr, menyusun teori atom baru guna memperbaiki teori atom Rutherford. Beberapa postulat dari teori atom Bohr yaitu sebagai berikut:
1) Elektron di dalam atom bergerak mengelilingi inti pada lintasan tertentu berbentuk lingkaran, yang disebut orbit atau kulit. Setiap orbit memiliki tingkat energi yang tertentu besarnya. Semakin jauh dari inti, tingkat energinya semakin tinggi.
2) Selama bergerak dalam lintasannya, energi elektron bersifat tetap sehingga tidak ada energi yang dipancarkan.
3) Elektron dapat berpindah dari lintasan yang satu ke yang lainnya dengan menyerap atau memancarkan energi. Besarnya energi yang diserap atau dilepaskan adalah sebesar satu foton, E= h,f. Atom yang elektronnya naik dari tingkat dasar ke tingkat energi yang lebih tinggi, disebut atom yang tereksitasi, sedangkan elektronnya disebut elektron tereksitasi.
Dari postulat-postulat di atas, Bohr kemudian menyusun model atom. Dalam mengembangkan model atomnya, Bohr dengan seksama mempelajari spektrum atom hidrogen. Hal itu didasarkan atas pertimbangan bahwa atom hidrogen merupakan atom paling sederhana yang memiliki satu elektron.
Dengan teori atom Bohr, besarnya jari-jari orbit untuk tiap tingkat energi elektron dan besarnya energi radiasi yang dipancarkan saat elektron mengalami perpindahan tingkat energi, dapat ditentukan. Namun demikian, teori atom Bohr masih memiliki kelemahan, yaitu tidak dapat menjelaskan spektrum dari atom yang berelektron banyak
Gambar 2.8 Model atom Bohr
Dari postulat-postulat di atas, Bohr kemudian menyusun model atom. Dalam mengembangkan model atomnya, Bohr dengan seksama mempelajari spektrum atom hidrogen. Hal itu didasarkan atas pertimbangan bahwa atom hidrogen merupakan atom paling sederhana yang memiliki satu elektron.
Dengan teori atom Bohr, besarnya jari-jari orbit untuk tiap tingkat energi elektron dan besarnya energi radiasi yang dipancarkan saat elektron mengalami perpindahan tingkat energi, dapat ditentukan. Namun demikian, teori atom Bohr masih memiliki kelemahan, yaitu tidak dapat menjelaskan spektrum dari atom yang berelektron banyak.
e. Teori atom Modern
1) Spektrum unsur
Kalian tentu tahu pelangi?Bagaimanakah terjadinya pelangi tersebut?
Pembiasan sinar matahari oleh partikel-partikel di udara menyebabkan terjadinya pelangi.
Sinar matahari pada dasarnya merupakan radiasi elektromagnetik, yaitu suatu bentuk energi yang dipancarkan oleh sumbernya dalam bentuk gelombang melalui ruangan tanpa medium penghantar. Semua energi elektromagnetik bergerak dengan kecepatan cahaya dan setiap radiasi cahaya dibedakan satu sama lain oleh panjang gelombangnya.
Apabila seberkas sinar matahari dilewatkan melalui sebuah prisma kaca atau sebuah celah sempit(kisi), maka cahaya ini akan terurai menjadi beberapa warna seperti pelangi. Setiap warna yang dihasilkan dari pembiasan sinar matahari ini merupakan satu gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang tertentu. Hasil pembiasan sinar ini dinamakan spektrum. Karena hasil pembiasan sinar ini merupakan warna-warna yang bersambung satu dengan lainnya, maka spektrumnya disebut spektrum kontinu.
Seperti halnya sinar matahari, unsur-unsur pun bila dipanaskan dalam nyala api yang sangat panas akan menghasilkan warna tertentu yang bila dilewatkan melalui prisma kaca akan menghasilkan spektrum garis-garis warna dengan panjang gelombang tertentu. Spektrum yang dihasilkan oleh unsur-unsur ini dinamakan spektrum garis atau spektrum unsur.
Spektrum unsur bersifat khas untuk setiap unsur, sebagai contoh pemanasan logam Li akan menghasilkan warna merah, Na berwarna kuning, Cs berwarna biru, dan lain-lain.Spektrum seperti inilah yang diamati oleh Niels Bohr.
2) Model atom mekanika gelombang
Kelemahan teori Bohr dapat dijelaskan oleh Louis Victor de Broglie melalui teori dualisme partikel gelombang.Bagaimanakah teori ini dapat menjelaskan kelemahan model atom Bohr?
Tahun 1905, Albert Einstein memberi penjelasan mengenai sifat cahaya yang telah dipertanyakan selama seabad. Newton mengemukakan bahwa cahaya memiliki sifat seperti sekumpulan partikel, yaitu terdiri atas aliran partikel yang berenergi. Teori lain dari Huygens menyatakan bahwa cahaya terdiri atas gelombang energi. Kesimpulan Einstein mengenai cahaya ini ialah bahwa cahaya memiliki dualisme sifat, yaitu sebagai gelombang dan sebagai partikel.
Pada tahun 1924, Louis Victor de Broglie mengemukakan teori dualisme partikel-gelombang. Menurut de Broglie, “ tidak hanya cahaya yang memperlihatkan sifat-sifat partikel, tetapi partikel-partikel kecilpun pada saat-saat tertentu dapat memperlihatkan sifat-sifat gelombang”. Dengan anggapan tersebut. Broglie berhasil membuat persamaan matematis untuk menentukan panjang gelombang dari partikel yang bergerak sebagai gelombang. Dengan adanya dualisme sifat partikel-gelombang ini, lintasan elektron tidak dapat dipandang sebagai garis melingkar seperti dalam teori Bohr, melainkan mengikuti pola gelombang.
Pada tahun 1927, Werner Heisenberg, seorang ahli fisika Jerman membuktikan bahwa pada saat yang bersamaan, kedudukan dan momentum partikel yang sangat kecil(seperti elektron) tidak dapat ditentukan secara pasti. Prinsip ini dikenal sebagai prinsip ketidakpastian Heisenberg. Prinsip ketidakpastian Heisenberg melemahkan teori Bohr yang menyatakan bahwa dalam atom, orbit elektron adalah tetap, padahal menurut Heisenberg, dalam mengelilingi inti, elektron tidak mungkin memiliki orbit yang pasti.
Pada tahun yang sama, Erwin Schrodinger seorang fisikawan Austria, berhasil mengembangkan sebuah persamaan matematis yang menunjukkan hubungan sifat gelombang elektron dan besarnya energi gerak elektron. Dengan persamaan gelombang, dapat ditentukan bentuk ruang dalam atom yang memiliki kemungkinan(peluang) terbesar ditemukannya elektron. Bentuk ruang dalam atom dengan tingkat energi tertentu dan kemungkinan ditemukannya elektron paling besar disebut orbital. Dengan demikian, kebolehjadian ditemukannya elektron dalam orbital dapat diperhitungkan secara matematis.
Gambar 2.9 Model atom mekanika gelombang
Latihan Soal 2.1
1. Tuliskan kembali sejarah perkembangan teori atom!
2. Sebutkan kelemahan dan kelebihan masing-masing teori atom
3. Apa yang dimaksud :
a. orbit
b. orbital
c. spektrum kontinu
d. spektrum unsur/garis
4. Sebutkan para ilmuwan yang mempelopori teori mekanika kuantum
5. Gambarkan kembali model-model atom berikut:
a. Model atom Dalton
b. Model atom Thomson
c. Model atom Rutherford
d. Model atom Niels Bohr
e. Model atom Modern
2. Struktur atom
Seperti apakah sebenarnya atom itu? Tersusun oleh apakah atom-atom itu? Adakah hubungan antara partikel-partikel dasar penyusun atom dengan sifat-sifat unsur yang dibentuknya?Pada bagian ini akan mempelajari tentang partikel-partikel dasar penyusun atom, sifat masing-masing partikel tersebut, susunan partikel dasar dalam atom, dan lain-lain. Dalam ilmu kimia, pengetahuan tentang struktur atom dianggap sebagai konsep pokok(dasar). Oleh karena itu, sejak dulu penelitian tentang atom dan struktur telah dilakukan oleh para ahli.
Keadaan yang sesungguhnya dari sebuah atom sangat sulit untuk digambarkan. Mengapa? Hal itu disebabkan ukuran atom sangat kecil, sehingga sangat sulit untuk diamati. Diameter atom diperkirakan sebesar 30 – 150 pm ( 1 pm = 10-8 cm),sementara intinya diperkirakan sebesar 10-13 cm.Jadi, jika dianggap sebuah atom memiliki ukuran sebesar lapang sepakbola dengan jari-jari 100 meter, maka inti atom besarnya hanya 0,1 cm saja dan letaknya di tengah-tengah lapangan sepakbola tersebut.
Sejak awal abad ke-20, setelah ditemukannya sinar katode dan sinar X yang dapat menembus bahan yang sangat tipis, para ahli mulai meyakini kebenaran model atom yang menggambarkan bahwa atom terdiri atas atom dan elektron yang beredar mengelilingi inti. Inti atom tersusun oleh proton dan neutron. Dengan demikian, sebuah atom tersusun oleh tiga jenis partikel dasar yaitu proton, neutron, dan elektron
Berdasarkan hasil analisis para ahli terhadap berbagai eksperimen tentang partikel dasar penyusun atom, diketahui bahwa proton dan neutron memiliki massa yang hampir sama, yaitu sebesar 1,67 x 10-24 gram, sedangkan massa elektron 1/ 1836 kali massa proton atau sekitar 9,10 x 10-28 gram. Elektron memiliki muatan listrik sebesar – 1,6 x 10-19 coulomb. Muatan listrik elektron ini sama dengan muatan listrik proton, hanya berbeda tanda saja. Oleh karena itu, seringkali muatan elektron dinyatakan sama dengan -1, sedangkan proton +1. Partikel neutron tidak memiliki muatan listrik.Untuk lebih jelasnya mengenai ketiga partikel dasar di atas perhatikanlah table 2.1 berikut!
Tabel 2.1 Sifat-sifat Partikel Dasar atom
Jenis partikel | Penemu | Muatan listrik | Massa | Lambang muatan | ||
Numerik (Coulomb) | atomik | Gram | sma | |||
Proton | EugeneGoldstein | + 1,6 x 10-19 | +1 | 1,673 x 10-24 | 1,0073 | p |
Elektron | J.J Thomson | - 1,6 x 10-19 | -1 | 9,11 x 10-28 | 0,00055 | e |
Neutron | J. Chadwick | 0 | 0 | 1,65 x 10-24 | 1,0087 | n |
Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa sebuah atom disusun oleh tiga buah partikel dasar yaitu proton, neutron dan elektron. Proton bermuatan positif, neutron tidak bermuatan, dan elektron bermuatan negatif. Proton dan neutron terletak di dalam inti, sementara elektron beredar mengelilingi inti.
3. Nomor atom dan nomor massa
Dari serangkaian percobaan yang dilakukan oleh Henry Gwyn Jeffres Moseley pada tahun 1913, diketahui bahwa jumlah muatan dalam inti atom merupakan sesuatu yang khas sifatnya bagi setiap atom.Untuk atom-atom yang sama, Moseley menemukan bahwa muatan inti akan sama, sedangkan untuk atom-atom yang berbeda, matan intinya pun akan berbeda. Moseley menamakan sifat khas ini sebagai nomor atom dengan simbol huruf Z. Karena muatan inti tersusun oleh partikel proton, maka jumlah proton dalam inti inilah yang menunjukkan nomor atom tersebut.
Dalam keadaan biasa, atom-atom bersifat netral(tak bermuatan). Dengan demikian, pada keadaan netral jumlah muatan positif dalam inti sama dengan jumlah muatan negatifnya.
Untuk atom netral:
Jumlah proton = jumlah elektron = nomor atom(Z)
Nomor massa suatu unsur menyatakan massa atom unsur tersebut. Nomor massa diberi simbol huruf A.Karena pada dasarnya massa sebuah atom terpusat pada inti atomnya, sedangkan inti atom tersusun oleh proton dan neutron, maka massa atom suatu unsur akan merupakan jumlah dari proton dan neutron yang menyusun inti atom.
Massa atom (A) = jumlah (proton+ neutron)
= (p + n)
Bila nomor massa dan nomor atom dari sebuah atom diketahui, maka jumlah proton, neutron, dan elektron dalam atom tersebut dapat ditentukan. Sebuah atom unsur X dengan nomor massa A dan nomor atom Z, dapat ditulis dengan notasi sebagai berikut:
A A = p+n
X Z = p = e
Z n = A-Z
Contoh Soal:
1. Tentukan Jumlah proton(p), elektron(e), dan neutron(n) dalam sebuah atom dengan notasi berikut:
a. 14 N b. 32S
7 16
Jawab : a. p = 7, e = 7, n = 7 b. p = 16, e = 16, n = 16
2. Tentukan notasi lengkap dari atom-atom berikut, bila jumlah partikel di dalam inti atomnya sebagai berikut:
a. X mengandung 8 proton dan 8 neutron
b. Y mengandung 33 proton dan 52 neutron
Jawab:
a. X: nomor atom(Z) = 8
Nomor massa (A) = (8+8) =16
Notasi atom X adalah 16X
8
b. Y: nomor atom(Z) = 33
Nomor massa(A) = (33+52) = 85
Notasi atom Y adalah 85Y
33
4. Ion
Ion adalah atom-atom yang bermuatan listrik, baik positif maupun negatif. Bagaimanakah terbentuknya suatu ion?
Telah diketahui bahwa atom-atom netral memiliki jumlah elektron sama banyak dengan jumlah protonnya.Apabila atom-atom ini melepaskan elektronnya, maka atom tersebut akan berubah menjadi ion positif(kation), sebab jumlah protonnya menjadi lebih banyak(muatan positifnya lebih besar). Sebaliknya jika,sebuah atom menangkap elektron, maka atom tersebut akan berubah menjadi ion negatif(anion), sebab jumlah elektronnya menjadi lebih banyak(jumlah muatan negatif lebih besar). Lambang suatu ion sama dengan lambang atomnya, hanya saja pada ion, muatan ion yang terbentuk juga dituliskan di sebelah kanan atas.
Contoh:
1. Atom Na (Z = 11) melepaskan satu elektron, sehingga berubah menjadi ion Na+
2. Atom Mg (Z = 12) melepaskan dua elektron, sehingga berubah menjadi ion Mg2+
Mungkin timbul pertanyaan , mengapa hanya elektron yang jumlahnya berubah? Dengan pertanyaan lain, mengapa hanya elektron yang dilepas, sedangkan proton tidak?
Proton letaknya jauh di dalam inti atom dan diikat oleh suatu gaya yang sangat kuat, sehingga perlu energi yang sangat besar untuk melepaskan sebuah proton dari dalam inti atom. Di samping itu, perubahan jumlah proton dalam inti atom juga akan mengubah sebuah atom menjadi atom lainnya.
Contoh soal:
1. Atom Al memiliki lambang 27Al, Tentukan jumlah proton(p), elektron(e), dan
13
neutron (n) dalam ion Al3+
Jawab: p = 13, e = 13-3 =10, n = 27-13 = 14
2. Ion X2+ mengandung 18 elektron dan 20 neutron. Tentukan nomor atom dan nomor massa atom X.
Jawab :
Ion X2+ terbentuk setelah atom X melepas dua elektronnya, maka:
Jumlah elektron dalam atom X = 18 + 2 = 20
Jumlah proton = jumlah elektron = 20
Nomor atom (Z) = 20
Nomor massa (A) = (20+20) = 40
5. Isotop, Isoton, dan Isobar
Ditemukannya gejala keradioaktifan dari suatu zat, ternyata telah menggugurkan salah satu postulat dalam teori atom Dalton yang menyatakan bahwa atom-atom dari unsur yang sama akan memiliki massa yang sama. Penelitian para ilmuwan pada awal abad 20 menunjukkan bahwa atom-atom dari unsur yang sama (nomor atomnya sama) ternyata dapat memiliki massa yang berbeda. Gejala ini disebut isotop
Sebagai contoh, atom-atom oksigen di alam terdiri atas tiga jenis, yaitu atom oksigen yang memiliki massa 16,17,18. Lambang atom untuk ketiga jenis isotop oksigen ini yaitu:
16 O , 17O , 18O
8 8 8
Isotop adalah atom-atom yang memiliki nomor atom sama tetapi massa atomnya berbeda atau atom-atom yang memiliki jumlah proton sama tetapi jumlah neutronnya berbeda.
Isoton adalah atom- atom yang memiliki jumlah neutron sama tetapi jumlah protonnya(nomor atomnya) berbeda. Berarti isoton memiliki selisih A-Z yang sama banyak. Contoh isoton:
9Be dengan 10 B , 13C dengan 14 N , 39K dengan 40 Ca
4 5 6 7 19 20
Isobar adalah atom-atom yang memiliki jumlah proton dan neutron(p+n) sama,atau atom-atom yang memiliki massa atom yang sama tetapi nomor atomnya berbeda.Contoh isobar:
40K dengan 40Ca , 14C dengan 14N
19 20 6 7
Latihan 2.2
1. Lengkapi table di bawah ini!
Lambang | A | Z | p | n | e |
Na | 11 | ||||
Co | 27 | 32 | |||
P | 15 | 15 | |||
Zn | 65 | 35 | |||
127 I 53 |
2. Jika diketahui atom-atom berikut:
32S , 108Ag , 24 Mg , 19F
16 47 12 9
Hitunglah jumlah proton, neutron, dan elektron dalam:
a. Ion S2-
b. Atom netral Ag
c. Ion Mg2+
d. Ion Cl-
6. Konfigurasi Elektron
Dalam teori mekanika kuantum dijelaskan bahwa di dalam atom terdapat suatu daerah/daerah dengan tingkat kemungkinan ditemukannya elektron paling besar yaitu orbital.Setiap orbital memiliki bentuk dan tingkat energi tertentu.Satu orbital dapat ditempati maksimum dua elektron. Orbital-orbital yang memiliki tingkat energi sama atau hampir sama akan membentuk kulit-kulit atom.Terdapat beberapa kulit dalam atom, dan setiap kulit atom ditandai dengan satu bilangan yang disebut bilangan kuantum utama, dengan simbol= n. Harga bilangan kuantum mulai dari 1,2,3,4, dan seterusnya. Bilangan kuantum utama pertama(n=1) menyatakan kulit pertama, yaitu kulit K. Bilangan kuantum utama ke-2 (n=2) menyatakan kulit ke-2, yaitu kulit L.Kemudian n=3 untuk kulit M, n=4 untuk kulit N, dan seterusnya. Semakin besar nomor kulitnya, semakin jauh letaknya dari inti atom dan semakin besar tingkat energinya.
Susunan elektron dalam tiap kulit atom dinamakan konfigurasi elektron. Aturan pengisian elektron dalam tiap kulit elektron selanjutnya ditetapkan sebagai berikut:
1) Jumlah elektron maksimum yang dapat mengisi setiap kulit elektron sesuai dengan persamaan 2(n2); dengan n adalah bilangan kuantum utama/nomor kulit elektron.
Tabel berikut memperlihatkan jumlah elektron maksimum yang dapat menempati tiap kulit elektron.
Tabel 2.3 Jumlah elektron maksimum yang dapat menempati tiap kulit elektron
Kulit elektron | Nomor kulit | Jumlah elektron maksimum |
K | 1 | 2(12) = 2 |
L | 2 | 2(22) = 8 |
M | 3 | 2(32) = 18 |
N | 4 | 2(42) = 32 |
2) Elektron mulai mengisi dari tingkat energi paling rendah, yaitu mulai dari kulit K. Setelah kulit K penuh terisi dua elektron, maka elektron mulai mengisi kulit berikutnya, yaitu kulit L, dan seterusnya.
3) Kulit elektron paling luar(paling jauh dari inti) hanya dapat diisi oleh maksimum 8 elektron.
Untuk lebih jelasnya mengenai penulisan konfigurasi elektron, cobalah kamu pelajari cara penulisan susunan elektron atau konfigurasi elektron untuk 20 unsur pertama seperti tercantum pada table di bawah ini.
Tabel 2.4 Susunan atom konfigurasi elektron
Atom | Nomor atom | Jumlah elektron | Jumlah elektron pada kulit | |||
K | L | M | N | |||
H | 1 | 1 | 1 | |||
He | 2 | 2 | 2 | |||
Li | 3 | 3 | 2 | 1 | ||
Be | 4 | 4 | 2 | 2 | ||
B | 5 | 5 | 2 | 3 | ||
C | 6 | 6 | 2 | 4 | ||
N | 7 | 7 | 2 | 5 | ||
O | 8 | 8 | 2 | 6 | ||
F | 9 | 9 | 2 | 7 | ||
Ne | 10 | 10 | 2 | 8 | ||
Na | 11 | 11 | 2 | 8 | 1 | |
Mg | 12 | 12 | 2 | 8 | 2 | |
Al | 13 | 13 | 2 | 8 | 3 | |
Si | 14 | 14 | 2 | 8 | 4 | |
P | 15 | 15 | 2 | 8 | 5 | |
S | 16 | 16 | 2 | 8 | 6 | |
Cl | 17 | 17 | 2 | 8 | 7 | |
Ar | 18 | 18 | 2 | 8 | 8 | |
K | 19 | 19 | 2 | 8 | 8 | 1 |
Ca | 20 | 20 | 2 | 8 | 8 | 2 |
Latihan 2.3
Dengan berpatokan pada cara penyusunan elektron pada contoh di atas, cobalah kamu tentukan bagaimana susunan elektron untuk atom-atom:
a. Br ( Z = 35 )
b. Rb ( Z = 37 )
c. Ba ( Z = 56 )
7. Elektron Valensi
Elektron valensi adalah elektron yang berada pada kulit terluar. Jumlah elektron valensi yang dimiliki atom suatu unsur dapat diketahui dari susunan elektronnya. Perhatikanlah kembali tabel susunan elektron di atas! Pada susunan elektron yang tercantum dalam tabel tersebut, atom O memiliki 6 elektron valensi, atom N memiliki 5 elektron valensi, atom Cl memiliki 7 elektron valensi, dan sebagainya.
B. Sistem periodik unsur
1. Sejarah perkembangan system periodic unsur
Dengan semakin banyaknya unsur-unsur yang ditemukan, maka semakin sulit pula untuk mempelajari sifat-sifat unsur tersebut. Agar lebih mudah dipelajari, maka unsur-unsur tadi digolongkan menjadi beberapa golongan.
Penggolongan unsur-unsur sebenarnya sudah sejak dahulu dilakukan oleh para ahli. Pada tahun 1789, Antoine L. Lavoisier, mencoba mengelompokkan unsur-unsur tadi menjadi empat kelompok utama, yaitu kelompok unsur-unsur logam, non logam, tanah, dan cahaya. Pada saat itu, jumlah unsur yang ditemukan baru sekitar 20 unsur. Sepuluh tahun kemudian, sejak ditemukannya metode elektrolisis oleh Sir Humphry Davy, perkembangan penemuan unsur-unsur semakin pesat. Pada tahun 1810 jumlah unsur yang telah diketahui menjadi 45 buah. Semakin banyak unsur-unsur tersebut ditemukan, semakin sulit pula mempelajari sifat-sifat unsur tadi. Penggolongan unsur-unsur menjadi logam dan non logam pun dirasakan menjadi tidak sesuai lagi.
a. Sistem Triade Dobereiner
John Wolfgang Dobereiner adalah orang pertama yang menemukan hubungan antara massa atom dan sifat unsurnya. Kemudian Dobereiner mengelompokkan unsur-unsur tadi menjadi beberapa kelompok berdasarkan hubungan di atas. Sistem pengelompokan unsur ini disebut sistem triade, karena pada system ini setiap kelompok hanya terdiri atas tiga buah unsur saja.
Menurut Dobereiner, apabila kelompok tiga unsur tersebut disusun berdasarkan kenaikan massa atom relatifnya, maka massa atom relatif dan sifat-sifat unsur yang terletak di tengah akan merupakan rata-rata dari massa atom relatif dan sifat-sifat unsur pertama dan ketiga.Sebagai contoh, dapat dikemukakan di sini yaitu pada kelompok triade: Klorin,bromine dan iodine. Diketahui bahwa massa Li 7 dan K 39, maka massa atom Na adalah rata-rata dari massa atom Li dan K yaitu (7 + 39) : 2 = 23.
Sistem triade ini masih memiliki kelemahan, yaitu hanya memenuhi untuk beberapa golongan unsur saja. Beberapa golongan unsur lain diketahui tidak memenuhi sistem triade ini. Meskipun demikian pengelompokan unsur-unsur dengan cara ini telah mendorong para ilmuwan untuk membuat penggolongan unsur berdasarkan cara yang lain.
b. Sistem oktaf Newlands
John Alexander Reina Newlands pada tahun 1865 membuat pengelompokan unsur berdasarkan kenaikan massa atom relatifnya. Dari daftar yang dibuatnya, Newlands menemukan bahwa sifat-sifat unsur yang disusunnya akan berulang sedemikian rupa, sehingga unsur pertama berulang sifatnya pada unsur yang kesembilan, unsur kedua berulang pada unsur kesepuluh, dan seterusnya, sebagaimana halnya susunan oktaf pada tangga nada. Karena itu, system pengelompokan unsur yang dibuat oleh Newlands disebut juga Sistem Oktaf Newlands.
c. Sistem periodik Mendeleev
Perbaikan-perbaikan terhadap sistem Newlands terus dilakukan, dan akhirnya pada tahun 1869 dilakukan secara terpisah dan tidak bekerja sama, Julius Lothar Meyer di Jerman dan Dimitri Ivannovich Mendeleev di Rusia, berhasil menemukan hubungan yang lebih jelas antara massa atom dengan sifat-sifat atom.
Lothar Meyer menemukan bahwa bila atom-atom(unsur-unsur) disusun berdasarkan kenaikan massa atomnya, maka sifat- sifat fisik unsur seperti volume atom, titik leleh, titik didih, dan kekerasannya akan berulang secara periodik. Sama halnya dengan Lothar Meyer, Dimitri Ivannovich-Mendeleev juga menyusun system periodik unsur berdasarkan kenaikan massa atomnya. Namun penyusunan sistem Mendeleev ini menekankan pada sifat kimia dari unsur. Mula-mula unsur-unsur tersebut disusun dalam bentuk kartu-kartu unsur. Pada setiap kartu dituliskannya nama unsur, massa atom unsur, dan beberapa sifat kimianya. Kartu-kartu tadi ditempelkan pada dinding ruang kerjanya. Agar diperoleh suatu susunan yang teratur, Mendeleev mengubah kedudukan kartu- kartu unsur tadi. Karena pada waktu itu baru dikenal sekitar 65 unsur, sehingga bagi unsur-unsur yang belum ditemukan pada saat itu, Mendeleev menyediakan tempat kosong.
Dengan membandingkan sifat-sifat dan massa atom dari unsur yang satu dengan yang lainnya, akhirnya Mendeleev juga berhasil memperbaiki massa atom unsur yang dianggapnya tidak tepat. Massa atom berilium(Be) misalnya, diganti dari 13 menjadi 9 dan uranium dari 120 menjadi 240.Dua buah unsur yang diramalkan oleh Mendeleev yaitu unsur yang letaknya antara Zn dan As. Unsur ini diberi nama Eka Aluminium. Eka aluminium diperkirakan memiliki sifat seperti aluminium. Unsur lainnya adalah Eka Silikon yang diperkirakan mirip dengan Silikon.
Ramalan Mendeleev terbukti setelah pada tahun 1875 unsur Eka Aluminium ini benar-benar ditemukan. Eka aluminium kemudian diganti namanya menjadi Galium. Sifat-sifat gallium sangat mirip dengan sifat-sifat Eka Aluminium yang diramalkannya. Pada tahun 1886 berhasil pula ditemukan unur lain, yaitu Eka Silikon. Nama Eka Silikon kemudian diganti dengan Germanium.
Tabel 2.5 Daftar Mendeleev 1869
B – 1 Li – 7 | Be – 9 B – 11 C – 12 N – 14 O – 16 F – 19 Na – 23 | Mg – 24 Al – 27 Si – 28 P – 31 S – 32 Cl – 35,5 K – 39 Ca – 40 ? – 45 ? Er – 56 ? Yt – 60 ? 1a – 75,6 | Ti – 50 V – 51 Cr – 52 Mn – 55 Fe – 56 Ni – Co – 59 Co – 63,4 Zn – 65,2 ? – 68 ? – 70 As – 75 Se – 79,4 Br – 80 Rb – 85,4 Sr – 87,6 Ce – 92 La – 94 Di – 95 Th – 1187 | Zr – 90 Nb – 94 Mo – 104,4 Ru – 104,4 Pd – 106,6 Ag – 108 Cd – 112 Ur – 116 Sn – 118 Sb – 122 Te – 128 I – 127 Cs – 133 Br – 137 | ? – 180 Ta – 182 W – 186 Pt – 197,4 Ir – 198 Os – 199 Hg – 200 Au – 197? Bi – 210? Tl – 204 Pb – 207 |
Kelemahan Sistem Periodik Mendeleev adalah pada penempatan unsut Telurium(Te) yang massa atomnya 128 di depan Iodium yang massa atomnya 127. Hal ini bertentangan dengan Hukum Periodik Mendeleev yang berbunyi sifat unsur merupakan fungsi periodik dari berat
atomnya.
Tabel 2.6 Daftar Mendeleev 1871
Deret | Gol 1 | Gol II | Gol III | Gol IV | Gol V | Gol VI | Gol VII | Gol VII |
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 | H – 1 Li – 7 Na – 23 K – 39 ( Cu – 63) Rb – 85 ( Ag – 108) Ce – 133 - - ( Ay – 199) - | Be – 94 Mg – 24 Ca – 40 Zn – 65 Sr – 87 Cd – 112 Ba – 137 - - Hg – 200 | B – 11 Al – 27,3 - 14 - 68 Ty – 88 ln – 133 7Di – 138 yEr – 178 Ti – 204 - | C – 12 Si – 28 Ti – 48 - 72 Zr – 90 Sn – 118 7 Ce – 140 1La – 180 Pb – 207 Th – 231 | N - 14 P – 31 V - 51 As – 75 No – 94 Sb – 122 Ta – 182 Bi - 208 | O – 18 S – 32 Cr – 52 Fr – 79 Mo – 90 Te – 125 W – 184 U - 240 | F – 19 Cl – 35,5 Mn – 55 Br – 80 - 100 I - 127 - 100 - 100 | Fe – Sc.Co – 59 Ni – 59. Cu – 65 Ro – 194.Rb – 10 Pd – 104. Ag – 1 O2 – 195.In – 197 Pt – 198, As - 19 |
d. Sistem periodik panjang (modern)
Empat puluh tahun kemudian, setelah henry G.J. Moseley menemukan cara penentuan nomor atom unsur-unsur berdasarkan frekuensi sinar X dari unsur tersebut, para ahli mulai menyusun kembali sistem periodik. Hasilnya ternyata bila unsur-unsur disusun berdasarkan kenaikan nomor atomnya, urutan unsur-unsur tersebut mirip dengan urutan unsur-unsur pada sistem periodik Mendeleev, bedanya adalah urutan Telurium dan Iodium yang disusun berdasarkan kenaikan nomor atom ini lebih sesuai dengan sifat-sifatnya.Unsur-unsur yang sebelumnya disusun berdasarkan kenaikan massa atom, akhirnya diperbaiki dan diganti dengan susunan unsur-unsur berdasarkan kenaikan nomor atomnya.Dengan demikian, menurut Hukum Periodik Modern, sifat-sifat unsur merupakan fungsi periodik dari nomor atom. Sistem periodik ini disebut juga Sistem Periodik Panjang.
Sistem periodik ini dibagi menjadi dua lajur atau kolom, yaitu kolom vertikal dan kolom horizontal. Kolom vertikal disebut juga golongan,sedangkan kolom horizontal disebut periode. Ada 7 periode dan 8 golongan dalam system periodik. Berdasarkan cara tradisional, golongan unsur-unsur dalam sistem periodik dibedakan menjadi golongan A dan B. Golongan A disebut juga golongan utama, sedangkan golongan B disebut golongan transisi. Baik golongan A maupun golongan B keduanya terdiri atas 8 golongan. Sistem penomoran golongan yang dibuat IUPAC lain lagi. IUPAC tidak membagi unsur-unsur menjadi golongan A maupun B, tetapi menetapkan unsur-unsur menjadi 18 golongan, yaitu dari golongan 1 sampai golongan 18, sedangkan periodenya tetap sama, yaitu 7 periode.
Gambar 2.9 Sistem Periodik Panjang (Modern)
2) Periode
Periode dari sistem periodik adalah lajur horizontalnya( lajur yang memanjang dari kiri ke kanan). Jumlah unsur-unsur yang terdapat pada setiap periode berbeda. Periode 1,2,dan 3 disebut periode pendek, karena jumlah unsur yang mengisi periode ini sangat sedikit. Periode pertama atau deret pertama terdiri atas dua unsur, periode kedua dan ketiga masing-masing terdiri atas 8 unsur.Selanjutnya, periode 4,5,6, dan 7 disebut periode panjang. Jumlah unsur terbanyak terdapat pada periode keenam, yaitu 32 unsur; 14 unsur diantaranya diletakkan secara terpisah dari yang lainnya, yaitu mulai dengan unsur yang bernomor atom 58 sampai dengan 71. Kelompok unsur-unsur ini disebut kelompok Lantanida karena sifat-sifatnya mirip dengan dengan unsur Lantanida(La). Pemisahan juga berlaku untuk unsur-unsur yang terletak pada periode ketujuh. Kelompok unsur ini disebut Aktinida. Pemisahan kedua kelompok unsur ini dilakukan dengan tujuan untuk menghemat tempat.
Unsur-unsur seperiode umumnya memiliki jumlah kulit elektron yang sama antara satu dengan lainnya. Oleh karena itu, nomor periode tidak lain merupakan kulit elektron. Dengan demikian, unsur-unsur yang memiliki elektron yang jumlah kulit elektronnya sama akan berada pada periode yang sama. Periode 1 misalnya, memiliki jumlah kulit satu, periode dua memiliki jumlah kulit dua, dan seterusnya.
3) Golongan
Golongan dalam sistem periodik adalah lajur yang memanjang dari atas ke bawah(vertikal). Unsur-unsur yang berada pada golongan yang sama, umumnya memiliki sifat-sifat yang sama. Tiap golongan unsur diberi nama tersendiri yang berbeda dari golongan unsur yang lainnya.
Table 2.7 Unsur-unsur Golongan Utama
Golongan | Nama Golongan | Elektron Valensi |
1A | Golongan alkali | 1 |
IIA | Golongan alkali tanah | 2 |
IIIA | Golongan boron | 3 |
IVA | Golongan karbon | 4 |
VA | Golongan nitrogen | 5 |
VIA | Golongan oksigen | 6 |
VIIA | Golongan halogen | 7 |
VIIIA | Golongan gas mulia | 8 |
Terdapat 2 golongan dalam sistem periodik, yaitu golongan utama(A) dan golongan transisi(B). Baik golongan A maupun B, keduanya terdiri atas 8 golongan.Golongan B terletak antara golongan IIA dan IIIA karena merupakan peralihan dari sifat logam ke non logam.
2. Penentuan periode dan golongan unsur
Letak unsur dalam sistem periodik dapat ditentukan berdasarkan konfigurasi elektronnya. Perhatikan konfigurasi elektron dari golongan VIIA berikut
Periode Unsur No. atom K L M N O P Q
2 F 9 2 7
3 Cl 17 2 8 7
4 Br 35 2 8 18 7
5 I 53 2 8 18 18 7
6 At 85 2 8 18 32 18 7
Perhatikanlah bahwa semua unsur golongan VIIA di atas memiliki jumlah elektron valensi yang sama, yaitu 7 elektron. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa:
Nomor golongan = Jumlah elektron valensi
Sekarang perhatikanlah lagi konfigurasi elektron di atas! Dapat dilihat bahwa masing-masing memiliki jumlah kulit yang berbeda, sesuai dengan periodenya.
F : periode 2, memiliki 2 kulit
Cl : periode 3, memiliki 3 kulit
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa:
Nomor periode = Jumlah kulit
C. Sifat-sifat periodik
Penyusunan unsur-unsur berdasarkan kenaikan nomor atomnya ternyata menyebabkan terulangnya beberapa sifat fisika dan kimia dari unsur, seperti jari-jari atom, energi ioniosasi, keelektronegatifan, kereaktifan, afinitas elektron, sifat logam, serta titik leleh dan titik didih. Terulangnya sifat-sifat unsur tersebut ternyata sangat erat kaitannya dengan muatan inti atom, banyaknya kulit elektron, dan jumlah elektron pada kuli terluar.Selanjutnya, akan dibahas apa dan bagaimana sebenarnya sifat-sifat unsur tadi.
1) Jari- jari atom
Jari- jari atom adalah jarak dari inti atom sampai lintasan elektron terluarnya. Besarnya jari-jari atom ini sangat dipengaruhi oleh gaya tarik inti terhadap elektronnya.Inti atom tersusun oleh proton yang bermuatan positif, sedangkan elektron yang bermuatan negatif berada di sekeliling inti. Adanya perbedaan muatan listrik ini, menyebabkan terjadinya gaya tarik-menarik antara inti atom dengan elektronnya. Gaya tarik- menarik ini akan semakin besar bila jumlah muatan inti dan jumlah elektronnya bertambah banyak. Semakin besar gaya tarik inti, semakin tertarik pula elektron kearah inti, sehingga jari-jari atom semakin kecil.
Dalam satu golongan dari atas ke bawah, nomor atom semakin besar. Hal ini berarti, semakin ke bawah, muatan inti dan elektron juga semakin banyak. Namun pertambahan muatan inti dan elektron ini diimbangi dengan pertambahan kulit elektron, sehingga gaya tarik inti terhadap elektron di kulit terluarpun semakin lemah. Karena gaya tariknya semakin lemah, maka jarak antara inti dan elektron terluar pun makin jauh;jari-jari atom semakin besar.
Tabel 2. 8 Keperiodikan Jari- jari atom
Li | 1.55 | Be | 1.22 | B | 0.98 | C | 0.77 | N | 0.75 | O | 0.73 | F | 0.72 |
Na | 1.90 | Mg | 1.60 | Al | 1.43 | Si | 1.11 | P | 1.06 | Si | 1.02 | Cl | 0.99 |
K | 2.35 | Ca | 1.98 | Ca | 1.41 | Ge | 1.22 | As | 1.19 | Se | 1.16 | Br | 1.44 |
Rb | 2.48 | Sr | 2.15 | Ln | 1.66 | Sn | 1.41 | Sb | 1.38 | Te | 1.35 | I | 1.33 |
Cs | 2.67 | Ba | 2.21 | Ti | 1.71 | Pb | 1.75 | Bi | 1.46 |
Dengan memperhatikan tabel dan uraian di atas, dapat disimpulkan sebagai berikut.
Dalam satu golongan, dari atas ke bawah, jari-jari atom semakin besar
Dalam satu periode, dari kiri ke kanan, jari-jari atom semakin kecil.
Gambar 2. Hubungan jari-jari atom dengan nomor atom
2) Energi ionisasi
Energi ionisasi disebut juga potensial ionisasi. Energi ionisasi adalah energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari suatu atom netral dalam keadaan gas. Besar kecilnya energi ionisasi sangat dipengaruhi oleh jarak dari inti ke elektron di kulit terluar(jari-jari atom) dan muatan intinya. Semakin jauh elektron terluar dari intinya, gaya tarik inti akan semakin lemah. Karena gaya tarik inti semakin lemah, maka elektron akan semakin mudah pula dilepaskan. Sehingga energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron tersebut akan semakin kecil pula. Dengan kata lain, energi ionisasinya akan semakin kecil. Hal ini terjadi pada unsur-unsur yang berada dalam satu golongan.
Namun bagi unsur-unsur seperiode, berlaku hal yang sebaliknya, yaitu semakin ke kanan maka energi ionisasinya semakin besar. Hal ini terjadi karena semakin ke kanan, jarak antara inti dan elektron terluarnya semakin dekat(jari-jari atom makin kecil). Akibatnya, gaya tarik inti pun akan semakin kuat, karenanya elektron akan semakin sulit untuk dilepaskan. Untuk melepaskan elektron tersebut, diperlukan energi yang lebih besar. Ini berarti energi ionisasinya semakin besar.
Perhatikan tabel energi ionisasi unsur-unsur berikut ini!
Tabel 2.9 Keperiodikan Energi Ionisasi( dalam kkal/mol)
Li | 124 | Be | 215 | B | 191 | C | 260 | N | 325 | O | 314 | F | 402 | NE | 495 |
Na | 118 | Mg | 176 | Al | 138 | Si | 188 | P | 253 | S | 219 | Cl | 299 | Ar | 463 |
K | 100 | Ca | 141 | Ga | 138 | Ge | 187 | As | 242 | Se | 225 | Br | 273 | Kr | 322 |
Rb | 96 | Sr | 131 | In | 122 | Sn | 169 | Sb | 199 | Te | 208 | I | 241 | Xe | 279 |
Cs | 90 | Ba | 120 | Ti | 141 | Pb | 171 | Bi | 195 | Rn | 248 |
Berdasarkan uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa:
Dalam satu golongan, dari atas ke bawah, energi ionisasi semakin kecil.
Dalam satu periode, dari kiri ke kanan, energi ionisasi semakin besar.
Gambar 2 Energi ionisasi dengan nomor atom
3) Afinitas elektron
Ion negatif dapat terbentuk apabila sebuah atom menerima satu atau lebih elektron tambahan. Ini terjadi karena elektron bermuatan negatif, sehingga penambahan elektron berarti penambahan muatan negatif. Jumlah muatan negatif menjadi lebih banyak dibandingkan muatan positif intinya. Ketika pada sebuah atom ditambahkan elektron, maka elektron tadi akan masuk pada kulit terluar( tingkat energi tertinggi) dari atom tersebut. Untuk mengimbangi pengaruh penambahan elektron tadi, maka atom akan melepaskan sejumlah energi. Besarnya energi yang dilepaskan pada saat sebuah atom netral dalam keadaan gas menerima elektron tambahan dinyatakan sebagai afinitas elektron.
Pengukuran afinitas elektron secara teliti sangat sulit dilakukan, sehingga sebagian hanya diukur melalui perhitungan teoritis saja. Namun demikian, ada satu patokan sederhana dalam menentukan afinitas elektron.Pada umumnya atom-atom dengan jari-jari relative kecil akan lebih mudah menerima elektron tambahan, sehingga akan membebaskan energi yang lebih besar dibandingkan atom-atom yang sulit menerima elektron tambahan(yang jari-jarinya relatif besar). Afinitas elektron dari beberapa golongan unsur dapat dilihat pada table 2.10
Table afinitas elektron beberapa unsur segolongan(kJmol-1)
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
H -73 | ||||||
Li -60 | Be +100 | B -27 | C -122 | N +9 | O -141 | F -328 |
Na -53 | Mg +30 | Al -44 | Si -134 | P -72 | S -200 | Cl -348 |
K -48 | Ca - | Ga -30 | Ge -120 | As -77 | Se -195 | Br -325 |
Rb -47 | Sr - | In -30 | Sn -30 | Sb -101 | Te -190 | I -295 |
Cs -45 | Ba - | Ti -30 | Pb -110 | Bi -110 | Po -183 | At -270 |
* tanda negatif menunjukkan reaksi eksoterm
Harga negatif dari afinitas elektron menunjukkan bahwa peristiwa penambahan elektron ke dalam sebuah atom merupaka reaksi eksotermis(pembebasan energi), sedangkan harga positif adalah kebalikannya. Unsur-unsur gas mulia atau golongan VIIIA, memiliki afinitas elektron sama dengan nol.Karena golongan unsur yang satu ini susunan elektronnya sudah stabil, maka atom unsur-unsur tersebut sulit untuk menerima elektron tambahan pada kulit terluarnya.
Dalam satu golongan, dari atas ke bawah, afinitas elektron semakin kecil.
Dalam satu periode, dari kiri ke kanan, afinitas elektron semakin besar.
Gambar 2 Afinitas elektron golongan 1,2,3,4,5,6, dan 7
4) Keelektronegatifan
Pembentukan suatu senyawa pada hakikatnya terjadi karena penggabungan atom-atom melalui cenderung menarik elektron dengan kuat ada pula yang tidak. Ukuran kecenderungan suatu atom untuk menarik elektron dalam ikatannya tersebut dinamakan keelektronegatifan.Semakin besar harga keelektronegatifan suatu atom, berarti kemampuan atom untuk menarik elektron semakin kuat, demikian pula sebaliknya. Atom-atom yang memiliki harga keelktronegatifan besar dikatakan sebagai atom-atom yang bersifat elektropositif. Atom-atom logam bersifat elektropositif. Harga keelektronegatifan unsur-unsur dapat dilihat pada table 2.11 berikut
H 2,1 | ||||||||||||||||
Li 1,0 | Be 1,5 | B 2,0 | C 2,2 | N 3,1 | O 3,5 | F 4,1 | ||||||||||
Na 1,0 | Mg 1,3 | Al 1,5 | Si 1,8 | P 2,1 | S 2,4 | Cl 2,9 | ||||||||||
K 0,9 | Ca 1,1 | Sc 1,2 | Ti 1,3 | V 1,5 | Cr 1,6 | Mn 1,7 | Fe 1,7 | Co 1,8 | Ni 1,8 | Cu 1,8 | Zn 1,7 | Ga 1,8 | Ge 2,0 | As 2,2 | Se 2,5 | Br 2,8 |
Rb 0,9 | Sr 1,0 | Y 1,1 | Zr 1,2 | Nb 1,3 | Mo 1,3 | Tc 1,4 | Ru 1,4 | Rh 1,5 | Pd 1,4 | Ag 1,4 | Cd 1,5 | In 1,5 | Sn 1,7 | Sb 1,8 | Te 2,0 | I 2,2 |
Cs 0,9 | Ba 0,9 | La 1,1 | Hf 1,2 | Ta 1,4 | W 1,4 | Re 1,5 | Os 1,5 | Ir 1,6 | Pt 1,5 | Au 1,4 | Hg 1,5 | Ti 1,5 | Pb 1,6 | Bi 1,7 | Po 1,8 | At |
Fr 0,7 | Ra 0,9 | Ac 1,0 |
Lantanida: 1,1 – 1,2
Aktinida : 1,0 – 1,2
Berdasarkan tabel di atas, dapat dilihat bahwa harga keelektronegatifan berkisar antara 0,7 sampai 4,1. Keelektronegatifan terkecil dimiliki oleh atom Fr pada golongan IA yaitu 0,7;sedangkan yang terbesar dimiliki oleh fluor pada golongan VIIA yaitu 4,1. Unsur-unsur gas mulia tidak memiliki keelektronegatifan karena tidak memiliki kecenderungan untuk menarik elektron. Skala keelektronegatifan yang tertera pada tabel di atas adalah skala keelektronegatifan yang dibuat oleh Linus Pauling.
Dalam satu periode, dari kiri ke kanan, keelektronegatifan semakin bertambah.
Dalam satu golongan, dari atas ke bawah, keelektronegatifan semakin berkurang.
5) Sifat logam dan non logam
Penggolongan unsur menjadi logam dan non logam telah dilakukan sejak lama. Penggolongan ini didasarkan pada sifat-sifat dari unsur tersebut. Unsur-unsur logam biasanya memiliki sifat-sifat khas yang tidak dimiliki oleh unsur-unsur non logam. Beberapa sifat khas dari logam tersebut di antaranya yaitu memiliki kilap logam, merupakan konduktor listrik dan panas yang baik, dapat ditempa atau diregang, beberapa di antaranya dapat dibuat magnet. Unsur-unsur logam umumnya berwujud padat dan keras, kecuali raksa yang merupakan satu-satunya logam cair. Unsur-unsur non logam umumnya berwujud gas, atau berupa zat padat yang rapuh.
Sifat logam yang tak kalah pentingnya ialah kemampuannya dalam membentuk ion positif.Kemampuan logam dalam membentuk ion positif berhubungan dengan keelektronegatifan unsur logam tersebut. Berdasarkan uraian tentang keelektronegatifan di atas, diketahui bahwa unsur-unsur logam umumnya memiliki keelektronegatifan kecil.
Dalam sistem periodik unsur, unsur logam ini terletak pada bagian paling kiri, sedangkan unsur non logam berada di sebelah kanan. Batas antara unsur-unsur logam dan non logam ditempati oleh unsur-unsur yang bersifat semi logam. Unsur-unsur semi logam memiliki, baik sifat logam maupun non logam. Beberapa unsur semi logam ialah B, Si, Ge, As, Sb,Te, dan Po. Dalam sistem periodik, unsur-unsur ini ditandai dengan sebuah tangga diagonal.
Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa:
Dalam satu periode, dari kiri ke kanan, sifat logam berkurang.
Dalam satu golongan, dari atas ke bawah, sifat logam bertambah.
Langganan:
Postingan (Atom)