Struktur Atom dan SIstem Periodik Unsur

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur

Teori atom mengalami perkembangan seiring perkembangan ilmu pengetahuan. Teori atom yang sudah dikenal, yaitu teori atom Dalton, Rutherford, Bohr, dan mekanika kuantum. Teori atom ini digambarkan dengan model atom.

1.     Teori Atom Dalton

 Menurut Dalton, materi tersusun atas sejumlah partikel kecil yang tidak dapat  dibagi lagi disebut atom.

Model Atom Dalton:

a.   Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil.

b.   Atom merupakan partikel terkecil yang tidak dapat dipecah lagi.

c.   Atom suatu unsur sama memiliki sifat yang sama, sedangkan atom unsur   berbeda, berlainan dalam massa dan sifatnya.

d.   Senyawa terbentuk jika atom bergabung satu sama lain.

e.   Reaksi kimia hanyalah reorganisasi dari atom-atom, sehingga tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia.

2.     Teori Atom Thomson

Menurut teori atom Thomson, atom terdiri atas materi bermuatan positif yang di dalamnya tersebar elektron seperti roti kismis.

Model Atom Thomson:

a)  Setelah ditemukannya elektron oleh J.J Thomson, disusunlah model atom  Thomson yang merupakan penyempurnaan dari model atom Dalton.

b)  Atom terdiri dari materi bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis.

3.     Teori Atom Rutherford

Menurut Rutherford, sebagian besar atom terdiri atas ruang hampa. Massa atom  bermuatan positif dan terkonsentrasi pada bagian pusat atom yang disebut inti atom.

Model Atom Rutherford:

a)  Rutherford menemukan bukti bahwa dalam atom terdapat inti atom yang bermuatan positif, berukuran lebih kecil daripada ukuran atom tetapi massa atom hampir seluruhnya berasal dari massa intinya.

b)  Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan berada pada pusat atom serta elektron bergerak melintasi inti (seperti planet dalam tata surya).

Kelemahan model Atom Rutherford:

a)  Ketidakmampuan untuk menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke inti atom akibat gaya tarik elektrostatis inti terhadap elektron.

b)  Menurut teori Maxwell, jika elektron sebagai partikel bermuatan mengitari inti yang memiliki muatan yang berlawanan maka lintasannya akan berbentuk spiral dan akan kehilangan tenaga/energi dalam bentuk radiasi sehingga akhirnya jatuh ke inti.

4.     Teori Atom Bohr

Menurut postulat Bohr, elektron mengelilingi inti atom pada orbit (lintasan) tertentu. Selama berada dalam lintasannya, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi yang diserap dan dipancarkan.

Model Atom Bohr:

a)  Model atomnya didasarkan pada teori kuantum untuk menjelaskan spektrum gas hidrogen.

b)  Menurut Bohr, spektrum garis menunjukkan bahwa elektron hanya menempati tingkat-tingkat energi tertentu dalam atom.

5.     Teori Atom Modern

Teori ini menyatakan bahwa atom terdiri atas partikel-partikel kecil (partikel subatom) yang disebut proton, elektron, dan neutron. Proton dan neutron terdapat dalam inti atom, sedangkan elektron mengisi ruang di sekitar inti.

Sistem Periodik Unsur (SPU)

Sistem periodik unsur adalah suatu daftar unsur-unsur yang disusun dengan aturan tertentu. Semua unsur yang sudah dikenal ada dalam daftar tersebut.

1.   Perkembangan Dasar Pengelompokan Unsur

a.    Pengelompokan atas Logam dan NonLogam

Unsur-unsur yang ada di alam dikelompokkan ke dalam 2 kelompok yaitu logam dan non logam. Pengelompokan ini merupakan metode paling sederhana, dilakukan dengan cara mengamati ciri-ciri fisiknya.

    b.   Triade Dobereiner

Pada tahun 1829, Johan Wolfgang Dobereiner ,seorang profesor kimia di Jerman, mengemukakan bahwa massa atom relatif stronsium sangat dekat dengan massa rata-rata dari dua unsur lain yang mirip stronsium, yaitu kalsium dan barium. Dobereiner juga menemukan beberapa kelompok unsur lain mempunyai gejala seperti itu. Oleh karena itu, Dobereiner mengambilan kesimpulan bahwa unsur-unsur dapat dikelompokan ke dalam kelompok-kelompok tiga unsur yang disbutnya triade. Namun sayang, Dobereiner tidak berhasil menunjukkan cukup banyak triade sehingga aturan tersebut tidak bermanfaat.

     c.  Hukum Oktaf Newlands

J.W. Newlands merupakan orang yang mengelompokkan unsur berdasarkan kenaikan massa atom relatif. Pada tahun 1863, ia menyatakan bahwa sifat sifat unsur berubah secara teratur. Unsur pertama mirip dengan unsur kedelapan, unsur kedua mirip dengan unsur kesembilan dan seterusnya.

     d. Sistem Periodik Mendeleev

Diantara para ahli yang dianggap paling berhasil dalam mengelompokkan unsur-unsur dan berani menduga adanya unsur-unsur yang pada saat itu belum ditemukan adalah Dmitry Mendeleev. Mendeleev mengelompokkan unsur berdasarkan kenaikan massa atom relatifnya. Cara pengelompokkan dilakukan dengan menggunakan kartu. Dalam kartu tersebut ditulis lambang atom, massa atom relatifnya dan sifat-sifatnya. Mendeleev selanjutnya menempatkan unsur-unsur dengan kemiripan sifat pada satu lajur vertikal yang disebut golongan. Unsur-unsur juga disusun berdasarkan kenaikan massa atom relatifnya dan ditempatkan dalam satu lajur yang disebut periode. Sistem periodik yang disusun Mendeleev dapat dilihat pada tabel berikut:

Mendeleev sengaja mengosongkan beberapa tempat untuk menetapkan kemiripan sifat dalam golongan. Beberapa kotak juga sengaja dikosongkan karena Mendeleev yakin masih ada unsur yang belum dikenal karena belum ditemukan. Salah satu unsur baru yang sesuai dengan ramalan Mendeleev adalah germanium yang sebelumnya diberi nama ekasilikon oleh Mendeleev.

    e.   Sistem Periodik Modern dari Hhenry G. Moseley

Pada awal abad 20, setelah penemuan nomor atom, Henry Moseley menunjukkan bahwa urut-urutan unsur dalam sistem periodik Mendeleev sesuai dengan kenaikan nomor atomnya. Penempatan telurium (A_r = 128) dan iodin (A_r = 127) yang tidak sesuai dengan keniakan massa atom relatif, ternyata sesuai dengan kenaikan nomor atomnya (nomor atom Te = 52; I = 53).

   2.     Sistem Periodik Modern

Sistem periodik modern disusun berdasarkan hukum periodik modern yang menyatakan bahwa sifat-sifat unsur merupakan fungsi periodik dari nomor atomya. Artinya, jika unsur-unsur disusun berdasarkan kenaikan nomor atomnya, maka sifat-sifat tertentu akan berulang secara periodik. Itu sebabnya tabel unsur-unsur tersebut dinamai Tabel Periodik.

      a.   Periode

Lajur-lajur horizontal dalam sistem periodik disebut periode. Sistem periodik modern terdiri atas 7 periode. Jumlah unsur pada setiap periode sebagai berikut.

Periode	Jumlah Unsur	Nomor Atom
1	2	1-2
2	8	3-10
3	8	11-18
4	18	19-36
5	18	37-54
6	32	55-86
7	32	87-118

Periode 1, 2,3 disebut periode pendek karena berisi relatif sedikit unsur, sedangkan periode 4 dan seterusnya disebut periode panjang.

   b. Golongan

Kolom-kolom vertikal dalam sistem periodik disebut golongan. Penempatan unsur dalam golongan berdasarkan kemiripan sifat. Sistem periodik modern terdiri atas 18 kolom vertikal. Ada dua cara penamaan golongan, yaitu:

·         Sistem 8 golongan. Menurut cara ini, sistem periodik dibagi menjadi 8 golongan yang masing-masing terdiri atas golongan utama (golongan A) dan golongan tambahan (golongan B). Unsur-unsur golongan B disebut juga unsur transisi. Nomor golongan ditulis dengan angka Romawi. Golongan-golongan B terletak antara golongan IIA dan IIIA. Golongan VIIIB terdiri atas 3 kolom vertikal.

·         Sistem 18 Golongan. Menurut cara ini, sistem periodik dibagi kedalam 18 golongan, yaitu golongan 1 sampai dengan 18, dimulai dari kolom paling kiri. Unsur-unsur transisi terletak pada golongan 3-12

Beberapa golongan unsur dalam sistem periodik mempunyai nama khusus, diantaranya:

·         Golongan IA            : logam alkali (kecuali hidrogen)

·         Golongan IIA           : logam alkali tanah

·         Golongan VIIA         : halogen

·         Golongan VIIIA        : gas mulia

    c.  Unsur transisi dan transisi dalam

·         Unsur Transisi

Unsur-unsur yang terletak pada golongan-golongan B disebut unsur transisi atau unsur peralihan. Unsur-unsur tersebut merupakan peralihan dari golongan IIA ke golongan IIIA, yaitu unsur-unsur yang dialihkan hingga ditemukan unsur yang mempunyai kemiripan sifat dengan golongan IIIA

·         Unsur transisi dalam

Dua baris unsur yang ditempatkan dibagian bawah Tabel Periodik disebut unsur transisi dalam, yaitu terdiri dari:

·         Lantanida, yang beranggotakan nomor atom 57-70 (14 unsur). Ke-14 unsur ini mempunyai sifat yang mirip dengan lantanium (La), sehingga disebut lantanoid atau lantanida

·         Aktinida, yang beranggotakan nomor atom 89-102 (14 unsur). Ke-14 unsur ini sangat mirip dengan aktinium, sehingga  disebut aktinoida atau aktinida

Semua unsur transisi dalam sebenarnya menempati golongan IIIB, yaitu lantanida pada periode keenam dan aktinida pada periode ketujuh. Jadi, golongan IIIB periode keenam dan periode ke tujuh, masing-masing berisi 15 unsur.

     d.  Hubungan Konfigurasi Elektron dengan Sistem Periodik

Hubungan antara letak unsur dalam sistem periodik dengan konfigurasi elektronnya dapat disimpulkan sebagai berikut.

·                      Nomor periode sama dengan jumlah kulit

·                      Nomor golongan sama dengan elektron valensi

Berdasarkan hubungan tersebut, maka letak unsur dalam sistem periodik dapat ditentukan berdasarkan konfigurasi elektron.

   e.  Sifat-sifat Periodik Unsur

Sifat periodik adalah sifat yang berubah secara beraturan sesuai dengan kenaikan nomor atom, yaitu dari kiri ke kanan dalam satu periode, atau dari atas ke bawah dalam satu golongan.

    f.   Jari-jari Atom

Jari-jari atom adalah jarak dari inti hingga kulit elektron terluar. Besar kecilnya jari-jari atom terutama ditentukan oleh dua faktor, yaitu jumlah kulit dan muatan inti.

·   Untuk unsur-unsur segolongan, semakin banyak kulit atom, semakin besar jari-jarinya.

·   Untuk unsur-unsur seperiode, semakin besar muatan inti, maka semakin kuat gaya tarik inti terhadap elektron, sehingga semakin kecil jari-jarinya

     g. Energi Ionisasi

Energi Ionisasi adalah energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron yang terikat paling lemah oleh suatu atom atau ion dalam wujud gas.

Hubungan energi ionisasi dengan nomor atom:

                   ·         dalam satu golongan, dari atas ke bawah, energi ionisasi semakin kecil.

                   ·         dalam satu periode, dari kiri ke kanan, energi ionisasi cenderung bertambah.

Besar  kecilnya energi ionisasi bergantung pada besar gaya tarik inti terhadap elektron kulit terluar, yaitu elektron yang akan dilepaskan. Semakin kuat gaya tarik inti, semakin besar energi ionisasi.

              ·         dalam satu golongan, dari atas ke bawah, jari-jari atom bertambah besar,             sehingga gaya tarik inti terhadap elektron terluar semakin lemah. Oleh karena         itu, energi ionisasi berkurang.

               ·         dalam satu periode, dari kiri ke kanan, jari-jari atom berkurang, sehingga gaya        tarik inti terhadap elektron semakin kuat. Oleh karena itu energi ionisasi             bertambah.

    h. Afinitas Elektron

Afinitas elektron adalah besarnya energi yang dihasilkan atau dilepaskan apabila suatu atom menarik sebuah elektron

·         Dalam satu golongan dari atas ke bawah, afinitas elektron cenderung berkurang

·         Dalam satu periode dari kiri ke kanan, afinitas elektron cenderung bertambah

·         Kecuali unsur alkali tanah dan gas mulia, semua unsur golongan utama mempunyai afinitas elektronn bertanda negatif. Afinitas elektron terbesar dimiliki oleh golongan halogen 

         i.  Keelektronegatifan

Keelektronegatifan adalah kecenderungan suatu atom dalam menarik pasangan elektron yang digunakan bersama dalam membentuk ikatan.

Unsur yang mempunyai energi ionisasi dan afinitas elektron yang besar tentu akan mempunyai keelektronegatifan yang besar pula.

j. Sifat Logam dan Nonlogam

Sifat logam bergantung pada energi ionisasi. Semakin besar energi ionisasi, semakin sukar bagi atom untuk melepas elektron, dan semakin berkurang sifat logamnya.

     k. Kereaktifan

Kereaktifan suatu unsur begantung pada kecenderungannya melepas atau menarik elektron. Dari kiri ke kanan dalam satu periode, mula-mula kereaktifan menurun kemudian bertambah hingga golongan VIIA.

Susunan Atom

Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur yang masih mempunyai sifat-sifat unsur itu. Atom terdiri atas proton dan neutron. Dalam kaitan dengan susunan atom, perlu memahami beberapa istilah, yaitu nomor atom, nomor massa, isotop, isobar, dan isoton.

1. Nomor Atom

Jumlah proton dalam suatu atom disebut nomor atom atau nomor proton. Jumlah proton khas bagi setiap unsur. Nomor atom unsur-unsur dapat dilihat pada tabel sistem periodik. Oleh karena suatu atom bersifat netral, maka jumlah elektron sama dengan jumlah proton. Jadi, nomor atom juga menyatakan jumlah elektron dalam suatu atom

Nomor atom = jumlah proton = jumlah elektron

Contoh:

Nomor atom karbon adalah 6, berarti setiap atomm karbon mempunyai 6 proton dan 6 elektron.

2. Nomor Massa

Proton dan neutron mempunyai massa yang sama, yaitu masing-masing sekitar 1 sma (massa proton = 1,0073 sma; massa neutron = 1,0087 sma), sedangkan massa sebuah elektron sangat kecil, yaitu 5,486 x 10^-4 sma. Massa sebuah atom hanya ditentukan oleh massa proton da neutronnya, sedangkan massa elektron dapat diabaikan. Jumlah proton dengan neutron dalam suatu atom disebut nomor massa.

 nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron

3. Notasi Susunan Atom

Jumlah proton, elektron, dan neutron dalam suatu atom dinyatakan dengan lambang (notasi) sebagai berikut.

dimana,

X              = lambang atom (=lambang unsur)

Z              = nomor atom = jumlah proton (p) = jumlah elektron (e)

A              = nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron = p+n

Oleh karena A = p + n, sedangkan p= Z, maka A= Z + n atau n = A – Z. Jadi, jumlah neutron dalam suatu atom sama dengan selisih nomor massa dengan nomor atomnya.

 jumlah neutron (n) = A — Z

Contoh: menyatakan atom alumunium dengan nomor atom 13 dan nomor massa 27. Atom ini mempunyai jumlah proton = 13, jumlah elektron = 13, dan jumlah neutron = 27 – 13 = 14

4. Isotop

Atom-atom dari unsur yang sama dapat mempunyai massa yang berbeda. Fenomena ini disebut isotop. Isotop terjadi karena perbedaan jumlah neutron dalam inti atom

Contoh: 

5. Isobar dan Isoton

a)   Isobar

Atom dari unsur yang berbeda (mempunyai nomor atom berbeda), tetapi mempunyai nomor massa sama disebut isobar. Contoh: 

b)   Isoton

Atom dari unsur yang berbeda (mempunyai nomor atom berbeda), tetapi mempunyai jumlah neutron sama disebut isoton. Contoh: 

6. Susunan Ion

Suatu atom dapat kehilangan elektron atau mendapat elektron tambahan. Atom yang kehilangan elektron akan menjadi ion positif, sedangkan atom yang mendapat tambahan elektron akan menjadi ion negatif.

Massa Atom Relatif (Ar)

Massa satu atom terlalu kecil untuk digunakan dalam perhitungan, maka massa aton atau molekul dinyatakan dalam satuan massa atom (sma). Satu sma didefenisikan sebagai 1/12 kali massa sebuah atom ¹²C netral. Massa atom relatif (Ar) merupakan satuan massa terkecil suatu unsur atau senyawa yang dibandingkan dengan 1/12 massa isotop ¹²C. Atom C digunakan sebagai standar pembanding karena hasil perbandingan 1/12 x massa sebuah atom ¹²C dengan massa atom lain menghasilkan bilangan yang medekati bulat

1 sma  = 1/12 x massa sebuah atom ¹²C

           =  1,66053886 x 10^-27 kg

Massa satu atom C adalah 19,9269 x 10^-27 kg, karena 1 sma = 1,66053886 x 10^-27 kg maka massa satu atom C adalah 12 sma.

Massa Molekul Relatif (Mr)

Massa molekul relatif adalah massa rata-rata dari molekul. Massa molekul merupakan jumlah dari massa atom-atom penyusunnya. Dengan demikian massa molekul relatif dapat diperoleh dari jumlah massa atom relatif unsur-unsur penyusunnya.

Contoh :

Hitunglah Mr CaBr₂, bila Ar Ca = 40,078 dan Ar Br = 79,904

Penyelesaian
Mr CaBr₂ = (1 x Ar Ca )+ (2 x Ar Br) = (1 x 40,078) + (2 x 79,904)

     = 40,078 + 159,808 = 199,886

Jadi Mr CaBr2 = 199,889

Bila Ar H = 1,008, Ar O = 15,999 dan massa 1 atom 12C = 1,99 x 10-23 g,

Tentukan massa 200 molekul air!

Penyelesaian
Mr H2O = (2 x Ar H )+ (1 x Ar O) = (2 x 1,008 )+ (1 x 15,999)

   = 2,016 + 15,999

   = 18,015