Struktur Atom STRUKTUR ATOM, NOMOR MASSA, NOMOR ATOM, DAN KONFIGURASI ELEKTRON 1. Struktur Atom Atom adalah partikel terkecil penyusun materi. Atom terdiri atas beberapa partikel dasar, yaitu elektron, proton, dan neutron. Adanya partikel-partikel inilah yang menyebabkan atom mempunyai sifat listrik, sebab elektron bermuatan negatif, proton bermuatan positif, dan neutron tidak bermuatan. Atom unsur yang satu berbeda dengan atom unsur yang lain disebabkan adanya perbedaan susunan partikel subatom yang menyusunnya a. Elektron Tahun 1838, Michael Faraday mengemukakan bahwa atom memupnyai muatan listrik. Atom-atom gas hanya dapat menghantarkan listrik dan menyala terang pada tekanan rendah dan tegangan tinggi. Tahun 1858, Heinrich Geissler dan Julius Plucker membuat percobaan dengan mengunakan dua plat logam. Plat yang bermuatan positif disebut anode dan plat yang bermuatan negatif disebut katode. Kedua plat kemudian ditempatkan dalam tabung gelas yang dihampakan, dimana kemudian kedalamnya dimasukkan gas bertekanan rendah. Ketika dihubungkan dengan listrik tegangan tinggi, maka timbullah pancaran sinar dari katodemenuju anode. Sinar itulah yang disebut sinar katode. Pada tahun 1891, George J. Stoney menamakan partikel sinar katode dengan nama elektron. Selanjutnya pada tahun 1897, Joseph John Thomson mengganti katode yang digunakan Geissler dan Plucker dengan berbagaimacam logam yang ternyata menghasilkan sinar katode yang sama. Hal ini membuktikan bahwa memang betul bahwa elektron merupakan partikel penyusun atom. Thomson juga berhasil menemukan perbandingan antara muatan dengan massa elektron yaitu C g-1. Hasil eksperimen Thomson ditindaklanjuti oleh Robert Andrew Millikan pada tahun 1908 yang dikenal dengan Model Percobaan Tetes Minyak Millikan, yang berhasil menemukan muatan elektron yaitu sebesar 1, Coulumb. Berdasarkan ekperimen tersebut di atas, maka massa elektron m dapat ditentukan dengan cara sebagai berikut maka Massa elektron m = 9, g Sehingga massa elektron adalah 9, gram, harga ini kira-kira massa atom hidrogen. Dari beberapa percobaan yang dilakukan diketahui beberapa sifat sinar katode yaitu sebagai berikut 1 Dipancarkan oleh plat bermuatan negatif dalam tabung hampa apabila dilewati listrik bertegangan tinggi. 2 Berjalan dalam garis lurus 3 Dapat memendarkan berbagai jenis zat termasuk gelas 4 Bermuatan negatif sehingga dapat dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet 5 Memiliki sifat cahaya dan sifat materi 6 Tidak tergantung pada jenis gas dan jenis elektrode. b. Proton Tahun 1886, Eugene Goldstein membuat percobaan yang sama seperti yang dilakukan Thomson, tetapi dengan memberi lubang pada katode dan mengisi tabung dengan gas hidrogen. Dari percobaan ini didapat sinar yang diteruskan merupakan radiasi partikel yang bermuatan positif dalam medan listrik dibelokkan ke kutub negatif yang disebut sinar anode. Sinar anode yang bermuatan positif ini selanjutnya disebut proton. Beberapa sifat sinar anode yang dapat diketahui adalah sebagai berikut 1 Dibelokkan dalam medan listrik dan medan magnet 2 Merupakan radiasi partikel 3 Bermuatan positif 4 Bergantung pada jenis gas dalam tabung Apabila muatan proton adalah 1, C, maka massa proton dapat ditentukan sebagai berikut maka Massa proton m = 1, g Sehingga massa proton adalah 1, gram, harga ini kira-kira x massa elektron = 1,007276 c. Neutron Tahun 1932, James Chadwick melakukan ekperimen/percobaan dengan menembakkan partikel alfa a pada lempeng berilium Be, ternyata setelah ditembakkan dengan partikel tersebut, berilium memancarkan suatu partikel yang berdaya tembus besar dan tidak dipengaruhi oleh medan listrik, hal ini membuktikan bahwa ada partikel inti yang massanya sama dengan proton, tetapi tidak mempunyai muatan sehingga partile itu ia beri nama sebagai neutron. Proton dan elektron adalah partikel penyusun inti atom yang dikenal dengan istilah nukleon. 2. Kategori Unsur Unsur adalah zat tunggal yang tidak dapat diuraikan menjadi zat lain yang lebih sederhana dengan cara kimia biasa. Unsur dapat berubah menjadi unsur lain melalui reaksi inti nuklir Pada suhu kamar ± 25oC beberapa unsur dapat berupa gas gasses, cairan liquid, dan padatan solid. Unsur ada yang mempunyai kerapatan sangat rendah, ada yang keras, lunak, dan sebagainya. Secara umum, unsur dapat digolongkan dalam 3 tiga kategori yaitu logam, nonlogam dan metaloid. a. Logam Logam mempunyai beberapa sifat fisik, yaitu 1 Pada suhu kamar berwujud padat 2 Merupakan penghantar listrik yang baik 3 Merupakan penghantar panas yang baik 4 Mempunyai kilap logam 5 Dapat ditempa menjadi membran yang sangat tipis maleabilitas 6 Dapat diregangkan jika ditarik duktilitas b. Nonlogam Unsur nonlogam umumnya ditemukan dalam bentuk senyawa serta mempunyai beberapa sifat fisik, yaitu 1 Bersifat isolator kecuali karbon C yang bersifat semikunduktor. Khusus unsur karbon, di alam terdapat dalam 2 dua alotrop, yaitu grafit dan intan. Alotrop adalah dua bentuk atau lebih molekul/kristal dari suatu unsur tertentu yang memiliki sifat fisik dan kimia berlainan. 2 Tidak mempunyai kilap logam 3 Sangat mudah rapuh 4 Umumnya berwujud gas 5 Tidak dapat ditarik c. Metaloid Unsur metaloid umumnya disebut juga sebagai semimetal, yaitu unsur peralihan dari logam ke nonlogam sehingga sebagian memiliki sifat logam dan sebagian mempunyai sifat nonlogam. Contoh unsur yang paling dikenal adalah Silikon Si. Unsur metaloid banyak dipergunakan dalam industri elektronik karena mempunyai sifat semikunduktor penghantar listrik, namun tidak sebaik logam. 3. Nomor Atom dan Nomor Massa Unsur adalah zat tunggal yang tidak dapat diuraikan menjadi zat lain yang lebih sederhana dengan cara kimia biasa. Unsur dapat berubah menjadi unsur lain melalui reaksi inti nuklir. Di dalam inti terdapat proton dan neutron yang menentukan besarnya massa sebuah atom. Jumlah proton atau muatan positif yang terdapat dalam inti atom ditunjukkan oleh Nomor Atom NA atau Z. Untuk atom yang netral jumlah muatan positif proton sama dengan jumlah muatan negatif elektron. Jumlah total keseluruhan proton dan neutron yang terdapat dalam inti atom ditunjukkan oleh Nomor Massa NM atau A. Penulisan simbol atom yang dilengkapi dengan nomor massa dan nomor atom dapat ditulis sebagai berikut dimana; A = Nomor Massa, Z = Nomor Atom , dan X = lambang unsur Perlu diketahui bahwa pada atom netral akan memiliki jumlah proton p dan elektron e yang sama dengan Nomor Massa Z sehingga Z = p = e Contoh 1. Jika atom X diketahui mempunyai 12 elektron. Tentukan Nomor Massa Z dan proton p unsur tersebut? Jawab Elektron X = 12. Jika e = p = Z, maka proton p = 12, dan Nomor Massa Z = 12 Nomor Massa A menunjukkan jumlah nukleon yaitu jumlah proton p dan neutron n dalam inti atom. Jumlah nukleon dalam suatu unsur dilambangkan sebagai berikut A = p + n; karena p = Z, maka A = Z + n Contoh 2. Jika atom X diketahui mempunyai 12 elektron dan Nomor Massa 25. Tentukan neutron n unsur tersebut? Jawab Elektron unsur X = 12, maka proton p unsur X = 12 Nomor Massa A = 25 Jika A = p + n, maka n = A – p n = 25 – 12 n = 13, sehingga jumlah neutron n unsur X adalah 13 Atom netral mempunyai jumlah proton yang sama dengan jumlah elektronnya. Jika suatu atom melepaskan elektronnya, maka atom tersebut akan bermuatan positif + yang disebut sebagai Kation, sebab jumlah proton lebih banyak dari jumlah elektron. Namun jika atom menangkap elektron, maka atom tersebut akan bermuatan negatif - yang disebut sebagai Anion, sebab jumlah elektron lebih banyak dari proton. Perubahan tersebut hanya terjadi pada elektron, sedangkan jumlah proton dan neutron tetap sama sebab inti atom tidak berubah. Contoh 3. Tentukan proton, elektron, neutron dan nomor atom dari unsur berikut a b c d e Jawab a , maka proton = 11 elektron = 11 neutron = 23 – 11 = 12 NA = 11 b , maka proton = 20 elektron = 20 neutron = 40– 20 = 20 NA = 20 c maka proton = 11 elektron = 11 – 1 = 10 neutron = 23 – 11 = 12 NA = 11 c maka proton = 20 elektron = 20 – 2 = 18 neutron = 40– 20 = 20 NA = 20 e maka proton = 17 elektron = 17 + 2 = 19 neutron = 35– 17 = 18 NA = 17 4. Konfigurasi Elektron Konfigurasi elektron adalah susunan elektron dalam atom. Susunan ini ditentukan oleh jumlah elektron yang bergerak mengelilingi inti atom pada lintasan yang disebut kulit atom. Kulit pertama diberi nama K, selanjutnya L, M, N, dst. Aturan pengisian jumlah elektron maksimum per kullit diperkenalkan oleh Pauli, dengan memakai rumum 2n2, dimana n = kulit atom. Berikut Jumlah elektron maksimum per kulit Kulit Nomor Kulit Rumusan 2n2 Elektron Maksimum K 1 2.12 2.1 = 2 L 2 2.22 2.4 = 8 M 3 2.32 2.9 = 18 N 4 2.42 2.16 = 32 O 5 2.52 2.25 = 50 P 6 2.62 2.36 = 72 Q 7 2.72 2.49 = 98 R 8 2.82 2.64 = 128 S 9 2.92 2.81 = 162 T 10 2.102 2.100 = 200 Selanjutnya, pengisian elektron per kulit harus berdasarkan aturan Aufbau, pengisian elektron dimulai dari tingkat energi terendah ke tingkat energi tertinggi. Tata Cara Penulisan Konfigurasi Elektron 1 Ketahui dahulu nomor atom unsur 2 Tulislah perlambangan unsur dan nomor atomnya Cth. 3Li 3 Isi elekton sesuai kulit dimulai dari Kulit K 4 Kulit K harus terlebih dahulu diisi maksimum sesuai aturan Pauli 5 Jika atom memiliki lebih dari 2 elektron, maka sisa elektron dimasukkan ke kulit berikutnya sampai mencapai maksimum 6 Jika sisa elektron sesudah dimasukkan ke kuoit berikutnya tidak dapat mencapai maksimum, maka diisi dengan elektron maksimum di kulit sebelumnya 7 Selanjutnya jika kulit sebelumnya tidak memenuhi elektron maksimum, maka ditulis sebagai sisa pada kulit selanjutnya. Contoh 4 Tentukan konfigurasi elektron unsur berikut ini 1H, 3Li, 7N, 13Al, 34Se, 35Br, dan 37Rb Jawab K L M N O P 1H = 1 3Li = 2 1 7N = 2 5 13Al = 2 8 3 34Se = 2 8 18 6 35Br = 2 8 18 7 37Rb = 2 8 18 8 1 5. Elektron Valensi eV Elektron valensi adalah jumlah elektron maksimum pada kulit terluar atom Jumlah elektron pada kulit terluar/yang paling akhir ditulis pada konfigurasi elektron. Atom-atom yang memiliki elektron valensi yang sama akan memiliki sifat kimia yang relatif sama/mirip, sebab elektron valensi menentukan sifat kimia suatu atom atau cara atom bereaksi denan atom lain pada saat membentuk ikatan. Elektron valensi juga dipakai untuk menentukan/mengetahui letak Golongan suatu atom pada Tabel Sistem Periodik Unsur. Contoh 5 Tentukan konfigurasi elektron dan Elektron valensi unsur berikut ini 1H, 3Li, 7N, 13Al, 34Se, 35Br, dan 37Rb Jawab K L M N O P Elektron Valensi 1H = 1 1 3Li = 2 1 1 7N = 2 5 5 13Al = 2 8 3 3 34Se = 2 8 18 6 6 35Br = 2 8 18 7 7 37Rb = 2 8 18 8 8 Bila unsur X mempunyai 14 proton, 14 elektron dan 14 neutron. Tentukan cara menuliskan lambang unsur tersebut. Tentukan nomor atom jika suatu unsur mempunyai jumlah kulit 3 dan elektron valensi 6 RANGKUMAN 1. Banyaknya proton dalam inti atom suatu unsur dapat dilihat dari nomor atomnya. 2. Untuk atom netral jumlah proton sama dengan jumlah elektronnya 3. Namor Massa NM atau A menunjukkan jumlah nukleon proton + neutron yang terdapat dalam inti atom 4. Suatu atom disimbolkan dengan , A= Nomor Massa, Z=Nomor Atom, X=lambang Unsur 5. Elektron mempunyai massa yang sangat kecil bila dibandingkan dengan massa hidrogen yaitu sebesar massa hidrogen 6. Elektron-elektron mengelilingi inti atom dan beredar pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit atom. 7. Kulit atom dimulai dengan kulit K, L, M, N, O, P, dst. 8. Elektron maksimum yang dapat menempati kulit harus memenuhi aturan Pauli yaitu 2n2. 9. Pengisian elektron maksimum per kulit harus sesuai dengan aturan Aufbau, yaitu dimulai dari tingkat energi terendah ke tingkat energi tertinggi. 10. Konfigurasi elektron adalah adalah susunan elektron dalam atom. Susunan ini ditentukan oleh jumlah elektron yang bergerak mengelilingi inti atom pada lintasan yang disebut kulit Elektron valensi adalah jumlah elektron maksimum pada kulit terluar atom Jumlah elektron pada kulit terluar/yang paling akhir ditulis pada konfigurasi elektron.