Struktur Atom : Sejarah Atom dari elektron, proton, Sinar-X dan Nomor Atom, Keradioaktifan, Spektrum Atom Hidrogen, Teori Kuantum, . Efek Fotolistrik, Model Atom Bohr, Mekanika Gelombang, dan Sistem Periodik

Apa kabar sobat?. Semoga tetap dalam keadaan santuy dan baik-baik ajah ya. Nah, kali ini kita akan membahas materi kimia lagi ni.

Apa ya?

Mimin kasih tau ya, materi STRUKTUR ATOM DAN SISTEM PERIODIK. Yuk, belajar bareng mimin dan kita kupas ya. 

                                                          Sumber Gambar  : pintarkelas.com
 

A. Struktur Atom

Akhir abad 18 dan permulaan abad ke 19 dalam studi kuantitatif reaksi kimia ditemukan sejumlah hukum yang dikenal sebagai hukum-hukum persenyawaan kimia atau hukum-hukum pokok reaksi kimia. Hukum-hukum ini termasuk hukum kekekalan masa (Lomosonov dan Lavoiser, 1774), Hukum perbandingan tetap Proust 1797 dan Hukum kelipatan Dalton 1803, dalam usahanya untuk menerangkan hukum-hukum tersebut pada permulaan abad ke 9 yaitu disekitar 1803 Dalton mengemukakan hipotesis bahwa zat tidak bersifat kontinu, melainkan terdiri atas partikel-partikel kecil yang disebut atom.

Mengenai atom itu sendiri, Dalton menganggapnya sebagai bola kaku yang tidak dapat diuraikan lagi menjadi partikel-partikel yang lebih kecil. Pandangan ini ternyata tidak benar. Telah ditemukan sejumlah partikel sub atom terdiri hanya 3 partikel yaitu elektron, proton dan neutron yang memegang peranan dalam menjelaskan sifat-sifat kimia.

a. Elektron

Penemuan elektron diawali dengan pembuatan tabung sinar katoda oleh J Plucker (1855) yang dipelajari lebih lanjut oleh W.Crookes, (1875) dan J.J Thomson (1879) dibuktikan bahwa sinar yang kehijau-hijauan itu dipancarkan dari katoda.

Sinar ini disebut sinar katoda, setelah diteliti secara mendalam dapat dicatat sifat-sifat sebagai berikut:

·         Sinar itu berasal dari katoda yang bergerak menurut garis lurus.

·         Sinar katoda bermuatan negatif. Hal ini dibuktikan dari fakta bahwa sinar ini tertarik oleh pelat bermuatan positif dan dibelokan oleh medan magnit.

·         Sinar katoda memiliki momentum oleh karena itu mempunyai massa, hingga dapat menggerakan baling- baling yang terdapat dalam tabung.

·         Sifat-sifat diatas tidak bergantung pada bahan yang digunakan untuk membuat katoda, pada sisa gas dalam tabung, dan pada kawat penghubung katoda serta bahan alat penghasil arus.

Pada tahun 1891 Stoney mengusulkan nama elektron untuk satuan listrik dan kini partikel sinar katoda disebut elektron.

1.Penentuan perbandingan muatan dan Massa elektron

                       Gambar alat penentuan e/m

 

Bagan alat yang digunakan Thomson untuk penentuan e/m dengan medan listrik elektron jatuh pada A. Elektron yang berasal dari katoda C melewati celah S sebagai berkas sinar sinar sempit dan bergerak dalam tabung hampa udara sepanjang SO menghasilkan titik terang pada O. Kedua kutub elektromagnetik diujung p1 dan p2 menghasilkan medan magnet berkekuatan gaya BeV mempengaruhi elektron yang bergerak. Dengan memberikan muatan listrik pada pelat P terbentuk medan listrik yang dapat diatur hingga tegak lurus pada berkas sinar katoda dan medan magnet.

2.Penentuan muatan elektron ( Percobaan tetes –Minyak Millikan)

 

Gambar alat tetes minyak milikan

 

Minyak disemprot dengan penyemprot A sehingga satu tetes minyak jatuh pada pelat P melalui lubang kecil. Jika udara di antara kedua plat P disinari dengan sinar –X maka molekul udara D melepaskan elektron. Elektron yang dilepaskan ditangkap oleh tetes minyak. Dengan mengatur potensial pada pelat P, gerakan tetes minyak dapat diatur turun atau naik dan gerakan ini diamati dengan teleskop.

 

 

3. Penemuan massa elektron

Dari percobaan J.J Thomson (penentuan muatan/massa elektron) dan percobaan Millikan (pecobaan tetes minyak / penentuan muatan elektron) dapat dihitung massa elektron menggunakan rumus.

M = e / e.m =  = 9, 11 x 10-28 g

b. Proton

Oleh karena elektron merupakan partikel dasar dari materi yang terdiri atas atom, maka suatu sumber materi dapat juga menghasilkan atom yang mempunyai muatan positif (ion positif). Hal ini telah dipelajari oleh Goldstein pada tahun 1886 ia menemukan sinar positif dalam tabung sinar katoda dibalik katoda yang berlubang. Sinar ini disebut sinar terusan.

                 Gambar Tabung katoda

Ada dua perbedaan penting antara perbandingan e/m bagi ion positif dan bagi elektron:

·         Perbandingan muatan/massa untuk ion positif berbeda jika gas dalam tabung berbeda. Pada pengukuran e/m untuk elektron diperoleh harga yang sama dari berbagai gas apapun yang terdapat didalamnya.

·         Harga muatan/massa untuk ion positif jauh lebih kecil dari harga untuk elektron, fakta ini menunjukan bahwa ion positif terbentuk dari gas yang terdapat dalam tabung, dan massanya lebih besar dari elektron.

c. Neutron

Rutherford pada tahun 1920 meramalkan bahwa kemungkinan besar dalam inti terdapat partikel dasar yang tidak bermuatan, akan tetapi sifatnya yang netral sukar dideteksi, baru pada tahun 1932 J.Chadwik dapat menemukan partikel tersebut yang kemudian dikenal sebagai netron.

d. Sinar-X dan Nomor Atom

Sinar –X ditemukan oleh William Rontgen pada tahun 1895, ia menemukan bahwa bila elektron berenergi dalam tabung bertabrakan dengan anti katoda, akan dihasilkan radiasi yang daya tembusnya besar. Sinar ini yang disebut dengan sinar –X . pada umumnya sinar –X terdiri dari sinar dengan berbagai panjang gelombang yang berkisar kira-kira antara 100 dan

1 A. Charles Barkla (1911) mengamati bahwa bila sinar –X jatuh pada suatu zat, dapat terbentuk sinar–X sekunder dengan berbagai macam panjang gelombang yang khas. Sinar –

X terdiri dari beberapa macam sinar yang dapat digolongkan dalam beberapa kelompok sinar: Sinar-K, sinar-L, dan Sinar –M. Sinar-K mempunyai panjang gelombang yang relatif kecil, dibandingkan dengan sinar-L atau sinar –M. Oleh karena daya tembusnya besar sekali maka sinar –K disebut sinar ‘keras”.

e. Keradioaktifan

Peristiwa keradioaktifan bermula ditemukan oleh Henry Becquerel pada tahun 1886 yang bermula dari peristiwa fluoresensi dan fosforesensi. Peristiwa fluoresensi adalah peristiwa pemancaran sinar oleh suatu zat yang disinari dengan radiasi lain. Fosforesensi adalah bersinarnya suatu zat yang setelah disinari.

Sinar-alfa ( α) radiasi ini terdiri dari arus partikel alfa. Partikel alfa tidak lain adalah inti

Helium berkecepatan tinggi antara 1,3 dan 2,1 x 107 ms-1. Sinar –beta (β) Partikel –β adalah elektron berkecepatan tinggi yang dipancarkan dari inti. Sinar beta menembus lempeng alumunium sedalam 2 sampai 3 mm. Sinar- gama (γ) . radiasi sinar gama (γ) bersifat elektromagnetik dan tidak dibelokkan oleh baik medan listrik maupun medan magnet. Sinar gama memiliki energi yang besar, panjang gelombang sangat kecil dan daya tembus besar.

f. Spektrum Atom Hidrogen

Setiap zat jika dipanaskan atau dieksitasi dengan listrik dapat memberikan spektrum khas dengan memancarkan energi radiasi. Spektrum yang diperoleh dengan cara ini disebut spektrum emisi. Hidrogen merupakan unsur yang sederhana hanya tersusun satu proton dan satu elektron setiap atomnya, karena spektrum atom bersifat khas bagi atom yang bersangkutan adalah beralasan bila muncul dugaan adanya hubungan yang mendasar antara spektrum atom dengan distribusi elektron disekeliling inti atom yang bersangkutan. Spektrum

emisi atom hidrogen bebas dalam keadaan tereksitasi ternyata terdiri atas beberapa set garis garis spektrum yaitu satu set dalam daerah uv ( ultra violet), satu set daerah tanpak (visible) dan beberapa set dalam infra merah (IR, infra red) dari spektrum elektromagnetik.

g. Teori Kuantum

Einstein menerangkan bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel foton yang energinya sebanding dengan frekuensi cahaya. Jika frekuensinya rendah, setiap foton mempunyai jumlah energi yang sangat sedikit dan tidak mampu memukul elektron agar dapat keluar dari

permukaan logam. Jika frekuensi (dan energi) bertambah, maka foton memperoleh energi

yang cukup untuk melepaskan elektron.

 

h. Efek Fotolistrik

Efek fotolistrik membutuhkan foton dengan energi dari beberapa elektron volts sampai lebih dari 1 MeV unsur yang nomor atomnya tinggi. Studi efek fotolistrik menyebabkan langkah-langkah penting dalam memahami sifat kuantum cahaya, elektron dan mempengaruhi pembentukan konsep Dualitas gelombang-partikel.

i. Model Atom Bohr

Untuk mengatasi hal ini dan kesulitan-kesulitan lainnya dalam menjelaskan gerak elektron di dalam atom, Niels Bohr mengusulkan, pada 1913, apa yang sekarang disebut model atom Bohr yang bertitik tolak dari model atom Rutherford dan teori kuantum Planckberdasarkan anggapan sebagai berikut:

·         Elektron bergerak mengelilingi inti atom dalam lintasan atau orbit yang berbentuk lingkaran.

·         Lintasan yang diperlukan adalah lintasan dimana momentum sudut elektron merupakan kelipatan dari dimana h adalah tetapan Planck, lintasan ini disebut“lintasan kuantum”.

·         Karena momentum sudut elektron (massa = m) yang bergerak dengan kecepatan v

dalam lintasan dan jari-jari r adalah mvr maka, mvr = n ( n = 1,2,3………..).

·         Bila elektron bergerak dalam satu lintasan kuatumnya, maka elektron tidak akan memancarkan energi. Elektron dalam lintasan ini berada dalam keadaan stasioner atau dalam tingkat energi tertentu.

·         Bila elektron pindah dari tingkat energi E1 ketingkat energi yang lebih rendah E2 maka akan terjadi radiasi energi sebanyak E1 – E2 = h v. Dimana v = frekuensi energi

j. Mekanika Gelombang

Teori yang dianut sekarang untuk menjelaskan sifat-sifat elektron dalam atom disebut mekanika gelombang yang bersumber dari hipotesis yang dikemukakan oleh Louis de Broglie pada tahun 1924. Dia menganggap bahwa cahaya dapat berprilaku sebagai partikel pada keadaan tertentu, kemungkinan berbentuk partikel suatu waktu, yang memperlihatkan

sifat-sifat yang biasanya kita asosiasikan sebagai gelombang.

k.Sifat Gelombang Partikel

Ada beberapa sejumlah asumsi yang merupakan dasar pengembangan teori kuantum

dapat dirumuskan sebagai berikut:

·         Atom-atom berkelakuan sebagai osilator, menghasilkan gelombang elektromagnetik

dengan frekuensi gelombang yang karakteristik bagi atom yang bersangkutan.

·         Energi tidak dibawa oleh gelombang itu sendiri melainkan oleh foton yang kecepatan alir diberikan oleh intensitas gelombang yang bersangkutan.

·         Kecepatan pancaran gelombang oleh osilator-osilator menntukan peluang pancaran

foton oleh sumbernya.

l. Gelombang dan Bilangan Kuantum

Pada tahun 1926, Erwin Schrodinger (1887-1961) menggunakan perhitungan matematika untuk menyelidiki gelombang berdiri atom hidrogen dan memulai studidibidang yang disebut mekanika gelombang atau mekanika kuantum. Menurut mekanika gelombang, setiap tingkat energi dalam atom diasosiasikan dengan satu atau lebih orbital. Dalam atom yang mengandung lebih dari satu elektron, distribusi elektron sekeliling inti ditentukan oleh jumlah dan bentuk orbital yang mendudukinya.

m. Konfigurasi Elektron Unsur

Cara elektron terdistribusi diantara orbital dari suatu atom disebut struktur atom atau konfigurasi atom atom tersebut. dalam keadaan dasar suatu atom, elektron dijumpai dalam keadaan energi yang paling rendah. Misalnya dalam hidrogen elektron tunggal akan terletak dalam sub kulit 1s karena dalam tingkat ini elektron mempunyai energi yang paling rendah.

 

B. Sistem Periodik

Ilmu kimia merupakan ilmu yang berdasarkan percobaan. Fakta sebagai hasil pengamatan yang disusun dan diklasifikasikan sehingga mudah dalam melihat, keteraturan, memahami, dan menjelaskanya. Jika pada tahun 1789 Lavoiser mencatat adanya 26 unsur, pada tahun 1870 dikenal dengan 60 unsur, dan kini sudah lebih dari 100 unsur. Dimulai dari daftar Dobereiner Dan Newlands, Mendeleyev dan sistem periodik modern.

Sistem periodik panjang disusun berdasarkan atas konfigurasi elektron dari atom unsur-unsur sedangkan konfigurasi elektron ditentukan oleh nomor atom. Dengan demikian dapat diungkapkan hukum periodik yang lengkap sebagai berikut:

1. Sifat unsur merupakan fungsi berkala dari nomor atom.

2. Sifat unsur –unsur bergantung pada konfigurasi elektron.

 

 

1. Tabel Periodik Unsur (TPU)

Dalam Tabel Periodik Unsur (TPU) modern unsur-unsur ditempatkan secara teratur menurut naiknya nomor atom atau jumlah proton. Ada beberapa model TPU namun yang paling umum dijumpai adalah TPU bentuk panjang, TPU ini menampilkan unsur-unsur lantanoida (4f) dan aktinoida (5f) masing-masing hanya dalam satu kotak dalam bayang-bayang golongan 3 dengan kelengkapan keanggotaan seri ditempatkan secara terpisah di bawah tubuh tabel.

Golongan 1, 2, 13 dan 18 disebut sebagai golongan utama yang terdiri atas kelompok s dan kelompok p; golongan 1 dan 2 sering dikenal dengan nama khusus alkali dan alkali tanah, sedangkan golongan 13-16 sering diberi nama sesuai anggota pertama golongan yang bersangkutan. Sedangkan golongan 3-12 (golongan B menurut Amerika utara) sering disebut

sebagai golongan transisi atau kelompok d dan transisi dalam atau kelompok f. Pengelompokkan dengan label orbital ini (s ,p, d dan f) menunjuk pada pengisian elektron terakhir terhadap orbital tersebut bagi atom unsur yang bersangkutan dalam membangun

konfigurasi elektron menurut prinsif Aufbau.

Dengan demikian hubungan antara nomor atom dengan letaknya dalam Tabel periodik dapat dijelaskan sebagai berikut:

a.       Atom unsur dengan konfigurasi elektron [gas mulia] ns1 dan (gas mulia) ns2 masing-masing terletak dalam golongan 1 (alkali) dan 2 (alkali tanah): jadi dalam hal ini elektron kulit terluar menunjukan nomor golonganya: atom unsur demikian ini sering disebut kelompok s.

b.      Atom unsur transisi dengan konfigurasi elektron [gas mulia] ( n-1)dx nsy (y=1-2), nomor golongannya sesuai dengan jumlah “elektron terluar” nya yakni (x+y) = 3-12; Atom unsur ini sering disebut sebagai golongan transisi atau kelompok d, yakni golongan 3- 12; akan tetapi golongan 12 sering dikeluarkan dari golongan “transisi” dan disebut sebagai psedo gas mulia, sebab orbital d10 sudah penuh dan tidak berperan menentukan sifat - sifat kimianya, sebagai golongan transisi.

c.       Atom dengan konfigurasi elektronik [gas mulia] ns2 n px (x= 1 - 6), maupun gas [gas mulia] (n- 1) d10 n s2 n px (x = 1 - 6) terletak dalam golongan (10 +2 +x): atom unsur ini sering disebut sebagai kelompok p, yakni golongan 13-18.

d.      Nomor periode ditunjukan oleh nilai n tertinggi yang dihuni oleh elektron dalam konfigurasi elektroniknya.

 

2. Klasifikasi Unsur- Unsur dalam Tabel Periodik

Unsur - unsur dapat diklasifikasikan dengan banyak cara, yang paling tegas adalah atas dasar wujud pada keadaan Standard ambient Tempperature and Pressure (SATP) yakni pada 250C, 100 kpa. Atas dasar SATP unsur-unsur dapat dibedakan dalam wujud gas, cair dan padat. Wujud gas diantaranya hidrogen, nitrogen, oksigen, fluor, klor, dan gas mulia, wujud

cair diantara nya hanya ada dua unsur yaitu, bromin dan merquri dan sisanya wujud padat. Wujud fisik ini banyak memberikan aspek kimianya.

a.Unsur-unsur Inert (gol 18)

Kelompok oksigen ini yang sering disebut juga unsur-unsur gas mulia (noble gas) terdiri atas 2 He, 10 Ne, 18 Ar, 36 Kr, 54Xe, dan 86Rn. Unsur-unsur inert ini juga sering disebut sebagai golongan nol, karena sifat kesetabilan yang tinggi atau M8 ( utama), namun menurut IUPAC diklasifikasikan sebagai golongan 18. konfigurasi elektron unsur-unsur gas mulia dianggap sudah penuh, dan oleh karenanya dipakai standar untuk menyatakan penuh atau tidak penuhnya konfigurasi elektron kelompok unsur-unsur lain.

b. Kelompok unsur-unsur “utama”

Unsur-unsur golongan utama atau refresentatif ditandai oleh konfigurasi elektron tidak penuh pada satu kulit terluar, ns1, ns2,np(0-5), Unsur-unsur 30Zn, 48Cd, 80Hg, masing-masing mempunyai konfigurasi elektron [18Ar] 3d10 4s2, [36Kr] 3d10 5s2 dan [54Xe] 4f14 5d10 6s2.

c. Kelompok unsur transisi.

Batasan mengenai unsur transisi masih sering diperdebatkan. Dari satu sisi, unsurunsur transisi mencakup seluruh unsur-unsur dengan orbital nd (1-10) sedang “diisi” elektron menurut prinsip Aufbau. Secara umum, batasan ini memberikan karakteristik konfigurasi elektron….. (n-1) d (1-10) ns (1-2), dan dengan demikian unsur-unsur dengan konfigurasi elektron………….. (n-1) d 10 ns-2, yaitu Zn, Cd dan Hg termasuk didalamnya.

d. Sifat-sifat Perioditas

Salah satu manfaat pemetaan unsur - unsur didalam TPU adalah pemahaman sifat-sifat kimiawi baik bagi unsur-unsur dalam posisi periode maupun dalam golongan. Sifat-sifat ini, misalnya yang berkaitan dengan jari-jari atom, energi ionisasi, afinitas elektron, dan elektronegativitas, selain itu sifat-sifat senyawa dapat dipelajari lebih sistimatik.

e. Jari-jari Atom

Ada dua cara yang umum untk mendefinisikan jari-jari atom. Pertama jari-jari atom dapat dinyatakan sebagai setengah jarak antara dua inti atom yang bergabung dalam ikatan kovalen dalam molekul diatom yaitu disebut jari-jari kovalen rkov. Kedua jari-jari atom dinyatakan sebagai setengah jarak antara dua inti atom dari molekul - molekul diatom yang bertetangga, yaitu disebut jari-jari van der Waals rvdw. Lebih lanjut untuk unsur-unsur logam, adalah dimungkinkan untuk mengukur jari-jari metalik, rm, yaitu jarak antara dua inti atom bertetangga dalam logam padat pada temperatur dan tekanan kamar; namun demikian, jarak ini bergantung pada bilangan koodinasi kisi Kristal logam yang bersangkutan, dan umumnya semakin besar bilangan koordinasi semakin besar jari-jari metalnya.

F. Energi Ionisasi

Pada dasarnya energi ionisasi (Ei) didefinisikan sebagai energi yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron dari tiap mol spesies dalam keadaan gas. Energi untuk mengeluarkan

satu elektron pertama (dari atom netralnya) disebut sebagai energi ionisasi pertama dan untuk mengeluarkan satu elektron kedua disebut energi ionisasi kedua, demikian seterusnya, untuk pengeluaran satu elektron berikutnya.

 

Yahh, udah diakhir pembahasan ni. Tetap semangat ya dan pelajari materinya biar gak kesulitan lagi belajar kimianya lagi.

SEE YOUU....

 

REFERENSI:

Sudaryat, Y., 2016. Kimia Dasar. Jakarta : Badan pengembangan dan Pemberdayaan Sumber

         Daya Manusia Kesehatan