Struktur Atom & SPU

Struktur Atom & SPU
Oleh: Najiullah

A. Struktur Atom
Atom : bagian terkecil dari suatu unsur
Struktur atom : keberadaan dan susunan partikel-partikel pembentuk suatu atom.
Partikel Dasar Penyusun Atom
Perkembangan model yang didasari oleh hasil eksperimen menghasilkan data partikel dasar penyusun atom

1. Elektron
Pernahkah anda memperhatikan tabung televisi? tabung televisi merupakan tabung sinar katoda. Percobaan tabung sinar katoda pertama kali dilakukan William Crookes (1875) Hasil eksperimennya adalah ditemukannya seberkas sinar yang muncul dari arah katoda menuju ke anoda yang disebut sinar katoda George Johnstone Stoney (1891) yang memberikan nama sinar katoda disebut “elektron”. Kelemahan dari Stoney tidak dapat menjelaskan pengertian atom dalam suatu unsur memiliki sifat yang sama sedangkan unsur yang berbeda akan memiliki sifat berbeda, padahal keduanya sama-sama memiliki elektron. Antoine Henri Becquerel (1896) menentukan sinar yang dipancarkan dari unsur-unsur Radioaktif yang sifatnya mirip dengan elektron Joseph John Thomson (1897) melanjutkan eksperimen William Crookes yaitu pengaruh medan listrik dan medan magnet dalam tabung sinar katoda

Hasil percobaannya membuktikan bahwa ada partikel bermuatan negatif dalam suatu atom karena sinar tersebut dapat dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik. Besarnya muatan dalam elektron ditemukan oleh Robert Andrew Milikan (1908) melalui percobaan tetes minyak Milikan

Minyak disemprotkan ke dalam tabung yang bermuatan listrik akibat gaya tarik gravitasi akan mengendapkan tetesan minyak yang turun. Bila tetesan minyak diberi muatan negatif maka akan tertarik kekutub positif medan listrik.
Hasil percobaan Milikan dan Thomson diperoleh muatan elektron –1 dan massa elektron 0, sehingga elektron dapat dilambangkan

2. Proton
Jika massa elektron 0 berarti suatu partikel tidak mempunyai massa padahal partikel materi mempunyai massa yang dapat diukur. Begitu pula kenyataan bahwa atom itu netral. Bagaimana mungkin atom itu bersifat netral dan mempunyai, jika hanya ada elektron saja dalam atom? Eugene Goldstein (1886) melakukan eksperimen dari tabung gas yang memiliki katoda, yang diberi lubang-lubang dan diberi muatan listrik.

Ternyata pada saat terbentuk elektron yang menuju anoda terbentuk pula sinar positif yang menuju arah berlawanan melewati lubang pada katoda. Setelah berbagai gas dicoba dalam tabung ini, ternyata gas hidrogenlah yang menghasilkan sinar muatan positif yang paling kecil baik massa maupun muatannya, sehingga partikel ini disebut dengan proton.
Massa proton = 1 sma (satuan massa atom) dan muatan proton = +1.

3. Inti atom
Setelah penemuan proton dan elektron, Ernest Rutherford melakukan penelitian penembakan lempeng tipis. Jika atom terdiri dari partikel yang bermuatan positif dan negatif maka sinar alpha yang ditembakkan seharusnya tidak ada yang diteruskan/menembus lempeng sehingga muncullah istilah inti atom. Ernest Rutherford dibantu oleh Hans Geiger dan Ernest Marsden (1911) menemukan konsep inti atom didukung oleh penemuan sinar X oleh WC. Rontgen (1895) dan penemuan zat Radioaktif (1896).

Hasil percobaan ini membuat Rutherford menyatakan hipotesanya bahwa atom tersusun dari inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi elektron yang bermuatan negatif. Untuk mengimbanginya sehinga atom bersifat netral. Massa inti atom tidak seimbang dengan massa proton yang ada dalam inti atom, sehingga dapat diprediksi bahwa ada partikel lain dalam inti atom.

4. Neutron
Prediksi dari Rutherford memacu W. Bothe dan H. Becker (1930) melakukan eksperimen penembakan partikel alpha pada inti atom berilium (Be) ternyata dihasilkan radiasi partikel berdaya tembus tinggi, eksperimen ini dilanjutkan oleh James Chadwick (1932) Ternyata partikel yang menimbulkan radiasi berdaya tembus tinggi itu bersifat netral atau tidak bermuatan dan massanya hampir sama dengan proton. Partikel ini disebut neutron dan dilambangkan dengan

Latihan Soal 1
1. Jelaskan siapa penemu proton, neutron, dan elektron?
2. Jelaskan bagaimana percobaan Rutherford dapat membawa kepada penemuan neutron?
B. Teori Atom Bohr
Model Atom Niels Bohr Kelemahan dari Rutherford diperbaiki oleh Niels Bohr dengan percobaannya menganalisa spektrum warna dari atom hidrogen yang berbentuk garis. Hipotesis Bohr adalah: a. Atom terdiri dari inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif di dalam suatu lintasan. b. Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke yang lain dengan menyerap atau memancarkan energi sehingga energi elektron atom itu tidak akan berkurang. Jika berpindah lintasan ke lintasan yang lebih tinggi maka elektron akan menyerap energi. Jika beralih ke lintasan yang lebih rendah maka akan memancarkan energi.

Kelebihan atom Bohr adalah bahwa atom terdiri dari beberapa kulit untuk tempat berpindahnya elektron. Kelemahan model atom ini adalah: tidak dapat menjelaskan spekrum warna dari atom berelektron banyak sehingga diperlukan model atom yang lebih sempurna dari model atom Bohr.

C. Mekanika Kuantum
Model atom Niels Bohr dapat menjelaskan inti atom yang bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif di dalam suatu lintasan Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke yang lain dengan menyerap atau memancarkan energi sehingga energi elektron atom itu tidak berkurang. Model atom Bohr ini merupakan model atom yang mudah dipahami, namun Bohr hanya dapat menjelaskan untuk atom berelektron sedikit dan tidak dapat menjelaskan bagaimana adanya sub lintasan-lintasan yang terbentuk diantara lintasan-lintasan elektron. Karena itu dalam perkembangan selanjutnya, teori atom dikaji dengan menggambarkan pendekatan teori atom mekanika kuantum.
Perkembangan muktahir di bidang mekanika kuantum dimulai dari teori Max Planck yang mengemukakan kuanta-kuanta energi dilanjutkan oleh Louis de Broglie tentang dualisme partikel, kemudian oleh Werner Heisenberg tentang prinsip ketidakpastian dan yang terakhir saat ini adalah Erwin Schrodinger tentang persamaan gelombang Mekanika kuantum ini dapat menerangkan kelamahan teori atom Bohr tentang garis-garis terpisah yang sedikit berbeda panjang gelombangnya dan memperbaiki model atom Bohr dalam hal bentuk lintasan elektron dari yang berupa lingkaran dengan jari-jari tertentu menjadi orbital dengan bentuk ruang tiga dimensi yang tertentu.

Teori Kuantum
Teori kuantum dari Max Planck mencoba menerangkan radiasi karakteristik yang dipancarkan oleh benda mampat. Radiasi inilah yang menunjukan sifat partikel dari gelombang. Radiasi yang dipancarkan setiap benda terjadi secara tidak kontinyu (discontinue) dipancarkan dalam satuan kecil yang disebut kuanta (energi kuantum). Planck berpendapat bahwa kuanta yang berbanding lurus dengan frekuensi tertentu dari cahaya, semuanya harus berenergi sama dan energi ini E berbanding lurus dengan.
Jadi: E=h.V
E = Energi kuantum h = Tetapan Planck = 6,626 x 10-34 J.s V = Frekuensi
Planck menganggap hawa energi elektromagnetik yang diradiasikan oleh benda, timbul secara terputus-putus walaupun penjalarannya melalui ruang merupakan gelombang elektromagnetik yang kontinyu. Einstein mengusulkan bukan saja cahaya yang dipancarkan menurut suatu kuantum pada saat tertentu tetapi juga menjalar menurut kuanta individual. Hipotesis ini menerangkan efek fotolistrik, yaitu elektron yang terpancar bila frekuensi cahaya cukup tinggi, terjadi dalam daerah cahaya tampak dan ultraungu.
Hipotesa dari Max Planck dan Einstein menghasilkan rumusan empiris tentang efek fotolistrik yaitu:
hV=Kmaks+hVo

hV =Isi energi dari masing-masing kuantum cahaya dating
Kmaks= Energi fotoelektron maksimum
hVo = Energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan sebuah elektron dari permukaan logam yang disinari

Ada empat bilangan kuantum yang dikenal, yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum Azimut (I), bilangan kuantum magnetic (m) dan bilangan kuantum spin (s).

D. Sistem Priodik Unsur
Penggolongan Unsur-unsur Berdasarkan Perioda dan Golongan Sistem Periodik yang digunakan sekarang adalah Sistem Periodik Modern dengan posisi mendatar sebagai perioda dan posisi tegak sebagai golongan. Selanjutnya unsur yang akan dipelajari hanya sampai dengan nomor atom 20 dan menggunakan konfigurasi elektron dari kulit atom yaitu K, L, M, N.

Kesimpulan yang dapat di peroleh dari tabel tersebut adalah:
1. Unsur digolongkan menjadi Golongan A (utama) yaitu Golongan IA sampai VIIIA dan Golongan B (transisi) yaitu IB sampai VIIIB dan Lantanida serta Aktinida. Unsur dalam satu golongan ditulis tegak atau vertikal dari atas ke bawah
Unsur - unsur logam ada di sebelah kiri sedangkan unsur-unsur nonlogam ada di sebelah kanan dan unsur – unsur yang ada di antaranya merupakan unsur metaloid
Unsur logam transisi dibagi dua yaitu unsur logam transisi dalam (Lantanida dan Aktinida) dan unsur logam transisi luar (Golongan IB sampai VIIIB)
2. Perioda (jalur mendatar atau horisontal) dari kiri ke kanan terdiri dari 7 perioda
- Perioda 1 disebut periode sangat pendek, hanya terdiri dari 2 unsur
- Perioda 2 dan 3 disebut periode pendek, berisi 8 unsur
- Perioda 4 dan 5 disebut periode panjang, berisi 18 unsur
- Perioda 6 disebut sangat panjang, berisi 32 unsur
- Perioda 7 belum terisi seluruhnya sehingga disebut periode belum lengkap
3. Unsur-unsur digolongkan berdasarkan kenaikan nomor atomnya
Jika dijabarkan satu persatu penggolongan unsur berdasarkan posisinya dalam Tabel Sistem Periodik!
Pada tabel 3 berikut ini yaitu tentang konfigurasi elektron unsur pada jalur horizontal sebagai contoh pada perioda 3!
Tabel 3. Konfigurasi elektron unsur Perioda 3 (Na sampai Ar)
Unsur No. Atom Konfigurasi Elektron Subkulit Terakhir Elektron Valensi Kulit Terluar
Na 11 1s2 2s2 2p6 3s1 3s1 1 3
Mg 12 1s2 2s2 2p6 3s2 3s2 2 3
Al 13 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 3s2 3p1 3 3
Si 14 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 3s2 3p2 4 3
P 15 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 3s2 3p3 5 3
S 16 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 3s2 3p4 6 3
Cl 17 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 3s2 3p5 7 3
Ar 18 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3s2 3p6 8 3

Unsur dalam satu jalur horisontal (mendatar) memiliki kesamaan jumlah kulit yang terisi elektron, sedangkan elektron valensinya (elektron pada kulit terluar) akan bertambah dari kiri ke kanan.
untuk konfigurasi elektron unsur pada jalur vertikal (tegak) bisa dilihat pada tabel dibawah ini.
Sebagai contoh, Anda perhatikan unsur dalam Golongan IA yang diperlihatkan pada tabel 4!
Tabel 4. Konfigurasi elektron unsur Golongan IA
Unsur No. Atom Konfigurasi Elektron Subkulit Terakhir Elektron Valensi Kulit Terluar
H 1 1s2 1s1 1 1
Li 3 1s2 2s1 2s1 1 2
Na 11 1s2 2s2 2p6 3s1 3s1 1 3
K 19 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 4s1 1 4
Rb 37 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s2 3d10 4p6 5s1 5s1 1 5
Cs 55 [Xe] 6s1 6s1 1 6
Fr 87 [Rn] 7s1 7s1 1 7

Unsur dalam satu jalur vertikal (tegak) memiliki kesamaan jumlah elektron valensi pada kulit terluar sedangkan jumlah kulit akan bertambah dari atas ke bawah.
Dengan demikian maka jumlah kulit yang terisi elektron menyatakan perioda sedangkan jumlah elektron valensi menyatakan golongan Sebagai contoh pada unsur Belerang (S) dengan nomor atom 16 konfigurasi elektron unsur belerang adalah 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4, kulit terluarnya adalah 3, sehingga berada pada baris ke tiga (mendatar) sedangkan elektron valensi pada kulit tersebut adalah 6 yaitu 2 buah pada 3s dan 4 buah pada 3p sehingga pada kolom ke enam maka unsur S dalam Sistem Periodik Modern terletak pada periode ke tiga dan golongan VIA.
Contoh
Tentukan posisi unsur Platina dengan nomor atom 78 pada Sistem Periodik Modern
Jawab
Caranya:
1. Nomor atom menunjukkan jumlah elektron sebanyak 78, kemudian buatlah konfigurasi elektron dengan diagram curah hujan yaitu 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d8. Jika kita kelompokkan berdasarkan kulitnya, maka konfigurasi elektronnya sekarang menjadi 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14 5s2 5p6 5d8 6s2
2. Perhatikan subkulit terakhir yaitu 5d8 6s2
Elektron valensinya ada 10, jadi unsur platina pada golongan VIIIB
elektron valensinya terletak pada kulit ke 6, jadi Platina pada perioda ke 6.

Latihan Soal 2
1. lambang 92238 U menunjukan bahwa atom unsur uranium mempunyai……
A. 92 Proton, 92 elektron, 146 neutron
B. 92 proton, 146 elektron, massa atom 238
C. 92 proton, 146 elektron, massa atom 230
D. 146 proton, 92 elektron, massa atom 238
E. 146 proton, 146 elektron, 92 neutron
2. Diantara unsur-unsur 4A, 12B, 18C, dan 16D yang terletak dalam golongan yang sama pada sistem periodik adalah………..
A. A dan B C. B dan C E. A dan D
B. A dan C D. B dan D
Tentukan posisi unsur belerang (S) dengan nomor atom 16 pada system periodik modern?
E. Konfigurasi Elektron
Azas Aufbau
Azas Aufbau (berasal dari bahasa Jerman yang berarti membangun) menyatakan bahwa: “Pengisian elektron dimulai dari subkulit yang berenergi paling rendah dilanjutkan pada subkulit yang lebih tinggi energinya”.
Perhatikan contoh penulisan konfigurasi elektron dari beberapa atom berikut!

1s2

1s2 2s1

1s2 2s2 2p1

1s2 2s2 2p6 3s1

1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p1
Untuk dapat memahami penjelasan diatas, maka perlu mengikuti langkah-langkah berikut:
1. Tentukanlah jumlah elektron dari atom unsur tersebut!
2. Jumlah elektron dari atom unsur sama dengan nomor atom unsur tersebut. Tuliskan jenis subkulit yang dibutuhkan secara urut berdasarkan diagram curah
3. Tentukanlah jumlah elektron dari atom unsur tersebut!
Jumlah elektron dari atom unsur sama dengan nomor atom unsur tersebut..
Tuliskan jenis subkulit yang dibutuhkan secara urut berdasarkan diagram curah hujan yang telah Anda baca yaitu
1s-2s-2p-3s-3p-4s-3d-4p-5s-4d-5p-6s-4f-5d-6p-7s-5f-6p-7p-8s Isikan elektron pada masing-masing subkulit dengan memperhatikan jumlah elektron maksimumnya
Elektron ditulis agak ke atas setelah tanda orbital jika subkulit paling rendah sudah terisi maksimum, maka sisa elektron dimasukkan pada subkulit berikutnya Berdasarkan jumlah orbital tiap subkulit dan tiap orbital maksimum terisi dua elektron, maka jumlah elektron maksimum pada tiap-tiap subkulit adalah:
Subkulit s maksimum isi 2 elektron
Subkulit p maksimum isi 6 elektron
Subkulit d maksimum isi 10 elektron
Subkulit f maksimum isi 14 elektron
Unsur - unsur dengan nomor atom besar atau banyak tentunya akan terlihat lebih panjang dan tidak praktis. Untuk itu, konfigurasi elektron atom berelektron banyak dapat disingkat penulisannya dengan penulisan lambang unsur gas mulia yang sesuai.
Konfigurasi elektron gas mulia:
1. 2He: 1s2
2. 10Ne: 1s2 2s2 2p6
3. 18Ar: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
4. 36Kr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6
5. 54Xe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6
6. 86Rn: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6
Contoh:
Tuliskan konfigurasi elektron untuk Ca dan konfigurasi lektron pada gas mulianya?
Jawab.
Konfigurasi elektron pada Ca adalah Ca: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 Dapat di singkat penulisannya menjadi seperti berikut ini: Ca: [Ar] 4s2
Elektron pada atom Argon = 18 sehingga hanya menuliskan subkulit yang berisi elektron sebanyak sisa dari seluruh elektron atom tersebut. Skema ini digunakan untuk memudahkan dalam menyingkat.
Latihan Soal 3
1. Banyaknya orbital yang ditempati oleh pasangan elektron dalam atom Mn dengan nomor atom 25 adalah ……………..
A. 4 B. 1 C.2 D.3 E.4
2. Semua elektron dalam subkulit d harus mempunyai bilangan kuantum…….
A. n = 3 C. 1 = 2 E. s = 1/2
B. m = 2 D. n = 4
3. Jika atom X yang nomor atomnya 19 dituliskan konfigurasi elektroniknya maka ayom itu memilki ciri-ciri :
A. Elektron Valensinya adalah 9 valensinya 1
B. Electron valensinya adalah 1 valensinya 1
C. Electron valensinya adalah 7 valensinya 1
D. Electron valensinya adalah 2 valensinya 2
E. Electron valensinya adalah 7 valensinya 2
Buatlah konfigurasi elektron dari ion berikut!
1. Ca2+ (nomor atom Ca=20)
2. O2- (nomor atom O=8)

VIII. RANGKUMAN MATERI
• Struktur atom menggambarkan bagaimana partikel-partikel dasar tersusun dalam atom
• Atom terdiri atas inti atom dan electron yang bergerak mengelilingi inti atom. Inti atom terdiri atas sejumlah proton dan neutron
• Sistem Periodik Mendeleyev: jika unsure-unsur disusun berdasarkan kenaikan massa atomnya, maka sifat unsur akan berulang secara periodik.
• Sistem periodik panjang sering disebut sistem periodik unsur, terdiri dari 8 golongan utama dan 8 golongan transisi dalam lajur vertikal, dan 7 periode dalam lajur horizontal
• Pengisian elektron dimulai dari subkulit yang berenergi paling rendah dilanjutkan pada subkulit yang lebih tinggi energinya.

IX. GLOSARIUM
DAFTAR ISTILAH
Rotasi: Perputaran pada sumbu
Kuantum (Quantum): Satuan energi diskrit yang dikaitkan dengan penyerapan atau pemancaran tak sinambung dari energi oleh sesuatu bentuk materi (diskrit= terbedakan, mempunyai batas jelas)
Konfigurasi elektron: (electron configuration) Daftar sub tingkatan energi yang terdapat dalam sebuah atom yang menunjukkan banyaknya elektron dalam sub tingkatan.
Efek Compton: (Compton Effect) interaksi antara foton dan elektron dimana arah foton ini diubah dan energinya dikurangi, di dalam interaksi ini hanya sebagian energi foton ini diubah (berlawanan dengan interaksi foton elektrik dimana semua energi foton diubah).
Orbital: Daerah tiga dimensi dalam ruang disekitar atom yang mempunyai kebolehjadian besar ditempati elektron-elektron.
Perioda (Period): Baris mendatar dari unsur-unsur dalam daftar periodik.
Mekanika kuantum (Quantum mechanics): Pengembangan mekanika fisika dari teori Planck terdahulu dan diterapkan pada sistem atom serta sifat-sifat fisika tertentu.
Efek fotolistrik: Terpentalnya elektron dari dalam permukaan oleh energi radiasi.

X. DAFTAR PUSTAKA
http://www.e-dukasi.net/mol/mo_full.php?moid=70&fname=kb1_1.htm
http://Ilmu Pedia.net/Struktur Atom=Kbl_3.htm
Http://www.Kimia .net/Sistem periodik Unsur & konfigurasi, electron/full.fname_1.htm
Sutresna N, Pintar Kimia 3 Edisi Kedua, Ganeca Exact, Jakarta, 2003
Crys Fajar. Pratana. Dkk, Kimia Dasar 2, Common Textbook Edisi Revisi, Jica, Yogyakarta, 2003
Isana M.Si, Teori Ringkas Latihan dan Pembahasan Kimia SMA, Intersolusi Presindo, Yogyakarta, 2005