Struktur Atom

Posted on

STRUKTUR
ATOM
A.    PERKEMBANGAN
TEORI ATOM
1.      MODEL
ATOM JOHN DALTON
a.       Atom
adalah bagian terkecil penyusun materi yang tidak dapat dibagi lagi.
b.      Atom-atom
suatu unsur yang sejenis mempunyai sifat yang sama, sedangkan atom yang berbeda
mempunyai sifat yang berbeda pula
c.       Atom-atom
dapat bergabung membentuk molekul unsur atau melokul senyawa.
d.      Suatu
reaksi kimia semata-mata merupakan pemindahan atom-atom dari satu set kombinasi
ke kombinasi yang lain. Atom-atom itu secara individual selalu tetap dan tidak
berubah.
Model
atom yang dikemukakan oleh Dalton merupakan model atom ilmiah yang pertama kali
karena dilandasi oleh hasil percobaan, yaitu berdasarkan hukum kekelan massa
dan perbandingan tetap.
Kelemahan :
Teori Dalton tidak menerapkan hubungan antara larutan
senyawa dan daya hantar arus listrik
.
Beberapa hasil eksperimen  menunjukkan kelemahan  model atom Dalton diantaranya:
    
Percobaan
tabung lucutan gas
    
Percobaan
sinar katoda
     Percobaan Millikan
2.        
MODEL ATOM J J THOMSON
Berdasarkan penemuan perbandingan
e/m (e = muatan elektron; m = massa elektron), Thomson mengemukakan teorinya “Atom
mempunyai muatan positif yang terbagi merata ke seluruh isi atom, dan
dinetralkan oleh elektron yang tersebar di antara muatan listrik positif  (seperti roti kismis).
3.        
MODEL ATOM RUTHERFORD
Setelah
melakukan banyak kemajuan dengan mempelajari keradioaktifan, fisikawan Inggris
Ernest Rutherford (1871-1937) menjadi tertarik pada struktur atom, asal radiasi
radioaktif. Ia menembaki lempeng tipis logam (ketebalan 104 atoms)
dengan berkas paralel partikel α (di kemudian hari ditemukan bahwa partikel α
adalah inti atom He). Ia merencanakan menentukan sudut partikel yang terhambur
dengan menghitung jumlah sintilasi di layar ZnS . Hasilnya sangat menarik.
Sebagian besar partikel melalui lempeng tersebut. Beberapa partikel terpental
balik. Untuk menjelaskan hal yang tak terduga ini, Rutherford mengusulkan
adanya inti atom .

Sangat aneh
mendapati sebagian besar partikel berbalik, dan beberapa bahkan 180 derajat.
Rutherford menyatakan bahwa dalam atom harus ada partikel yang massa cukup
besar sehingga patikel α yang memiliki massa sebesar massa atom helium
tertolak, dan yang jari-jarinya sangat kecil.
Menurut ide
Rutherford, muatan positif atom terpusat di bagian pusat (dengan jari-jari
terhitung sekitar 10-12 cm) sementara muatan negatifnya terdispersi
di seluruh ruang atom. Partikel kecil di pusat ini disebut dengan inti. Semua
model atom sebelumnya sebagai ruang yang seragam dengan demikian ditolak.
Namun, model
atom Rutherford yang terdiri atas inti kecil dengan elektron terdispersi di
sekitarnya tidak dapat menjelaskan semua fenomena yang dikenal. Bila elektron
tidak bergerak, elektron akan bersatu dengan inti karena tarikan elektrostatik
(gaya Coulomb). Hal ini jelas tidak mungkin terjadi sebab atom adalah kesatuan
yang stabil. Bila elektron mengelilingi inti seperti planet dalam pengaruh
gravitasi matahari, elektron akan mengalami percepatan dan akan kehilangan energi
melalui radiasi elektromagnetik. Akibatnya,
orbitnya akan semakin dekat ke inti dan akhirnya elektron akan jatuh ke inti.
Dengan demikian, atom akan memancarkan spektrum yang kontinyu. Tetapi faktanya,
atom yang stabil dan diketahui atom memancarkan spektrum garis bukan spektrum
kontinyu.
Kelemahan teori Rutherford:
1.  elektron dapat “runtuh” ke inti atom karena dipercepat dan
memancarkan energi.
2.  spektrum atom hidrogen berupa spektrum kontinu (kenyataannya spektrum
garis).
4.     
MODEL ATOM NIELS BOHR
 Berdasarkan model atom Rutherford dan teori
kuantum, Neils Bohr mengemukakan teorinya:
1.  Elektron hanya dapat mengelilingi inti atom melalui lintasan-lintasan
tertentu saja, tanpa membebaskan energi. Masing-masing lintasan hanya dapat
dilalui elektron yang memiliki momentum anguler kelipatan bulat dari h/2
p.

m . v . r = n . h/2p

2.  Elektron akan mengalami eksitasi (pindah ke lintasan yang lebih tinggi)
atau ionisasi jika menyerap energi, dan transisi ke lintasan yang lebih rendah
jika memancarkan energi foton.

Jari-jari lintasan elektron:

rn = 5.28 x 10-11 n2 meter

n = 1, 2, 3, ………….. = bilangan kuantum utama

Tingkat-tingkat energi (energi kulit ke-n):

En = – (k e2/2 r n2)= (-13.6/n2) ev

1 eV= 1.6 x 10-19 joule


SPEKTRUM ATOM HIDROGEN (SPEKTRUM GARIS)

Menurut Neils Bohr :
1/l = R [ (1/nA2) – (1/nB2) ]
DE = EB – EA = h . c/l
    EB = energi pada kulit n
EA = energi pada kulit nA
R = konstanta Rydberg = 1.097 x 107 m-1
DE = energi
yang diserap/dipancarkan pada saat elektron pindah

Kelemahan Model
Atom Bohr:
1.  Tidak dapat menerangkan atom berelektron banyak
2.  Tidak dapat menerangkan pengaruh medan magnet terhadap spektrum atom
(kelemahan ini dapat diperbaiki oleh Zeeman, yaitu setiap garis pada spektrum
memiliki intensitas dan panjang gelombang yang berbeda)
3.  Tidak dapat menerangkan kejadian ikatan kimia
B.       PARTIKEL DASAR
PENYUSUN ATOM
Proton,
neutron dan elektron
massa relatif
muatan relatif
proton
1
+1
neutron
1
0
elektron
1/1836
-1
o  Nukleus

Nukleus berada di tengah atom; ia mengandung proton dan neutron. Kumpulan
proton dan neutron disebut juga nukleon.
Pada hakekatnya, seluruh massa atom
berpusat di nukleus, karena massa elektron sangat kecil. Memahami jumlah
proton dan neutron
Jumlah proton = NOMOR ATOM dari atom
Nomor atom sering disebut juga nomor
proton
.
Jumlah proton + Jumlah neutron = NOMOR MASSA dari atom
Nomor massa disebut juga nomor
nukleon
.
Informasi nomor atom dan nomor massa
biasanya disingkat dalam bentuk :
blankblank
Contoh: banyaknya proton dan neutron
yang dimiliki oleh atom tersebut di atas adalah
Nomor atom merupakan jumlah proton
(9) dan nomor massa merupakan jumlah proton + neutron (19). Jika atom terdiri
dari 9 proton, maka akan ada 10 neutron sehingga total keseluruhannya 19.
o 
Elektron
Memahami jumlah elektron
Atom bermuatan netral. Ke-positif-an proton
diseimbangkan dengan ke-negatif-an elektron. Hal ini menunjukkan bahwa di dalam
atom netral :
blankbanyaknya elektron = banyaknya proton
ü Susunan dari
elektron-elektron
Elektron-elektron berada pada jarak
tertentu dari nukleus di dalam suatu rangkaian level yang disebut dengan level
energi. Tiap level energi hanya dapat diisi elektron dalam jumlah tertentu.
Level energi pertama (terdekat dengan nukleus) terdiri dari 2 elekton, level
kedua 8, dan level ketiga juga akan penuh ketika terisi 8 elektron.
Level-level ini berada dalam jarak
yang cukup jauh dari nukleus. Elektron-elektron akan selalu berada pada level
energi serendah mungkin selama level tersebut belum terisi penuh.
ü
Struktur dan diagram elektron
Dalam kimia
dasar kita akan menemukan struktur elektronik dari hidrogen dan karbon, seperti
gambar di bawah ini :
blankblank
Lingkaran-lingkaran
tersebut menggambarkan tingkat energi – yang sama dengan peningkatan jarak dari
nukleus. Kita dapat membentangkan lingkaran tersebut dan menggambar struktur
elektron tersebut dalam diagram elektron yang lebih sederhana.
ü ISTILAH-ISTILAH YANG BERKAITAN DENGAN INTI ATOM
©                  

Istilah lain
yang digunakan untuk menyatakan suatu jenis inti atom adalah Nuklida. Nuklida
atau jenis inti atom yang ada di alam ini jauh lebih banyak daripada unsur
karena setiap unsur mungkin saja terdiri atas beberapa nuklida.

Berbeda halnya dengan penulisan unsur yang cukup dituliskan dengan lambang
atomnya saja, misalnya unsur emas adalah Au dan unsur besi adalah Fe, penulisan
nuklida atau jenis inti atom harus diikuti dengan jumlah proton dan jumlah
neutronnya sebagaimana konvensi penulisan (notasi atomik) sebagai berikut :
blank
di mana :
X = simbol atom
Z = nomor atom
A = nomor massa
Meskipun tidak dituliskan pada simbol nuklida, jumlah neutron sering dituliskan
sebagai N dengan hubungan :
N = A – Z
Sebagai contoh nuklida 6C14 adalah inti atom Karbon (C) yang mempunyai enam
buah proton (Z = 6) dan delapan buah neutron (N = A – Z = 8). Cara penulisan
nuklida tersebut hanyalah merupakan konvensi atau kesepakatan saja dan bukan
suatu ketentuan sehingga masih terdapat beberapa cara penulisan yang berbeda.
Salah satu cara penulisan lain yang paling sering dijumpai adalah tanpa
menuliskan nomor atomya seperti berikut ini :

blank
Sebagai
contoh nuklida He4 atau He-4 dan Co-60. Nomor atom dapat diketahui dari jenis
atomnya karena setiap atom yang berbeda akan memiliki jumlah proton yang
berbeda sehingga nomor atomnya pun berbeda. Dari Tabel Periodik dapat dilihat
bahwa nomor atom Helium (He) adalah 2 sedangkan nomor atom Cobalt (Co) adalah
27, sehingga dengan cara penulisan tersebut juga dapat ditentukan jumlah proton
maupun neutronnya. Sebagai contoh Ir-192 memiliki 77 proton dan 115 neutron,
karena dengan melihat tabel periodik dapat ditentukan bahwa nomor atom Ir
adalah 77. Penulisan Ir-192 sesuai dengan konvensi di atas adalah sebagai
berikut :

blank
Terdapat
beberapa istilah yang berkaitan dengan komposisi jumlah proton dan jumlah
neutron di dalam inti atom yaitu isotop, isobar, isoton dan isomer.
a. Isotop

Isotop adalah inti atom atau nuklida yang mempunyai nomor atom (jumlah proton)
sama tetapi mempunyai nomor massa (jumlah neutron) berbeda.

Berdasarkan definisi tersebut dapat disimpulkan bahwa suatu unsur dapat
memiliki berbagai macam bentuk atom. Contohnya adalah atom Helium yang
mempunyai 3 macam isotop berupa :
blank

b. Isobar

Isobar adalah inti atom atau nuklida yang mempunyai nomor massa (jumlah proton
dan jumlah neutron) sama tetapi mempunyai nomor atom (jumlah proton) berbeda.

Contoh :
blank

c. Isoton

Isoton adalah inti atom atau nuklida yang mempunyai jumlah neutron sama tetapi
mempunyai nomor atom (jumlah proton) berbeda.

Contoh :
blank

d. Isomer

Isomer adalah inti atom atau nuklidayang mempunyai nomor atom maupun nomor
massa sama tetapi mempunyai tingkat energi yang berbeda. Inti atom yang
memiliki tingkat energi lebih tinggi daripada tingkat energi dasarnya biasanya
diberi tanda asterisk (*) atau m.

Contoh :
blank

Kedua
nuklida tersebut di atas mempunyai jumlah proton dan jumlah neutron yang sama
tetapi tingkat energinya berbeda. Tingkat energi 28Ni60 berada pada keadaan
dasarnya, sedangkan 28Ni60* tidak pada keadaan dasarnya atau pada keadaan
tereksitasi.

 Nomor Atom

Nomor Atom
adalah jumlah proton di dalam suatu inti atom. Nomor Atom ini dinyatakan dengan
simbol Z. Jadi :
Nomor Atom (Z) = jumlah proton dalam inti atom
Sebagai contoh :
Atom Hidrogen punya 1 proton —–> Z = 1
Atom Helium punya 2 proton —–> Z = 2
Atom Carbon punya 6 proton —–> Z = 6
Nomer atom menentukan elemen kimia dari atom tersebut. Semua atom yang memiliki
nomer atom yang sama akan memiliki sifat fisika yang bermacam-macam dan
menunjukkan sifat kimia yang sama. Berdasarkan tabel periodik, elemen kimia
dapat diurutkan menurut peningkatan nomer atom.

Nomor
Massa

Nomor Massa
adalah jumlah proton dan neutron yang ada di dalam inti atom. Dalam hal ini
massa elektron yang sangat kecil diabaikan. Nomor Massa ini dinyatakan dengan
simbol A. Jadi :
Nomor Massa (A) = jumlah proton + jumlah neutron
Sebagai contoh untuk atom Hidrogen (H) akan diperoleh :
1 proton = 1
0 neutron = 0
1 elektron = – (diabaikan)
Nomor Massa = 1
Sedangkan untuk atom Helium (He) akan diperoleh:
2 proton = 2
2 neutron = 2
2 elektron = – (diabaikan)
Nomor Massa = 4

o  Bilangan-bilangan
Kuantum
Daerah dalam ruang di sekitar inti dengan
probabilitas menemukan elektron disebut orbital. Suatu orbital mempunyai bentuk
dan tingkat energi tertentu. Istilah orbital berbeda dengan istilah orbit yang
digunakan oleh Bohr. Orbit berupa suatu lingkaran dengan jari-jari tertentu
sedangkan orbital berupa suatu daerah dengan kebolehjadian menemukan elektron.
a.   
Bilangan
kuantum utama (n)
b.   
Bilangan
kuantum azimuth (1)
c.   
Bilangan
kuantum magnetik (m)
a.   
Bilangan kuantum utama (n)
Bilangan kuantum utama menunjukkan kulit utama yang
menggambarkan jarak rata-rata elektron dari ini atom.
Sama seperti pada molekul atom
Bohr, bilangan kuantum utama mempunyai harga semua bilangan bulat positif dan
dinyatakan dengan lambang K, L, M, N,O, P, Q dan seterusnya.
           
l
1
2
3
4
5
6
7
dan seterusnya
Lambang
K
L
M
N
O
P
Q
dan seterusnya
b.   
Bilangan kuantum azimuth
(1)
Bilangan
kuantum azimuth menunjukkan sub-kulit.harga-harga bilangan kuantum azimuth
ialah semua bilangan bulat dari 0 sampai (n
– 1
) dan dinyatakan dengan lambang s, p, d, f, dan seterusnya.
           
N
1
2
3
4
dan seterusnya
Lambang
s
p
d
f
dan seterusnya
Untuk   n = 1 (kulit K) à 1 = 0 (sub-kulit) ditandai dengan 1s
            n = 2 (kulit L) à 1 = 0 dan 1 (2 sub-kulit) ditandai dengan 2s dan 2p
            n = 3 (kulit M) à 1 = 0, 1 dan 2 (3 sub-kulit) ditandai dengan 3s, 3p dan 3d
            n = 4 (kulit N) à 1 = 0, 1, 2 dan 3 (4 sub-kulit) ditandai dengan 4s, 4p,
4d dan 4f
c.   
 Bilangan
kuantum magnetik (m)
Bilangan
kuantum magnetik menunjukkan jumlah orbital dari setiap sub-kulit. Harga-harga
bilangan kuantum magnetik tergantung pada harga bilangan kuantum azimuthnya,
yaitu semua bilangan bulat mulai dari –l sampai
dengan +l, termasuk 0:
            m
= 0; ±1, ±2,  … ±l
Untuk   l =
1 (sub-kulit s)
à m  = 0 (1 orbital)
            l
= 2 (sub-kulit p)
à m  = –1; 0 dan +1 (3 orbital)
            l
= 3 (sub-kulit d)
à m = –2; –1; 0, +1 dan +2 (5 orbital)
            l
= 4 (sub-kulit f)
à m = –3; –2; –1; 0, +1, +2 dan +3 (7 orbital)
Hubungan  harga-harga n, l dan m untuk n = 1 sampai dengan 4 dapat dilihat pada
tabel berikut :
n
l
Lambang
Sub-kulit
m
Jumlah
Orbital
1
0
1s
0
1
2
0
1
2s
2p
0
–1, 0, +1
1
3
3
0
1
2
3s
3p
3d
0
–1, 0, +1
–2, –1, 0, +1, +2
1
3
5
4
0
1
2
3
4s
4p
4d
4f
0
–1, 0, +1
–2, –1, 0, +1, +2
–3, –2, –1, 0, +1, +2, +3
1
3
5
7