Review Struktur Atom & Sistem Periodik [PDF]

Citation preview

REVIEW STRUKTUR ATOM DAN SISTEM PERIODIK



STRUKTUR ATOM I.



ATOM Berdasarkan teori atom Dalton (1803) yang dikemukakan oleh John Dalton, atom merupakan bagian terkecil yang tidak dapat di urai atau di bagi lagi, John Dalton mengilustrasikan atom sebagai bola pejal yang sangat kecil yang bersifat identik sehingga setiap unsur memiliki atom yang berbeda juga. Oleh karena itu struktur atom bisa didefinisikan secara sederhana sebagai susunan partikel dasar atom. Sebagai partikel penyusun sebuah materi, atom ikut menentukan sifat materi tersebut. Sebagai partikel dasar atom, atom terdiri atas Proton, Elektron, dan Neutron.



1. Proton merupakan partikel pembentuk atom yang mempunyai massa sama dengan satu sma (amu) dan bermuatan +1. Proton ditemukan oleh Eugene Goldstein melalui percobaan sinar katode yang telah di modifikasi. Setelah melakukan percobaan pada berbagai gas, ditemukanlah bahwa gas hidrogen menghasilkan sinar bermuatan positif paling kecil baik massanya maupun muatan muatannya, sehingga partikel ini disebut proton. 2. Elektron merupakan partikel pembentuk atom yang tidak mempunyai massa danbermuatan -1. Penemu dari elektron adalah JJ Thomson melalui percobaan sinar katode, sedangkan untuk muatan elektron sendiri ditemukan oleh Robert Milikan, melalui percobaan tetesan halus minyak. Berdasarkan hasil percobaan Thomson dan Milikan, didapatkan muatan elektron -1 dan massa elektron sama dengan 0, sehingga elektron di lambangkan Materi Kimia: Struktur Atom 114. 3. Neutron merupakan partikel pembentuk atom yang bermassa satu sma (amu) dan netral. Penemu neutron adalah James Chadwick melalui percobaannya menembaki atom berilium dengan sinar alpha (𝛼), dari percobaan ini didapatkan bahwa partikel yang menimbulkan radiasi berdaya tembus tinggi memiliki sifat netral, atau bisa dikatakan tidak bermuatan, serta memiliki massa yang hampir sama dengan proton yaitu 1. Oleh karena itu partikel ini disebut dengan neutron dengan muatannya sama dengan 0 (nol).



II.



PERKEMBANGAN TEORI ATOM 1. Teori Atom Dalton Tokoh pertama yang mengawali perkembangan teori atom ialah John dalton. Ia menyatakan pendapatnya tentang atom pada tahun 1803. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum Lavoisier atau hukum kekekalan massa dan hukum Proust atau hukum susunan tetap. Kemunculan teori atom Dalton membangkitkan rasa keingintahuan terkait dengan penelitian beragam jenis atom. Isi teori atom John Dalton sebagai berikut: • • • •



Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur-unsur dan tidak dapat dibagi lagi. Atom-atom sejenis mempunyai sifat yang sama, sedangkan atom-atom dengan unsur tidak sejenis memiliki sifat yang berbeda. Dalam reaksi kimia, terjadi penggabungan atau pemisahan atom. Atom dapat bergabung dengan atom lainnya untuk membentuk molekul dengan perbandingan bulat dan sederhana.



Teori atom Dalton memiliki beberapa kekurangan di antaranya: • • • •



Tidak bisa menggambarkan bagaimana cara atom saling bergabung. Atom unsur yang satu dengan atom unsur lainnya tidak bisa dideskripsikan. Hubungan senyawa antara larutan senyawa dengan daya hantar arus listrik tidak bisa dideskripsikan. Sifat listrik materi tidak bisa dideskripsikan.



2. Teori Atom Thomson Pada tahun 1897, Thomson menemukan partikel yang bermuatan negatif dan disebut dengan elektron. Elektron merupakan penemuan yang bertujuan untuk memperbaiki kekurangan teori atom sebelumnya. Teori atom Thomson bisa disebut dengan sebutan teori roti kismis. Dinamakan teori roti kismis karena muatan negatifnya atau elektron (kismis) mengelilingi atom yang bermuatan positif (roti). Secara garis besar teori atom J.J Thomson dapat disimpulkan menjadi beberapa garis besar. Berikut inti dari teori atom Thomson. •



Atom bukanlah bagian terkecil dari suatu zat.



• •



•



Massa elektron atom lebih kecil dari massa atom. Secara keseluruhan atom bersifat netral. Hal ini dikarenakan muatan atom positif dan negatif yang ada pada atom sama dan suatu atom tidak memiliki muatan positif dan negatif yang berlebihan. Atom dengan muatan positif akan tersebar secara merata ke seluruh bagian atom, kemudian atom itu dinetralkan oleh elektron-elektron yang tersebar diantara muatan positif.



Teori atom Thomson juga memiliki kekurangan. Berikut beberapa kekurangan teori atom Thomson. • •



Teori atom Thomson tidak bisa menjelaskan bagaimana susunan muatan positif dan jumlah elektron yang ada di dalam bola. Inti atom tidak dapat dijelaskan.



3. Teori Atom Rutherford Rutherford dan kedua asistennya menemukan inti atom pada tahun 1910. Inti atom memiliki jari-jari yang lebih kecil dari jari-jari atomnya. Teori yang ditemukan oleh Rutherford berasal dari eksperimen penembakan inti atom lempengan emas dengan partikel alfa (sebuah partikel dengan massa empat kali massa atom hidrogen dan muatan positif sebesar dua kali muatan elektron). Eksperimen ini dinamakan Geiger-Marsden. Penamaan eksperimen ini diambil dari dua murid Rutherford yaitu Hans Geiger dan Ernest Marsden). Berikut beberapa inti atau garis besar dari teori atom Rutherford. • • • •



Atom terdiri atas inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi elektron-elektron yang bermuatan nehatif seperti model tata surya. Atom bersifat netral karena muatan positif sebanding dengan muatan negatif. Selama mengitari inti, gaya sentripetal pada elektron terbentuk oleh gaya tarik menarik antara elektron dengan gaya inti atom (gaya Coulomb). Sebagian besar volume atom adalah ruang kosong (bukan pejal). Hal itu disebabkan oleh Jari-jari inti atom jauh lebih kecil dari jari-jari atom.



Meskipun teori atom Rutherford sudah menggugurkan gagasan teori atom Thomson, tetapi teori Rutherford masih memiliki kekurangan, yaitu. • • •



Teori atom ini tidak bisa mendeskripsikan cara rotasi dari inti atom dan letak dari elektron. Teori atom ini tidak bisa mendeskripsikan spektrum garis yang ada pada atom hidrogen. Energi atom menjadi tidak stabil karena elektron yang bergerak akan memancarkan energi.



4. Teori Atom Bohr Bentuk dari teori atom Bohr bisa dikatakan seperti peredaran planet saat mengitari tata surya. Beberapa ahli mengatakan teori ini dengan sebutan Teori Atom Rutherford-Bohr. Penamaan ini terjadi karena model atom Bohr merupakan modifikasi dari model atom Rutherford. Inti dari teori atom Bohr dapat disimpulkan menjadi empat inti, yaitu • • • •



lektron mengelilingi atom pada orbit tertentu. Selama berada dalam lintasan, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi yang diserap atau dipancarkan. Elektron hanya bisa berpindah dari satu kulit ke kulit lainnya dengan menyerap atau memancarkan energi. Lintasan-lintasan yang diperbolehkan elektron adalah lintasan-lintasan yang mempunyai momentum sudut kelipatan bulat dari h2π (π=3,14)



Teori atom Bohr memiliki beberapa kelemahan yaitu • •



Teori atom ini tidak dapat menerangkan spektrum atom yang lebih besar daripada hidrogen. Teori atom ini tidak bisa menjelaskan efek Zeeman.



5. Teori Atom Mekanika Kuantum (Werner Heisenberg dan Erwin Schrödinger) Alasan teori mekanika kuantum dikembangkan adalah untuk menyempurnakan teori atom Bohr. Teori mekanika kuantum disempurnakan oleh Erwin Schrödinger yang merupakan fisikawan dari Austria dan peraih Nobel Fisika pada tahun 1933. Pengembangan teori atom modern berdasarkan hipotesis de Broglie. Menurut Louis de Broglie, berlaku sifat dualisme pada elektron, yaitu elektron bukan hanya sekadar sebagai partikel, tetapi juga sebagai gelombang. Dengan kata lain, elektron akan bergerak seperti gelombang dan memiliki lintasan yang juga merupakan gelombang. Bukan hanya Schrödinger yang mengembangkan teori atom modern, tetapi ada peneliti yang bernama Werner Heisenberg. Heisenberg dan Schrödinger bekerja sama untuk mengembangkan teori atom modern. Teori yang sudah dikembangkan oleh dua peneliti ini saat ini disebut dengan teori atom mekanika kuantum. Jika penelitian yang dilakukan Schrödinger berdasarkan hipotesis de Broglie maka penelitian Heisenberg berdasarkan pada asas ketidakpastian Werner Heisenberg. Dari asas ini Heisenberg menyimpulkan bahwa terdapat suatu keterbatasan dalam menentukan posisi dan momentum elektron. III.



BILANGAN KUANTUM Untuk menentukan kedudukan suatu elektron dalam atom, digunakan 4 bilangan kuantum. 1. Bilangan Kuantum Utama ( n ) Bilangan kuantum utama (n) adalah bilangan kuantum yang menyatakan kulit elektron dan tingkat energinya. Bilangan kuantum utama bergantung pada jarak



antara elektron dan nukleus (inti atom). Bilangan kuantum utama dituliskan dengan bilangan bulat 1, 2, 3, 4, 5, dan seterusnya. Karena n menyatakan tingkat energi, maka tidak ada kulit ke 0 (tidak ada enelktron yang tidak memiliki energi). Jika suatu elektron berada pada n=1, maka ia berada paling dekat dengan nukleus yaitu pada kulit pertama (kulit paling dalam) dengan tingkat energi dasar. Semakin tinggi tingkat energinya, maka akan semakin besar bilangan kuantum utama elektron tersebut. 2. Bilangan Kuantum Azimuth ( l ) Bilangan kuantum azimuth atau bilangan kuantum momentum sudut orbital menyatakan bentuk orbital. Bilangan kuantum azimuth ditulis dengan bilangan bulat 0, 1, 2, 3, 4, dan seterusnya. l=0 disebut dengan orbital s dan memiliki bentuk seperti bola, l=1 disebut dengan orbital p dan memiliki bentuk seperti kutub, l=3 disebut dengan orbital d dan memiliki bentuk semanggi, serta l=4 disebut dengan orbital f dengan bentuk semanggi berdaun lima. 3. Bilangan Kuantum Magnetik ( m ) Bilangan kuantum magnetik adalah bilangan kuantum yang menyatakan orientasi orbital dalam ruang tiga dimensi. Bilangan kuatum magnetik bergantung pada bilangan kuantum azimuth, sehingga dituliskan dengan m= -l, …, 0, …, l. Misalnya suatu elektron mamiliki bilangan azimuth l=2 dan berada pada orbital d, maka bilangan kuantum magnetiknya adalah m= -2, -1, 0, 1, 2. 4. Bilangan Kuantum Spin (s) Bilangan kuantum spin (s) menunjukkan arah putaran elektron dan tidak bergantung pada bilangan kuantum lainnya. Bilangan kuantum spin dilambangkan dengan +1/2 dan -1/2, ketika positif maka elektron memiliki arah putaran ke atas (spin up) dan ketika negatif berarti elektron memiliki arah putaran ke bawah.



IV.



KONFIGURASI ELEKTRON A. Prinsip Aufbau Prinsip Aufbau dikemukaan oleh fisikawan Denmark bernama Niels Bohr pada tahun 1920. Baca juga: Model Atom Bohr Prinsip Aufbau menyatakan bahwa pada kondisi dasar, elektron akan menempati kulit elektron dengan energi yang lebih rendah menuju energi yang lebih tinggi. Prinsip Aufbau digambarkan dalam diagram berikut:



Pada gambar terlihat bahwa konfigurasi elektron dengan Prinsip Aufbau bergantung pada penjumlahan bilangan kuantum utama (n) dan bilangan kuantum azimuth (l). Urutan energi



orbital atom dari yang paling rendah ke yang paling tinggi adalah 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, dan seterusnya. Maka elektron akan menempati sub kulit 1s terlebih dahulu baru menempati sub kulit 2s. Pada subkulit s hanya dapat ditempati oleh 2 elektron. Pada subkulit p hanya dapat ditempati 6 elektron. Pada sub kulit d hanya dapat ditempati 10 elektron, dan pada kulit f hanya dapat ditempati 14 elektron. B. Asas Larangan Pauli Menurut Asas Larangan Pauli, “tidak boleh ada dua elektron dalam suatu atom yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama. Orbital yang sama akan memiliki bilangan kuantum n, l, dan m yang sama. Yang membedakannya hanya bilangan kuantum spin (s).”



Hal ini berarti bahwa setiap orbital maksimum berisi dua elektron dengan arah spin yang berlawanan. Misalnya suatu atom memiliki 2 elektron yang menghuni orbital 1s, maka diagram orbital yang benar menurut Larangan Pauli ditunjukkan oleh gambar c. C. Aturan Hund Menurut Aturan Hund, “orbital-orbital dengan energi yang sama, masing-masing diisi terlebih dahulu oleh satu elektron dengan arah (spin) yang sama, kemudian elektron akan memasuki orbital-orbital secara urut dengan arah (spin) berlawanan, atau dengan kata lain, dalam subkulit yang sama, masing-masing orbital terisi satu elektron dengan arah panah yang sama, kemudian elektron yang tersisa diisikan sebagai elektron pasangannya dengan arah panah yang berlawanan”.



Diagram orbital unsur S pada konfigurasi 3p4, tiga elektron ditempatkan terlebih dahulu dengan gambar tanda panah ke atas, kemudian 1 elektron yang tersisa digambarkan dengan tanda panah ke bawah. Hal ini dilakukan mengikuti aturan Hund.



SISTEM PERIODIK I.



Pengertian



Sistem periodik unsur kimia adalah susunan unsur-unsur berdasarkan nomor atom dan kemiripan sifat-sifatnya. Sistem periodik unsur kimia yang disusun oleh Moseley berkembang dengan baik hingga sampai pada bentuk yang sekarang ini. Perkembangan sistem periodik unsur kimia mengikuti hukum periodik bahwa bila unsur-unsur disusun berdasarkan kenaikan nomor atom, maka sifat unsur akan berulang secara periodik. Telah disebutkan di atas bahwa sistem periodik unsur kimia terdiri dari dua kelompok yakni golongan (lajur vertical) dan periode (lajur horizontal). 1. Golongan Golongan ditempatkan pada lajur vertikal dalam tabel periodik unsur modern. Penentuan golongan berkaitan dengan sifat-sifat yang dimiliki unsur tersebut. Unsur-unsur dalam satu golongan memiliki sifat-sifat yang mirip. Beberapa golongan diberi nama khusus, yakni: 1) Golongan IA, disebut golongan alkali (kecuali H), terdiri dari H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr; 2) Golongan IIA, disebut golongan alkali tanah, terdiri dari Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra; 3) Golongan VIIA, disebut golongan halogen, terdiri dari F, Cl, Br, I, At; 4) Golongan VIIIA, disebut golongan gas mulia, terdiri dari He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn; 5) Golongan IIIA, disebut golongan boron-aluminium, terdiri dari B, Al, Ga, In, Ti; 6) Golongan IVA, disebut golongan karbon-silikon, terdiri dari C, Si, Ge, Sn, Pb; 7) Golongan VA, disebut golongan nitrogen-fosforus, terdiri dari N, P, As, Sb, Bi; 8) Golongan VIA, disebut golongan oksigen-belerang, terdiri dari O, S, Se, Te, Po; 9) Golongan IB sampai dengan VIIIB disebut golongan transisi. 2. Periode Periode ditempatkan pada lajur horizontal dalam tabel periodik unsur kimia. Periode suatu unsur menunjukkan nomor kulit yang sudah terisi elektron (n



terbesar) berdasarkan konfigurasi elektron. Dalam sistem periodik unsur terdapat 7 periode, yaitu: 1) 2) 3) 4) 5) 6)



Periode ke-1, terdiri atas 2 unsur Periode ke-2, terdiri atas 8 unsur Periode ke-3, terdiri atas 8 unsur Periode ke-4, terdiri atas 18 unsur Periode ke-5, terdiri atas 18 unsur Periode ke-6, terdiri atas 32 unsur, 18 unsur seperti period eke-4 dan ke-5, 14 unsur deret lantanida 7) Periode ke-7, merupakan periode unsur yang belum lengkap. Terdapat deret aktinida.



II.



Klasifikasi Sistem Periodik Pada tahun 1984, J.A.R Newlands mengklasifikan sistem periodik unsur kimia berdasarkan kenaikan berat atomnya. Unsur ini dapat dikenali dengan nomor urut dan dibagi dalam tujuh golongan. Tujuh golongan tersebut adalah Hidrogen, Litium, Berilium, Karbon, Nitrogen, Boron serta Oksigen. Hubungan ketujuh golongan ini dikenal sebagai hukum oktaf. Pada sistem periodik unsur kimia, golongan merupakan kolom vertikal yang terdapat pada tabel periodik. Golongan sangat penting untuk metode pengklasifikasian unsur-unsur. Golongan berisi unsur-unsur yang memiliki susunan elektron terluar yang sama. Karena memiliki elektron yang sama, maka unsur-unsur tersebut memiliki sifat kimia yang sama. Unsur-unsur pada golongan pertama merupakan logam alkali atau golongan utama. Sedangkan golongan kedua dinamakan logam transisi, yang merupakan logam alkali tanah. Dan dua deret dari bagian bawah merupakan logam transisi dalam yang terdiri atas lanthanide dan aktinida. Sementara itu, periode adalah barisan horizontal yang terdapat pada tabel periodik. Terdapat 7 periode dalam tabel periodik, di mana masing-masing tabel mewakili tingkat energi atom yang dimiliki. Tidak semua periode memiliki jumlah unsur yang sama. Di mana jumlah unsur terkecil terdapat pada periode 1 yang berjumlah 2 unsur. Sedangkan jumlah unsur tebanyak adalah pada periode 6 yang memiliki 32 unsur.



III.



Sifat Sistem Periodik Unsur



1. Sifat Unsur, Berdasarkan sifat unsur-unsur, sistem periodik unsur kimia terbagi dalam 3 jenis yaitu logam, non logam dan juga metalloid. Logam memiliki sifat yang cenderung melepaskan elektron dari non logam untuk membentuk ion positif. Sedangkan non logam cenderung menerima elektron dari logam. Laiin



2.



3. 4.



5.



6.



IV.



halnya dengan unsur metalloid, yang memiliki kedua sifat seperti logam dan non logam. Jari-Jari Atom, Jari-jari atom adalah jarak dari inti atom ke orbital elektron terluar yang stabil dalam suatu atom dalam keadaan setimbang. Jarak tersebut dapat diukur dalam satuan pikometer atau angstrom. Dalam satu golongan dari atas ke bawah, jari-jari atom cenderung untuk membesar setara dengan pertambahan dapa kulit elektron. Kereaktifan, Kereaktifan sebuah unsur pada tabel periodik dalam satu periode dari kiri ke kanan bertambah hingga golongan VIIA. Energi Ionisasi, Energi ionisasi pertama adalah energi yang diserap untuk melepas satu elektron dari sebuah atom. Sedangkan energi ionisasi atom kedua adalah energi yang diserap untuk melepas elektron kedua dari sebuah atom, dan seterusnya. Afinitas Elektron, Afinitas eletron adalah jumlah energi yang dilepaskan ketika sebuah elektron ditambahkan ke dalam kolom atom netral untuk membentuk ion negatif. Sifat non logam memiliki nilai lebih tinggi pada afinitas elektron daripada sifat logam. Dan afinitas elektron secara umum terus meningkat sepanjang periode. Kelektronegatifan, Kelektronegatifan merupakan kemampuan atau kecenderungan suatu atom untuk menangkap ataupun menarik kembali elektron dari atom lainnya.



Sistem Periodik Unsur oleh Para Tokoh



1. Robert Boyle Dalam sejarah perkembangannya, sistem periodik unsur kimia yang digunakan saat ini adalah sistem periodik unsur kimia modern yang dipublikasikan oleh Dimitri Mendeleev pada tahun 1869. Namun menurut sejarahnya, Robert Boyle adalah orang pertama yang memberikan definisi mengenai unsur. Menurut Boyle, unsur merupakan zat yang tidak dapat dibagi menjadi dua zat atau lebih secara kimiawi. 2. Lavoiser Setelah Boyle memberikan penjelasan mengenai hal tersebut, pada tahun 1769 Lavoiser pun menerbitkan daftar unsur-unsur dan membaginya pada unsur logam maupun unsur non logam. Menurut Lavoiser, terdapat perbedaan antara logam dan non logam yakni;



Logam berwujud padat pada suhu kamar kecuali raksa, mengkilap saat di gosokgosokan, merupakan konduktor yang baik, dapat ditempa atau direnggangkan dan adalah penghantar panas yang baik. Sementara itu, non logam ada yang berupa zat padat, cair atau gas pada suhu kamar, tidak mengkilap jika digosok, kecuali intan atau karbon, bukan konduktor yang baik, umumnya rapuh terutama berwujud padat dan bukan penghantar panas yang baik. 3. Johann Wolfgang Dobereiner Dobereiner adalah orang pertama yang menemukan hubungan sifat dengan massa atom. Unsur-unsur tersebut dikelompokkan menjadi 3 triade, yaitu; Triade Litium (Li), Natrium (Na), Kalium (K) Triade Kalsium (Ca), Stronsium (Sr), Barium (Br) Triade klor (Cl), Brom (Br), Iodium (I) 4. Dmitri Mendeleev Tahun 1869, Dmitri Ivanovich Mendeleev melakukan pengamatan 63 unsur yang telah dikenal dan mendapatkan hasil bahwa sifat dari massa atom itu relatif. Berdasarkan hasil pengamatannya tersebut, unsur-unsur ditempatkan pada golongan dan juga periode yang dikenal hingga saat ini.



DAFTAR PUSTAKA



Dewi, C. K. (2021, January 12). Materi Kimia: Struktur Atom. Retrieved from zenius.net: https://www.zenius.net/blog/materi-kimia-struktur-atom Lararenjana, E. (2021, January 19). Sistem Periodik Unsur Kimia, Kenali Sifat-Sifat dan Penomoran di Dalamnya. Retrieved from merdeka.com: https://www.merdeka.com/jatim/sistem-periodik-unsur-kimia-kenali-sifat-sifat-danpenomoran-di-dalamnya-kln.html?page=5 Ridlo, M. F. (2021, September 04). Konfigurasi Elektron dan Diagram Orbital. (D. Purbowati, Editor) Retrieved from akupintar.id: https://akupintar.id/info-pintar//blogs/konfigurasi-elektron-dan-diagram-orbital Utami, S. N. (2020, Oktober 09). Konfigurasi Elektron: Prinsip Aufbau, Larangan Pauli, dan Aturan Hund. (R. Raimarda, Editor) Retrieved from kompas.com: https://www.kompas.com/skola/read/2020/10/09/171257169/konfigurasi-elektronprinsip-aufbau-larangan-pauli-dan-aturan-hund?page=all Utami, S. N. (2021, Juni 04). Bilangan Kuantum: Pengertian dan Macamnya. (S. Gischa, Editor) Retrieved September 14, 2021, from kompas.com: https://www.kompas.com/skola/read/2021/06/04/192357769/bilangan-kuantumpengertian-dan-macamnya?page=all