Struktur
Atom Kimia
PARTIKEL MATERI
Bagian terkecil dari materi disebut partikel.
Beberapa pendapat tentang partikel materi :
1. Menurut Democritus,
pembagian materi bersifat diskontinyu ( jika suatu materi dibagi dan
terus dibagi maka akhirnya diperoleh partikel terkecil yang sudah tidak dapat
dibagi lagi = disebut Atom )
2. Menurut Plato
dan Aristoteles, pembagian materi bersifat kontinyu ( pembagian
dapat berlanjut tanpa batas )
Postulat Dasar dari Teori Atom
Dalton :
1) Setiap materi
terdiri atas partikel yang disebut atom
2) Unsur adalah
materi yang terdiri atas sejenis atom
3) Atom suatu
unsur adalah identik tetapi berbeda dengan atom unsur lain (
mempunyai massa yang berbeda )
4) Senyawa adalah
materi yang terdiri atas 2 atau lebih jenis atom dengan perbandingan tertentu
5) Atom tidak
dapat diciptakan atau dimusnahkan dan tidak dapat diubah
menjadi atom lain melalui reaksi kimia biasa. Reaksi kimia hanyalah penataan
ulang ( reorganisasi ) atom-atom yang terlibat dalam reaksi tersebut
Kelemahan dari postulat teori
Atom Dalton :
1) Atom bukanlah
sesuatu yang tak terbagi, melainkan terdiri dari partikel subatom
2) Atom-atom dari
unsur yang sama, dapat mempunyai massa yang berbeda ( disebut Isotop )
3) Atom dari suatu
unsur dapat diubah menjadi atom unsur lain melalui Reaksi Nuklir
4) Beberapa unsur
tidak terdiri dari atom-atom melainkan molekul-molekul
Partikel
dasar : partikel-partikel pembentuk atom yang terdiri dari
elektron, proton
den neutron.
1.
Proton : partikel pembentuk atom yang mempunyai massa sama dengan
satu
sma (amu) dan bermuatan +1.
2.
Neutron : partikel pembentuk atom yang bermassa satu sma (amu) dan
netral.
3.
Elektron : partikel pembentuk atom yang tidak mempunyai massa dan
bermuatan
-1.
2.
Nukleus : Inti atom yang bermuatan positif, terdiri dari
proton den
neutron.
3.
Notasi unsur : z
A A dengan X :
tanda atom (unsur)
Z : nomor atom =
jumlah elektron
(e)= jumlah
proton (p)
A : bilangan
massa = jumlah proton +
neutron
Pada atom netral, berlaku: jumlah
elektron = jumlah proton.
Atom
tak netral : atom yang bermuatan listrik karena
kelebihan atau
kekurangan
elektron bila dibandingkan dengan atom netralnya.
Atom bermuatan
positif bila kekurangan elektron, disebut kation.
Atom bermuatan
negatif bila kelebihan elektron, disebut anion.
Contoh:
- Na+ : kation
dengan kekurangan 1 elektron
- Mg2- : kation
dengan kekurangan 2 elektron
- Cl- : anion
dengan kelebihan 1 elektron
- O2 : anion
dengan kelebihan 2 elektron
Isotop : unsur yang nomor
atomnya sama, tetapi berbeda bilangan
massanya.
Contoh: Isotop
oksigen: 8
16 O ; 8
17 O ; 8
18 O
Isobar : unsur yang
bilangan massanya sama, tetapi berbeda nomor
atomnya.
Contoh: 27
59 CO dengan 28
59 Ni
Isoton : unsur dengan
jumlah neutron yang sama.
Contoh: 6
13 C dengan 7
14 N
Iso elektron: atom/ion
dengan jumlah elektron yang sama.
Contoh: Na+
dengan Mg2+
K+ dengan Ar
PERKEMBANGAN TEORI ATOM
1). Model Atom Dalton
a) Atom
digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil.
b) Atom merupakan
partikel terkecil yang tidak dapat dipecah lagi.
c) Atom
suatu unsur sama memiliki sifat yang sama, sedangkan atom unsur berbeda,
berlainan dalam massa dan sifatnya.
d) Senyawa
terbentuk jika atom bergabung satu sama lain.
e) Reaksi kimia
hanyalah reorganisasi dari atom-atom, sehingga tidak ada atom yang
berubah akibat reaksi kimia.
Teori atom Dalton ditunjang oleh 2 hukum alam
yaitu :
1. Hukum
Kekekalan Massa ( hukum Lavoisier )
: massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah
sama.
2. Hukum
Perbandingan Tetap ( hukum Proust )
: perbandingan massa unsur-unsur yang
menyusun suatu zat adalah tetap.
Kelemahan Model Atom Dalton :
1) Tidak dapat
menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan unsur yang lain
2) Tidak dapat
menjelaskan sifat listrik dari materi
3) Tidak dapat
menjelaskan cara atom-atom saling berikatan
4) Menurut teori
atom Dalton nomor 5, tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia. Kini
ternyata dengan reaksi kimia nuklir, suatu atom dapat berubah menjadi atom
lain.
2). Model Atom Thomson
Setelah ditemukannya elektron oleh J.J Thomson,
disusunlah model atom Thomson yang merupakan penyempurnaan dari model atom
Dalton. Menurut Thomson :
a) Atom terdiri
dari materi bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron (bagaikan
kismis dalam roti kismis)
b) Atom bersifat
netral, yaitu muatan positif dan muatan negatif jumlahnya sama
3).
Model Atom Rutherford
a) Rutherford
menemukan bukti bahwa dalam atom terdapat inti atom yang bermuatan positif,
berukuran lebih kecil daripada ukuran atom tetapi massa atom hampir seluruhnya
berasal dari massa intinya.
b) Atom terdiri
dari inti atom yang bermuatan positif dan berada pada pusat atom serta elektron
bergerak melintasi inti (seperti planet dalam tata surya).
c) Atom
bersifat netral.
d) Jari-jari inti
atom dan jari-jari atom sudah dapat ditentukan.
Kelemahan Model Atom Rutherford :
Ø Ketidakmampuan
untuk menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke inti atom akibat gaya tarik
elektrostatis inti terhadap elektron.
Ø Menurut teori
Maxwell, jika elektron sebagai partikel bermuatan mengitari inti yang memiliki
muatan yang berlawanan maka lintasannya akan berbentuk spiral dan akan
kehilangan tenaga/energi dalam bentuk radiasi sehingga akhirnya jatuh ke inti.
4). Model Atom Niels Bohr
- Model atomnya didasarkan pada teori kuantum untuk menjelaskan spektrum gas hidrogen.
- Menurut Bohr, spektrum garis menunjukkan bahwa elektron hanya menempati tingkat-tingkat energi tertentu dalam atom.
Menurutnya :
a) Atom terdiri
dari inti yang bermuatan positif dan di sekitarnya beredar elektron-elektron
yang bermuatan negatif.
b) Elektron
beredar mengelilingi inti atom pada orbit tertentu yang dikenal sebagai keadaan
gerakan yang stasioner (tetap) yang selanjutnya disebut dengan tingkat energi
utama (kulit elektron) yang dinyatakan dengan bilangan kuantum utama (n).
c) Selama
elektron berada dalam lintasan stasioner, energinya akan tetap sehingga tidak
ada cahaya yang dipancarkan.
d) Elektron hanya
dapat berpindah dari lintasan stasioner yang lebih rendah ke lintasan stasioner
yang lebih tinggi jika menyerap energi. Sebaliknya, jika elektron berpindah
dari lintasan stasioner yang lebih tinggi ke rendah terjadi pelepasan energi.
e) Pada keadaan
normal (tanpa pengaruh luar), elektron menempati tingkat energi terendah
(disebut tingkat dasar = ground state)
Kelemahan Model Atom Niels Bohr :
1. Hanya
dapat menerangkan spektrum dari atom atau ion yang mengandung satu elektron dan
tidak sesuai dengan spektrum atom atau ion yang berelektron banyak.
2. Tidak
mampu menerangkan bahwa atom dapat membentuk molekul melalui ikatan kimia
5). Model Atom Modern
Dikembangkan berdasarkan teori mekanika kuantum
yang disebut mekanika gelombang; diprakarsai oleh 3 ahli :
a) Louis Victor
de Broglie
Menyatakan bahwa materi mempunyai dualisme sifat yaitu
sebagai materi dan sebagai gelombang.
b) Werner
Heisenberg
Mengemukakan prinsip ketidakpastian untuk materi yang
bersifat sebagai partikel dan gelombang. Jarak atau letak elektron-elektron
yang mengelilingi inti hanya dapat ditentukan dengan kemungkinan – kemungkinan
saja.
c) Erwin
Schrodinger (menyempurnakan model Atom Bohr)
Berhasil menyusun persamaan gelombang untuk elektron
dengan menggunakan prinsip mekanika gelombang. Elektron-elektron yang
mengelilingi inti terdapat di dalam suatu orbital yaitu daerah 3 dimensi
di sekitar inti dimana elektron dengan energi tertentu dapat ditemukan dengan
kemungkinan terbesar.
Model atom Modern :
a) Atom terdiri
dari inti atom yang mengandung proton dan neutron sedangkan elektron-elektron
bergerak mengitari inti atom dan berada pada orbital-orbital tertentu yang
membentuk kulit atom.
b) Orbital
yaitu daerah 3 dimensi di sekitar inti dimana elektron dengan energi tertentu
dapat ditemukan dengan kemungkinan terbesar.
c) Kedudukan
elektron pada orbital-orbitalnya dinyatakan dengan bilangan kuantum.
- Orbital digambarkan sebagai awan
elektron yaitu : bentuk-bentuk ruang dimana suatu elektron kemungkinan
ditemukan.
- Semakin rapat awan elektron maka
semakin besar kemungkinan elektron ditemukan dan sebaliknya.
BILANGAN
KUANTUM
Untuk menentukan
kedudukan suatu elektron dalam atom, digunakan 4
bilangan
kuantum.
1.
Bilangan kuantum utama (n): mewujudkan lintasan
elektron dalam
atom.
n mempunyai
harga 1, 2, 3, .....
- n = 1 sesuai
dengan kulit K
- n = 2 sesuai
dengan kulit L
- n = 3 sesuai
dengan kulit M
- dan seterusnya
Tiap kulit atau
setiap tingkat energi ditempati oleh sejumlah elektron.
Jumlah elektron
maksimmm yang dapat menempati tingkat energi itu
harus memenuhi
rumus Pauli = 2n2.
Contoh:
kulit ke-4 (n=4)
dapat ditempati maksimum= 2 x 42 elektron = 32
elektron
2.
Bilangan kuantum azimuth (l) : menunjukkan sub
kulit dimana
elektron itu
bergerak sekaligus menunjukkan sub kulit yang merupakan
penyusun suatu
kulit.
Bilangan kuantum
azimuth mempunyai harga dari 0 sampai dengan (n-
1).
n = 1 ; l = 0 ;
sesuai kulit K
n = 2 ; l = 0,
1 ; sesuai kulit L
n = 3 ; l = 0,
1, 2 ; sesuai kulit M
n = 4 ; l = 0,
1, 2, 3 ; sesuai kulit N
dan seterusnya
Sub kulit yang
harganya berbeda-beda ini diberi nama khusus:
l = 0 ; sesuai
sub kulit s (s = sharp)
l = 1 ; sesuai
sub kulit p (p = principle)
l = 2 ;
sesuai sub kulit d (d = diffuse)
l = 3 ;
sesuai sub kulit f (f = fundamental)
3.
Bilangan kuantum magnetik (m): mewujudkan adanya satu
atau
beberapa
tingkatan energi di dalam satu sub kulit. Bilangan
kuantum
magnetik (m)
mempunyai harga (-l) sampai harga (+l).
Untuk:
l = 0 (sub kulit
s), harga m = 0 (mempunyai 1 orbital)
l = 1 (sub kulit
p), harga m = -1, O, +1 (mempunyai 3 orbital)
l = 2
(sub kulit d), harga m = -2, -1, O, +1, +2 (mempunyai 5 orbital)
l = 3
(sub kwit f) , harga m = -3, -2, O, +1, +2, +3 (mempunyai 7
orbital)
4.
Bilangan kuantum spin (s): menunjukkan arah perputaran
elektron
pada sumbunya.
Dalam satu
orbital, maksimum dapat beredar 2 elektron dan kedua
elektron ini
berputar melalui sumbu dengan arah yang berlawanan, dan
masing-masing
diberi harga spin +1/2 atau -1/2.
Pertanyaan:
Bagaimana
menyatakan keempat bilangan kuantum dari elektron 3s1 ?
Jawab:
Keempat bilangan
kuantum dari kedudukan elektron 3s1 dapat
dinyatakan
sebagai,
n= 3 ; l = 0 ; m
= 0 ; s = +1/2 ; atau -1/2
KONFIGURASI
ELEKTRON
Dalam setiap
atom telah tersedia orbital-orbital, akan tetapi belum tentu
semua orbital
ini terisi penuh. Bagaimanakah pengisian elektron dalam
orbital-orbital
tersebut ?
Pengisian
elektron dalam orbital-orbital memenuhi beberapa peraturan.
antara lain:
1.
Prinsip Aufbau : elektron-elektron mulai mengisi orbital
dengan
tingkat energi
terendah dan seterusnya.
Orbital yang
memenuhi tingkat energi yang paling rendah adalah 1s
dilanjutkan
dengan 2s, 2p, 3s, 3p, dan seterusnya dan untuk
mempermudah
dibuat diagram sebagai berikut:
Contoh pengisian
elektron-elektron dalam orbital beberapa unsur:
Atom H : mempunyai
1 elektron, konfigurasinya 1s1
Atom C :
mempunyai 6 elektron, konfigurasinya 1s2 2s2 2p2
Atom K :
mempunyai 19 elektron, konfigurasinya 1s2 2s2 2p6 3S2 3p6
4s1
2.
Prinsip Pauli : tidak mungkin di dalam atom terdapat 2
elektron
dengan keempat
bilangan kuantum yang sama.
Hal ini berarti,
bila ada dua elektron yang mempunyai bilangan
kuantum utama,
azimuth dan magnetik yang sama, maka bilangan
kuantum spinnya
harus berlawanan.
3.
Prinsip Hund : cara pengisian elektron dalam orbital
pada suatu sub
kulit ialah
bahwa elektron-elektron tidak membentuk pasangan elektron
sebelum
masing-masing orbital terisi dengan sebuah elektron.
Contoh:
- Atom C dengan
nomor atom 6, berarti memiliki 6 elektron dan cara
Pengisian
orbitalnya adalah:
Berdasarkan
prinsip Hund, maka 1 elektron dari lintasan 2s akan
berpindah ke
lintasan 2pz, sehingga sekarang ada 4 elektron yang tidak
berpasangan.
Oleh karena itu agar semua orbitalnya penuh, maka atom
karbon berikatan
dengan unsur yang dapat memberikan 4 elektron.
Sehingga di alam
terdapat senyawa CH4 atau CCl4, tetapi tidak terdapat senyawa CCl3 atau CCl5
Tyas Ratna P./XI
IPA 2/29