STRUKTUR ATOM DAN TABEL PERIODIK UNSUR _ BELAJAR KIMIA

STRUKTUR ATOM

TABEL PERIODIK UNSUR

Perkembangan Teori Atom 

Pada mulanya kata atom berasal dari kata "a" dan "tomos" (a = tidak dan tomos = dibagi). Atom adalah bola pejal yang tidak dapat dibagi. Konsep atom pertama kali muncul pada zaman Leucippus dan Democritus. Selanjutnya berkembang secara teoritis.

A.    Teori Atom Dalton

Gambar 1.  Jhon Dalton (1808)
sumber: id.wikipedia.org

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 adalah seperti berikut ini:

• 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.

Dalam praktiknya, 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.

Teori atom Dalton hanya mampu bertahan selama 90 tahun. Hal itu dikarenakan pada tahun 1886, Eugene Goldstein telah menemukan partikel listrik yang memiliki muatan positif dan yang sekarang dikenal dengan nama proton. Setelah itu, pada tahun 1897 Thomson mendapatkan penemuan berupa partikel bermuatan negatif yang diberi nama elektron. 

 

B.    Teori J.J. Thamson

Gambar 2.   J.J. Thomson (1878)
sumber: id.wikipedia.org

Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan, sejumlah teori mengenai atom dikembangkan oleh para ilmuwan. Salah satunya adalah J.J Thomson, yang teorinya lebih dikenal dengan teori atom Thomson. Pada bahasan sebelumnya, kita sudah membahasa mengenai pengertian dari atom. Dimana atom adalah partikel terkecil dari suatu unsur yang mengambil bagian dalam reaksi kimia. Ukurannya yang sangat kecil membuatnya tidak dapat dilihat, bahkan menggunakan mikroskop cahaya terkuat sekalipun. Adapun atom yang terkecil adalah atom pada hidrogen.

Pada tahun 1897, dengan menggunakan metode tabung sinar katode yang sebelumnya ditemukan oleh Michael faraday (1791-1867), maka Thomson menentukan rasio massa (m) terhadap muatan listrik (e) untuk sinar katode. Berdasarkan rasio m/e ini Thomson menyimpulkan bahwa sinar katode merupakan partikel dasar bermuatan negatif penyusunan suatu atom.

Sinar katode kemudian dikenal sebagai elektron, yaitu istilah yang pertama kali diusulkan oleh George Stoney pada tahun 1874. Model teori atom Thomson ini juga dikenal sebagai model semangka atau pudding buah plum karena elektron dalam lingkup muatan positif sama seperti buah kering dalam pudding natal bulat atau lebih dikenal dengan teori roti kismis.

Teori atom Thomson berkesimpulan bahwa atom merupakan bola massif atau pejal yang bermuatan positif. Dimana, atom terdiri dari bola bermuatan positif dan electron tertanam didalamnya. Disamping itu, ia berpendapat bahwa atom bermuatan netral karena memiliki muatan negatif dan positif dalam besaran yang sama.

Namun, model teori atom Thomson ini tidak berumur panjang. Setelah dipublikasikan kurang lebih 10 tahun maka mulai muncul kelemahan dari teori tersebut. Teori ini dinilai tidak dapat menjelaskan dinamika reaksi kimia yang terjadi antaratom. Bahkan, ketidaksempurnaan dari teori atom Thomson ini ditunjukan oleh salah seorang murid Thomson yang bernama Ernest Rutherford. 

C.    Teori Rutherford

Gambar 3.   E. Rutherford (1911)
sumber: id.wikipedia.org

Pada tahun 1911, Rutherford menyangkal kebenaran teori atom Thomson yang mengatakan bahwa atom merupakan bermuatan positif, dan disekelilingnya terdapat elektron bermuatan negatif layaknya roti kismis. Teori atom Rutherford mengatakan bahwa atom mempunyai inti yang merupakan pusat massa yang kemudian dinamakan nukleus, dengan dikelilingi awan elektron bermuatan negatif.

 Dasar Teori Atom Rutherford

Teori atom Rutherford didasarkan pada eksperimen penembakan inti atom lempengan emas dengan partikel alfa yang dikenal dengan percobaan Geiger-Marsden. Pada saat itu, Rutherford menyusun desain rancangan percobaan penembakan atom emas oleh partikel alfa yang dipancarkan oleh unsur radioaktif. Ternyata, sinar radioaktif tersebut ada yang dipantulkan, dibelokkan, dan diteruskan. 

Hasil pengamatan tersebut dikembangkan dalam hipotesis model atom Rutherford:

1. Sebagian besar dari atom merupakan permukaan kosong atau hampa.
2. Atom memiliki inti atom bermuatan positif yang merupakan pusat massa atom.
3. Elektron bergerak mengelilingi inti dengan kecepatan yang sangat tinggi.
4. Sebagian besar partikel α lewat tanpa mengalami pembelokkan/hambatan. Sebagian kecil dibelokkan, dan sedikit sekali yang dipantulkan.
5. Awan elektron tidak mempengaruhi penyebaran partikel alfa

Kelebihan Model Atom Rutherford

1. Mudah dipahami untuk menjelaskan struktur atom yang rumit
2. Dapat menjelaskan bentuk lintasan elektron yang mengelilingi inti atom
3. Dapat menggambarkan gerak elektron disekitar inti

 Kelemahan Model Atom Rutherford

1. 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.
2. Model atom rutherford ini belum mampu menjelaskan dimana letak elektron dan cara rotasinya terhadap inti atom.
3. Elektron memancarkan energi ketika bergerak, sehingga energi atom menjadi tidak stabil.
4. Tidak dapat menjelaskan spektrum garis pada atom hidrogen (H).

    d.    Teori Niels Bohr

Gambar 4.   Niels Bohr (1913)
sumber: id.wikipedia.org

Teori Atom Bohr adalah model yang diajukan pada 1913 oleh ilmuwan Denmark Niels Henrik Bohr. Teori Atom Bohr dianggap sebagai model yang paling dekat dengan teori ini, yang membentuk dasar model atom modern yang diterima saat ini. Niels Henrik Bohr mengungkapkan model atom ini menggunakan teori kuantum Foton Einstein dan Planck. Bohr menyebutkan lintasan tertentu dalam Teori Atom Bohr.

Ia juga menjelaskan konsep jari-jari atom, tingkat energi, eksitasi, ionisasi dan teleportasi dalam teorinya. Dalam semua model atom yang dijelaskan sejauh ini, telah dijelaskan bahwa ada proton bermuatan (+) dan neutron tidak bermuatan di dalam inti atom, dan elektron beredar dalam orbit melingkar di sekitar inti. Tidak ada hasil yang ditemukan mengenai letak orbit elektron-elektron ini di sekitar nukleus, berapa kecepatan dan momentumnya. Bohr dengan eksperimennya mempelajari pergerakan elektron dari titik ini dalam Teori Atom Bohr.

Mengutip Modul Kimia Kelas X (2020:9) karya Fadillah Okty Myranthika, terdapat sejumlah empat poin kesimpulan yang didapatkan dari sifat atom menurut teori atom Bohr. Berikut ini poin-poin sifat tersebut: 

1. Atom terbentuk dari sebuah inti yang memiliki muatan positif lalu dikelilingi oleh elektron yang menyerupai lintasan (bermuatan negatif). 
2. Elektron yang mengelilingi atom bisa pindah dari satu lintasan ke jalur lain jika elektron pindah ke lintasan yang lebih tinggi. 
3. Atom akan melakukan penyerapan energi, apabila pindahnya ke lintasan yang lebih rendah, akan memancarkan energi. 

Saat elektron semakin dekat dengan inti, terjadi gaya tarik menarik. Dalam hal ini, energi potensial elektron terbentuk. Saat elektron mendekati nukleus, atom menjadi stabil dan energi potensialnya berkurang.

Struktur Atom

    A.    Notasi Atom

Notasi dalam inti atom

• Jumlah elektron (e) : ditentukan oleh nomor atom

• Jumlah proton (p) : ditentukan oleh nomor atom

• Jumlah netron (n) : ditentukan oleh rumus, n =  A - Z

Contoh

Perhatikan Notasi berikut:

Berapakah jumlah elektron, proton dan netron pada unsur klor tersebut?

Jawab

    

 

Atom bermuatan 

• Atom bermuatan positip (+) : atom melepaskan elektron

• Atom bermuatan negatip (-) : atom menangkap elektron

Contoh ;

Berikut video contoh cara menghitungnya:

Video 1. Cara Menghitung Jumlah Elektron, Proton dan Neutron

    

 B.    Isotop, Isoton, dan Isobar

Isotop adalah atom-atom yang memiliki nomor atom sama tetapi berbeda nomor massanya.

Contoh:

Kesimpulan:   

Atom-atom Karbon dan Uranium memiliki nomor atom yang sama tetapi berbeda nomor massanya. 

Isobar adalah atom yang mempunyai nomor atom berbeda tetapi memiliki nomor massa yang sama.

Contoh:

Kesimpulan:   

Atom-atom Karbon dan Nitrogen serta Kalsium dan Kalium memiliki nomor massa yang sama tetapi berbeda nomor atom. 

 

Isoton adalah atom yang mempunyai nomor atom dan nomor massa berbeda tetapi memiliki jumlah neutron yang sama.

Contoh:

Kesimpulan:   

Atom-atom Oksigen dan Nitrogen serta Silikon dan Fosfor memiliki jumlah neutron yang sama . (Simak video untuk me-review).

 

    C.    Konfigurasi Elektron

    1.    Berdasarkan Kulit Atom

Silakan simak video berikut ini!

Video 2. Cara Menentukan Konfigurasi Elektron Berdasarkan Kulit

Jumlah kulit atom ada 7 kulit (K, L, M, N, O, P, Q). Setiap kulit akan terisi oleh elektron-elektron yang berputar mengilingi inti bermuatan positif pada atom tersebut. 

Posisi dan jumlah elektron di setiap kulit atom dapat ditentukan dengan rumus:

 

Jumlah elektron di Kulit ke-1 (K)     

e maks = 2  .  1            e = 2 elektron

Jumlah elektron di Kulit ke-2 (L)       

e maks = 2  .  4           e = 18 elektron

Jumlah elektron di Kulit ke-3 (M)      

e maks = 2  .  9           e = 18 elektron 

Jumlah elektron di Kulit ke-4 (N)      

e maks = 2  .  18         e = 32 elektron 

dst....

Jumlah elektron di Kulit ke-7 (Q)       

e maks = 2  .  49        e = 98 elektron

 

                       

Hubungan Konfigurasi elektron dengan Tabel Periodik Unsur

• Periode Unsur di tentukan oleh Jumlah Kulit Atom pada konfigurasi elektron
• Golongan Unsur ditentukan oleh Jumlah Elektron Valensi (Elektron yang berada di kulit terakhir) pada konfigurasi elektron

Silakan dicek pada Tabel 1. Tabel Konfigurasi Elektron, Contoh konfigurasi elektron unsur-unsur dan letaknya pada Periode dan Golongan di Tabel Periodik Unsur.  

  

Tabel 1. Konfigurasi elektron

Setelah paham cocokkan dengan posisinya pada Gambar 5. Tabel Periodik Unsur

  

2.   Berdasarkan Sub Kulit Atom

Sub Kulit adalah bagian-bagian dari kulit atom terdiri dari 4 bagian 

Sub kulit     s  : jumlah elektron maksimalnya adalah 2 elektron

Sub kulit     p  : jumlah elektron maksimalnya adalah 6 elektron

Sub kulit     d  : jumlah elektron maksimalnya adalah 10 elektron

Sub kulit     f  : jumlah elektron maksimalnya adalah 14 elektron

Cara menuliskan notasi pada sub kulit

• Aturan Aufbaw

   

Simulasi Cara menuliskan Konfigurasi elektron

               

Silakan simak video lengkapnya berikut ini!

Video 3. Cara Menuliskan Konfigurasi elektron berdasarkan subkulit

Aturan Hund (Orbital)

• Sub kulit s  : memiliki 1 orbital sehingga jumlah elektron  adalah 2 elektron
• Sub kulit p  : memiliki 3 orbital sehingga jumlah elektron  adalah 6 elektron
• Sub kulit d  : memiliki 5 orbital sehingga jumlah elektron  adalah 10 elektron
• Sub kulit f  : memiliki 7 orbital sehingga jumlah elektron  adalah 14 elektron

Aturan Menulis Konfigurasi Elektron

Mekanika Kuantum

Menentukan Bilangan Kuantum

Video 4. Cara Menentukan Bilangan Kuantum

CONTOH SOAL: 

    1.    Tuliskan konfigurasi elektron dari unsur Cu dengan nomor atom 29.

    2.    Tentukan posisi unsur pada soal nomor 1 di dalam tabel periodik unsur

    3.    Tentukan bilangan kuantum dari unsur Fe dengan nomor atom 26, 

            Dan ada berapkah orbital yang terisi elektron berpasangan?

    4.    Tentukan bilangan kuantum dari unsur X dengan nomor atom 51

    5.    Tentukan unsur di dalam tabel periodik unsur yang memiliki bilangan kuantum

            n = 4 ;  l = 1 ;  m = +1 ;   s = -1/2

 Jawab

1.     Konfigurasi elektron 29 Cu 

 

     Penjelasannya :

Penulisan konfigurasi elektron yang lebih tepat adalah pada urutan nomor 3 dan 4. Pada urutan nomor 3, elektron mengalami perpindahan dari sub kulit 4s ditarik masuk ke sub kulit 3d, karena sistem penuh.  

"Jika elektron pada orbital sub kulit d mengalami kekurangan 1 elektron sebelum ia penuh (9 elektron) atau sebelum ia setengah penuh (4 elektron) maka sifat sub kulit d akan menarik 1 elektron dari sub pada kulit terluar", dalam hal ini adalah sub kulit s. Sifat khusus pada konfigurasi elektron. 

Tetapi untuk menentukan bilangan kuantum, konfigurasi elektron yang digunakan adalah konfigurasi elektron pada aturan Aufbaw.

 

2.  Letak unsur Cu dalam Tabel Periodik Unsur Periode ke-4 dan golongan IB 

     dengan rincian sebagai berikut,

        Nomor kulit terbesar  adalah : 4

        Jumlah elektron dari sub kulit 3d dan 4s adalah 11, 

        oleh sebab itu Golongannya IB

Pada golongan B, cara penentuannya dengan menjumlahkan elektron yang berada di sub kulit d dan s. Dengan rincian sebagai berikut,

• Jumlah elektron 3     :  III B 
• Jumlah elektron 4     :  IV B
• Jumlah elektron 5     :  V B
• Jumlah elektron 6     :  VI B
• Jumlah elektron 7     :  VII B
• Jumlah elektron 8     :  VIII B
• Jumlah elektron 9     :  VIII B
• Jumlah elektron 10   :  VIII B
• Jumlah elektron 11    :  I B
• Jumlah elektron 12    :  II B

3.   Bilangan Kuantum Fe  adalah  n = 3;  l = 2;  m = -2;  s = -1/2 ; 

      Dan Jumlah orbital yang terisi elektron berpasangan ada 11 orbital. 

         Penjelasannya :

4.   Konfigurasi elektron  51  X dan bilangan kuantumnya adalah sebagai berikut

          

        Bilangan kuantumnya adalah    n = 5 ;   l = 1 ;   m = +1 ;   s = +1/2  

• Nomor kulitnya  5,  maka n = 5, 
• Sub kulit d memiliki bilangan kuantum azimut  l = 2, 
• Elektron terakhirnya berada pada orbital +1,  maka  m = +1, 
• Arah elektron terakhirnya ke atas,  maka  s = +1/2,

        Dan unsur X dengan nomor atom 51 adalah unsur Sb, Stibium atau antimon

 5.   Unsur dengan bilangan kuantum tersebut adalah Br dengan nomor atom 35 

        Penjelasannya:

"Setelah mendapatkan konfigurasi terakhirnya, tentukan konfigurasi unsur tersebut menurut Aufbaw. Kemudian hitung jumlah elektronnya".

 

Sifat Periodik Unsur

Tabel Periodik Unsur

Gambar 5.   Tabel Periodik Unsur

Periode adalah bagian yang horisontal (mendatar) pada tabel

Golongan adalah bagian yang vertikal (tegak lurus/kolom) pada tabel

 

Perhatikan Tabel berikut ini

Tabel 2. Unsur-unsur dalam Golongan Utama

Channel Education