Perkembangan Teori Atom [PDF]

Citation preview

Perkembangan Teori Atom Anda telah mengetahui beberapa unsur dalam kehidupan sehari-hari. Unsur dapat mengalami perubahan materi yaitu perubahan kimia. Ternyata perubahan kimia ini disebabkan oleh partikel terkecil dari unsur tersebut. Partikel terkecil inilah yang kemudian dikenal sebagai atom.



Jika Anda memotong satu batang kapur menjadi dua bagian, kemudian dipotong lagi menjadi dua bagian dan seterusnya maka bagian terkecil yang tidak dapat dibagi lagi inilah yang mengawali berkembangnya konsep atom. Konsep atom itu dikemukakan oleh Demokritos yang tidak didukung oleh eksperimen yang meyakinkan, sehingga tidak dapat diterima oleh beberapa ahli ilmu pengetahuan dan filsafat.



Pengembangan konsep atom-atom secara ilmiah dimulai oleh John Dalton (1805), kemudian dilanjutkan oleh Thomson (1897), Rutherford (1911), dan disempurnakan oleh Bohr (1914). Hasil eksperimen yang memperkuat konsep atom ini menghasilkan gambaran mengenai susunan partikel-partikel tersebut di dalam atom.



Gambaran ini berfungsi untuk memudahkan dalam memahami sifat-sifat kimia suatu atom. Gambaran susunan partikel-partikel dasar dalam atom disebut model atom.



1. Model Atom Dalton Model atom yang dikemukakan oleh John Dalton adalah sebagai berikut. ■ Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi. ■ Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda. ■ Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atas atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen. ■ Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atomatom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.



Hipotesis Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti bola tolak peluru. Kelebihan model atom Dalton: Mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom dan menjelaskan apa yang tidak dijelaskan pada teiri atom Domocritus. a. Setiap unsur terdiri dari partikel yang sangat keci yang dinamakan dengan atom b. Atom dari unsur yang sama memiliiki sifat yang sama begitu pula bila atom dari unsur berbeda maka akan memiliki sifat yang beda pula c. Atom dari suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain dengan reaksi kimia, dan juga atom tidak dapat dimusnahkan. d. Atom-atom dapat bergabung membentuk gabungan atom yang disebut molekul e. Dalam senyawa, perbandingan massa masing-masing unsur adalah tetap



Kelemahan model atom John Dalton : Teori atom Dalton tidak dapat menerangkan suatu larutan dapat menghantarkan arus listrik. Bagaimana mungkin bola pejal dapat menghantarkan arus listrik? padahal listrik adalah elektron yang bergerak



2. Model Atom Thompson Menurut J. J. Thompson, atom adalah bola padat bermuatan positif dan di permukaannya tersebar elektron yang bermuatan negatif. Model atom Thompson tersebut layaknya rotis kismis seperti yang diilustrasikan pada gambar di bawah ini.



Kelebihan model atom Thomson Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur. Kelemahan model atom Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.



3. Model Atom Rutherford Menurut Ernest Rutherford, atom adalah bola berongga yang tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilinginya. Inti atom bermuatan positif dan massa atom terpusat pada inti atom. Kelemahan dari Rutherford tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom. Model atom Rutherford ini ibarat sistem tata surya kita seperti yang diilustrasikan pada gambar berikut.



Berdasarkan teori fisika, gerakan elektron mengitari inti ini disertai pemancaran energi sehingga lama-kelamaan energi elektron akan berkurang dan lintasannya makin lama akan mendekati inti dan jatuh ke dalam inti. Fenomena di atas dapat dijelaskan sebagai berikut.



Ambillah seutas tali dan salah satu ujungnya Anda ikatkan sepotong kayu sedangkan ujung yang lain Anda pegang. Putarkan tali tersebut di atas kepala Anda. Apa yang terjadi? Lamakelamaan putarannya akan melemah karena Anda pegal memegang tali tersebut sehingga kayu akan mengenai kepala Anda. Meski teorinya lemah, namun Rutherford telah berjasa dengan mengenalkan istilah lintasan/kedudukan elektron yang nanti disebut dengan kulit. Kelemahan teori rutherford: Menurut hukum fisika klasik, elektron yang bergerak mengelilingi inti memancarkan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Akibatnya, lama-kelamaan elektron itu akan kehabisan energi dan akhirnya menempel pada inti. a. Model atom rutherford ini belum mampu menjelaskan dimana letak elektron dan cara rotasinya terhadap ini atom. b. Elektron memancarkan energi ketika bergerak, sehingga energi atom menjadi tidak stabil. c. Tidak dapat menjelaskan spektrum garis pada atom hidrogen (H). d. Dalam orbital tertentu, energi elektron adalah tetap. Elektron akan menyerap energi jika berpindah ke orbit yang lebih luar dan akan membebaskan energi jika berpindah ke orbit yang lebih dalam “Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.”. Kelebihan Model Atom Rutherford Bahwa atom memiliki inti atom yang bermuatan positif dan disekelilingnya terdapat elektron yang mengelil



4. Model Atom Bohr Model atom yang dikemukakan oleh Niels Bohr adalah sebagai berikut. ■ Atom terdiri atas inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif di dalam suatu lintasan. ■ Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke yang lain dengan menyerap atau memancarkan energi sehingga energi elektron atom itu tidak akan berkurang. Jika berpindah lintasan ke lintasan yang lebih tinggi, elektron akan menyerap energi. Jika beralih ke lintasan yang lebih rendah, elektron akan memancarkan energi. ■ Kedudukan elektron-elektron pada tingkat-tingkat energi tertentu yang disebut kulit-kulit elektron. Bentuk model atom yang dicetuskan oleh Niels Bohr diilustrasikan seperti pada gambar berikut ini.



Kelemahan: -Model atom ini tidak bisa menjelaskan spektrum warna dari atom berelektron banyak. -tidak mampu menerangkan spektrum atom berelektron lebih dari satu.



.



-Tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek Strack. - Tidak dapat menerangkan kejadian-kejadian dalam ikatan kimia dengan baik, pengaruh medan magnet terhadap atom-atom Oleh karena itu, dibutuhkan penjelasan lebih lanjut mengenai gerak partikel (atom). Kelebihan -Atom terdiri dari beberapa kulit/subkulit untuk tempat berpindahnya electron dan atom membentuk suatu orbit dimana inti atom merupakan positif dan disekelilingnya terdapat elektron. - mampu menerangkan spektrum gas hidrogen dan spektrum atom berelektron tunggal (seperti He+ dan Li2+),



5. Model Atom Modern Model atom modern disebut juga model atom mekanika kuantum. Model atom ini pertama kali dikemukakan oleh Erwin Schrodinger. Model mekanika kuantum dapat digunakan untuk menjelaskan atom hidrogen dan atom yang lain. Menurut teori mekanika kuantum, elektron dalam mengelilingi inti terletak pada tingkat-tingkat tertentu.



Akan tetapi, keberadaan elektron tidak dapat dipastikan kedudukannya secara tepat. Adapun yang dapat dipastikan hanyalah kebolehjadian menemukan elektron. Daerah atau ruang kebolehjadian menemukan elektron disebut orbital.



Erwin Schrodinger mendasarkan model atomnya pada hipotesis de Broglie mengenai dualisme partikel dan ketidakpastian Heisenberg. Menurut Louis de Broglie, cahaya memiliki sifat partikel dan sifat cahaya. Sifat partikel ditandai dengan memiliki massa.



Sifat cahaya ditandai dengan memiliki sifat gelombang dalam gerakannya. Dengan demikian, elektron yang memiliki massa dapat dipandang sebagai partikel dan cahaya. Akibat dualisme elektron, Heisenberg mengajukan prinsip ketidakpastian.



Menurut Heisenberg, tidak ada metode yang dapat digunakan untuk menentukan kedudukan elektron. Akan tetapi, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron. Erwin Schrodinger memperoleh hadiah Nobel 1933 bidang fisika bersama Paul Dirac, seorang fisikawan lain, untuk karya perintis mereka dalam mekanika kuantum. Erwin Schrödinger (1926) mengemukakan teori mekanika gelombang atau mekanika kuantum. Heissenberg, dengan asas ketakpastian Heissenberg, “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah keboleh jadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”. sehingga persamaan Schrödinger tidak memberitahukan tepatnya keberadaan elektron itu, melainkan menjelaskan kemungkinan bahwa elektron akan berada pada daerah tertentu pada atom. Pada model Bohr, elektron berada pada garis edar tertentu, pada model Schrödinger kemungkinan untuk tingkat energi elektron yang diberikan sedangkan model Schrödinger menggunakan tiga bilangan kuantum: n, l dan m untuk menerangkan orbit. Daerah ruang di sekitar inti dengan keboleh jadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi. Persamaan Schrodinger.



x,y dan z Y m ђ E V



: : : : : :



Posisi dalam tiga dimensi Fungsi gelombang Massa h/2p dimana h = konstanta plank dan p = 3,14 Energi total Energi potensial



Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini. Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat keboleh jadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama. Ciri khas model atom mekanika gelombang Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga dimensi darikebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu atom) Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut) Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi boleh jadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron. teori kuantum yang menyatakan bahwa atom dapat memancarkan atau menyerap energ i hanya dalam jumlah tertentu (kuanta). Jumlah energi yang dipancarkan atau diserap dalam juga ilmuwan yang menunjukkan kelemahan teori atom Bohr. 1. BILANGAN KUANTUM Bilangan Kuantum Utama ‘n’,l mempunyai nilai 1, 2, 3 dan seterusnya, semakin naik nilai n maka kerapatan elektron semakin jauh dari inti, semakin tinggi energi elektron dan ikatan kepada inti semakin longgar Bilangan kuantum Azimut ‘l’l ,memiliki nilai dari 0 - (n-1) dilambangkan dengan huruf (‘s’=0, ‘p’=1, ‘d’=2, ‘f’=3), menunjukkan bentuk dari tiap orbital l Bilangan kuantum magnetik (ketiga) ‘m’, memiliki nilai bulat antara ‘ l ’ -dan ‘ l ’, termasuk 0, menunjukkan arah orbital dalam ruangnya l Bilangan kuantum putaran elektron, s hanya dapat memiliki dua harga (+½ dan -½) untuk itu, paling banyak hanya dua elektron yang dapat menempati orbital yang sama, dan mempunyai nilai putaran magnetik yang berlawanan Konfigurasi elektron a. Prinsip Aufbau Elektron-elektron dalam suatu atom selalu berusaha menempati subkulit yang



tingkat energinya rendah. Jika subkulit yang tingkat energinya rendah sudah penuh, baru elektron berikutnya akan mengisi subkulit yang tingkat energinya lebih tinggi. b.Aturan Hund Pada subkulit yang orbitalnya lebih dari satu, elektron-elektron akan mengisi dulu semua orbital, sisanya baru berpasangan. c. Larangan pauli Tidak ada dua elektron di dalam atom memiliki empat bilangan kuantum yang sama.



2. Bentuk Orbital Bentuk orbital digambarkan dengan permukaan melewati daerah pada probabilitas yang sesuai. Sebuah orbital s berbentuk bulat, orbital p memiliki dua bagian terpisah oleh bidang simpul dimana probabilitasnya nol dengan tiga orientasi yang mungkin, yaitu yang disebut pz, py dan px. Orbital d memiliki lima orientasi. 1.



Hubungan Konfigurasi Elektron dengan Letak Unsur pada Tabel Periodik Nomor kulit dan jumlah elektron yang ada pada subkulit menunjukkan letak unsur pada tabel periodik. Jadi ada hubungan antara konfigurasi elektron dengan letak unsur pada tabel periodic. 2. Hubungan Konfigurasi Elektron dengan Letak Unsur pada Tabel Periodik untuk Golongan Utama Nomor golongan dan nomor periode dapat ditentukan dari konfigurasi elektron.\ 1. Nomor golongan ditentukan dari jumlah elektron pada kulit terluar. 2. Nomor periode ditentukan dari nomor kulit terbesar. 3. Hubungan Konfigurasi Elektron dengan Letak Unsur pada Tabel Periodik untuk Golongan Transisi Nomor golongan unsur transisi ditentukan dari jumlah elektron 3d dengan 4s. Untuk golongan IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, dan VIIIB, nomor golongan diambil dari jumlah elektron pada subkulit 3d dan 4s. Golongan IB dan IIB diambil dari jumlah elektron pada subkulit 4s. Nomor periode tetap diambil dari nomor kulit (bilangan kuantum utama) terbesar. Pada unsur transisi ada tiga kolom yang diberi nomor golongan yang sama yaitu golongan VIIIB. 4. Unsur-unsur Transisi (Peralihan) Unsur-unsur transisi adalah unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir pada subkulit d. Aturan penomoran golongan unsur transisi adalah: a. Nomor golongan sama dengan jumlah elektron pada subkulit s ditambah d. b. Nomor golongan dibubuhi huruf B.



CATATAN : 1. Jika s + d = 9, golongan VIIIB. 2. Jika s + d = 10, golongan VIIIB. 3. Jika s + d = 11, golongan IB. 4. Jika s + d = 12, golongan IIB. 5. Unsur-unsur Transisi-Dalam Unsur-unsur transisi–dalam adalah unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir pada subkulit f. Unsur-unsur transisi-dalam hanya dijumpai pada periode keenam dan ketujuh dalam sistem periodik, dan ditempatkan secara terpisah di bagian bawah. Kegunaan Sistem Periodik Sistem periodik dapat digunakan untuk memprediksi harga bilangan oksidasi, yaitu: 1. Nomor golongan suatu unsur, baik unsur utama maupun unsur transisi, menyatakan bilangan oksidasi tertinggi yang dapat dicapai oleh unsur tersebut. Hal ini berlaku bagi unsur logam dan unsur nonlogam. 2. Bilangan oksidasi terendah yang dapat dicapai oleh suatu unsur bukan logam adalah nomor golongan dikurangi delapan. Adapun bilangan oksidasi terendah bagi unsur logam adalah nol. Hal ini disebabkan karena unsur logam tidak mungkin mempunyai bilangan oksidasi negatif.