Struktur Atom

BAB II. SRUKTUR ATOM

1 . Pendahuluan

Stuktrur atom dalam ilmu kimia sangat penting artinya. Karena dalam struktur atom akan dipelajari tentang tatana atom yang merupkan bagian terkecil dari suatu materi tersusun atas partikel protnon, neutron, dan elekton. Dimana pertikel-partikel tersebut menetukan sifat-sifat dari suatu materi .

2 . Partikel Dasar Atom

A. Elektron

Sinar katoda pertama kali dipelajari secara mendalam oleh J.Plucker tahun 1858, yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut :

1. Sinar katoda yang dipancarkan oleh katoda dalam sebuah tabung hampa bila dilewati

arus litrik

2. Sinar ini merambat pada garis lurus dari katoda, kecuali dikenai gaya dari luar.

3. Sinar katoda dibelokkan oleh medan listrik dan magnit; sehubungan dengan hal itu diperkirakan partikelnya bermuatan negatif.

4. Sifat ini trdiri dari partikel-partikel degan masa yang pasti, masa elektron 9,1076 x 10^-28

5. Sifat sinar katoda (elektron ) adklah sama . Tak tergantung dari bahan apa katoda itu , macam gas yang ada pada tabung gas, macam kawat yang digunakan sebagai penghantar arus listrik ke katoda dan bahan yang digunakan untuk menghasilkan arus listrik.

B. Proton

Sinar katoda mengalir kearah anoda. Tumbukan dengan sisa atom gas melepaskan elektron dari atom gas, menghasilkan ion yang bermuatan positif. Ion-ion ini menuju ke katoda negatif tetapi sebagian dari ion-ion ini lolos melewati lubang pada katoda dan merupakan arus partikel mengarah kesisi lain. Berkas sinar positif ini disebut sinar positif atau sinatr kannal

Moseley menyatakan bahwa atom hidrogen terdiri dari 1 proton, helium 2 proton, dan litium 3 proton dalam intinya. Jadi nomor atom pastilah banyak protonnya.Karena atom netral maka jumlah elektron harus sama dengan jumlah proton dalam suatu atom.

C. Neutron

Fakta menunjukan bahwa masa elektron tidak cukup untuk menjelaskan masa total atom. Hal ini mendorong para ilmuan untuk mencari suatu pertikel tidak bermuatan yang kehaduirannya dapat menjelaskan masa tambahan atom tanpa mengganggu kesetimbangan antar proton dan elektron . Pada tahun 1932, J Chadwik menemukn partikel tidak bermuatan , partikel ini disebut neutron .Neutron merupakan suatu partikel yang tidak bermuatan listrik dan mempunyai masa 1,0087 sma.

Dengan ditemukannya neutron, ahli kimia dapat mencocokkan sifat-sfat dasar atom dalam ketiga partikel dasar.Suatu atom dapat didepenisikan sebagai partikel netral yang tediri dari proton, neutron, dan elektron.

Nomor atom = jumlah proton = jumlah elektron

Nomar masa = jumlah proton + jumlah elektron

Contoh soal

Berapa jumlah proton, elektron, dan neutron unsur ₁₂m_g²⁴ .

Penyelesaian:

Untuk unsur netral maka nomor atom = jumlah proton = jumlah elektron

Jumlah proton (p) = 12

Jumlah elektron (e) = 12

Jumlah neutron = Nomor masa – jumlah proton

= 24 – 12 = 12

3 . Model Atom

A. Model atom Dalton

Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan teori atom yang dapat menerangkan perubahan-perubahan kimia. Teori Atom yang dikemukakan Dalton adalah :

1. Zat terdiri dari partikel-partikel kecil yang disebut atom.

2. Atom suatu zat tidak dapat diuraikan menjadi partikel yang lebih kecil, dan tidak dapat diubah menjadi partikel yang lebih kecil, dan tidak dapat diubah menjadi atom zat lain.

3. Atom-atom setiap zat adalah identik, artinya mempunyai bentuk, ukuran, dan masa yang sama .

4. Atom suatu zat berbeda sifat dengan atom zat lain.

5. Persekutua antara dua atom atau lebih akan menghasilakan “atom senyawa”

Akan tetapi, kemajuan yang sangat pesat pada dalam bidang sains pada awal abad ke 19 para ahli tidak sepenuhnya menerima teori atom dalam Dalton tersebut . Hal ini ditandai dengan banyaknya eksperimen yang dilakuakan terhadap materi . Dan keyakinan tak dapat terbagipun mulai goyah.

B. Model Atom Rutherford

Sekitar tahu8n 1911 Rutherford dan mahasiswanya Hans Geiger dan Ernest Marsden melakukan percobaan penghamburan sinar α yang dijatuhkan pada lempeng emas yang sangat tipis dan logam lain sebagai sasaran partikel α Yng berasal dari radioaktif .

1. Sebagian besar dari partikel α menembus lempeng logam tanpa pembelokan .

2. Sebagian (1 dari 20000) mengalami pembelokan setelah menembus lempeng logam.

3. dalam jumlah yang sama tidak menebus lempeng logam sama sekali tetapi berbalik arah ssuai datangnya arah sinar.

Akhirnya, Rutherford beranggapan bahwa atom terdiri dari inti yang sangat kecil sebagai pusat masa dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif.

C. Model Atom Niels Bohr

Pada tahun 1913 Niels Bohr mengemukakan postulat-postulatnya , yang selanjutnya dikenal dengan model atom Niels Bohr :

1. Elektron mengelilingi inti dalm lintasan yang berbentuk lingkaran yang disebut dengan orbit.

2. Elektron dalam keadaan ststioner tidak memancarkan energi sehingga energi elektron tidak berubah dan lintasan elektron tidak makin mengecil, tetapi tertentu dengan energi tertentu.

3. Elektron memiliki momentum anguler tertentu ,yang terakuantisasi dalam satuan h/2Л, h adalah \tapan Planck = 6,63 x 10^-34

4. Perubahan energi dapat terjadi bila elektron berpindah dari lintasan yang satu dengan lintasan yang lain

D. Model Atom Mekanika Kuantum

Diparuh abad ke 20, mulai diketahui bahwa gelombang elektromagnetik , yang sebelumnya dianggap sebagai atom murni berperilaku seperti partikel(foton) . Fisikawan Prancis Louis Victor De Broglie mengasumsikan bahwa bersifat sebagai materi sebaliknya materi juga berperilaku seperti gelombang. De Broglie menggap setiap partikeldengan momentum p = mv disertai dengan gelombang dengan panjang gelombang

Fisikawan jerman Werner Karl Heinsberg menyatakan tidak mungkin menentukan sexara akurat posisi dan momentum secara simultan partikel yang sangat kecil semacam elektron. Untuk mengamati partikel seseorang harus meradiasi partikel dengan cahaya. Tumbukan antara partikel dengan poton akan mengubah posisi dan momentum partikel .

4 . Bilangan kuantum

Untuk mengetahui posisi yang tepat dari suatu elektron maka pada setiap elektron diberikan 4 harga bilangan utama :

A. Bilangan Kuantum Utama

Bilangan kuantum utama menunjukkan angka tingkat energi utama yang ditempati elektron pada keadaan dasar. Suatu atom berada dalam keadaan dasar jika elektron- elektronnuya menempati tingkat energi terendah . Ada 7 tingkat energi utama, ini sesuai dengan jumlah periode yang ada dalam sistem periodik .

Elektron pada kulit 1 memiliki harga n = 1. Elektron pada kulit ke 2 memiliki harga n = 2 dan seterusnya ,

B. Bilangan Kuantum Azimut

Bilangan kuantum azimut menyatakan sub tingkat energi yang mungkin ditempati oleh elektron dalam suatu tingkat energi tertentu . Bilangan kuantum azimut menyatakan bentuk orbital suatu atom .

Elektron di sub kulit s memiliki harga l = 0, sub kulit p memiliki l = 1, sub kulit d memiliki l= 2, sub kulit f memiliki l = 3.

C. Bilangan Kuantum Magnetik

Bilangan kuantum menyatakan orbital yang mungkin ditempati elektron. Sub kulit s memiliki 1 orbital , sub kulit p memiliki 3 orbital, sub kulit d memiliki 5 orbital dan sub kulit f memiliki 7 orbital.

Harga bilangan kuantum magnetik adalah –l s/d +l

Jika l = 0 maka m = 0

l = 1 maka m = -1, 0, +1

l = 2 maka m = -2, -1, 0, +1, +2

Contoh soal :

Berapa nilai yang diijinkan jika n = 3 ? Berapa banyak orbital yang mungkin jika n = 3 ?

Penyelesaian :

a. harga yang diijinkan untuk l = 0 sampai n-1 , sehingga jika n=3 ,maka n = 0, 1, 2

b. harga l menunjukkan bentuk orbital

Sebagaimana jawaban (a) jika n = 3, l berharga 0, 1, 2 .Masing-masing harga l itu mempunyai m berharga 0 untuk l = 0

+1, 0, -1 untuk l = 1

+2, +1, 0, -1, -2 untuk l = 2

Jadi jumlah total orbital jika n = 3 adalah 9

D. Bilangan Kuantum Spin

Bilangan kuantum spins menyatakan arah rotasi dari elektron dalam orbital.

Dua buah elektron yang mengisi setiap orbital memiliki harga s = +1/2 dan s = -1/2

5 . Konfigurasi Elektron

Setiap sub kulit memiliki dsejumlah orbital tertentu serta setiap orbital maksimum ditempati oleh dua elektron . Orbital yang berisi 2 elektron disebut orbital penuh,berisi 1 elektron disebut orbital setengah penuh , jika tidak mengandung elektron disebut orbital kosong

Hubungan Jumlah Orbital dan Jumlah Elektron Maksimum Setiap Sub Kulit

Sub kulit	Jumlah Orbital	Elektron Maksimum
s p d f	1 3 5 7	2 6 10 14

Pengisian elektrom pada setiap orbital pada setiap sub kulit tidaklah sembarangan, melainkan mengikuti hikum-hukum yang bersifat periodik :

a. Aturan Aufbau

Aturan Aufbau menjelaskan bahwa elektron mulai mengisi orbital dari tingkat energi yang terendah ke tingkat energi yang lebih tinggi.Urutan pengisian pada setiap sub kulit adalah sebagai berikut :

1s

2s 2p

3s 3p 3d

4s 4p 4d 4f

5s 5p 5d 5f

6s 6p 6d

7s 7p

Urutan tersebut berdasarkan kenaikan tingkat energi .Jadi salah jika orbital sub kulit 3d terlebih dahulu diisi baru 4s , karena tingkat energi 3d jauh lebih tinggi dari 4s.

Contoh soal :

1. a.Tentukan konfigurasi elektron ₂₆Fe

b.Berapakah jumlah elektron tiap kulit ?

a. ₂₆Fe = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹.

b. Kulit 1 (K) = 1s²

c. Kulit 2 (L) = 2s² 2p⁶

d. Kulit 3 (M) = 3s² 3p⁶

e. Kulit 4 (N) =

b. Aturan Hunt

Hunt menyatakan bahwa pengisian orbital pada sub kulit ( tingkat energi ) yang sama tidak akan berpasangan sebelum semua orbital setingkat diisi oleh sebuah elektron

c. Larangan Pauli

Wolfgang Pauli menyatakan bahwa tidak mungkin terdapat pada dua elektron dalam satu atom memiliki 4 bilangan kuantum yang sama. Dua elektron dapat memiliki bilangan kuantum, bilangan kuantum magnetik, dan bilangan kuantum azimut yang sama, namun bilangan spinnya akan berbeda .Hak ini terjadi karena arah perputaran sumbu yang saling berlawanan .

Jadi jumlah elektron Untuk kulit KLMN = 2 8 14 2