Struktur Atom


STRUKTUR ATOM

1.   Model Atom Dalton

John Dalton mengemukakan hipotesa tentang atom berdasarkan hukum kekekalan massa (Lavoisier) dan hukum perbandingan tetap (Proust).

Teori yang diusulkan Dalton:

a.   Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi.

b. Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda.

c. Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen.

d. Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.

Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti ada tolak peluru.

Teori atom Dalton tidak dapat menerangkan suatu larutan dapat menghantarkan listrik. Bagaimana mungkin suatu bola pejal dapat menghantarkan listrik, padahal listrik adalah elektron yang bergerak. Berarti ada partikel lain yang dapat menyebabkan terjadinya daya hantar listrik.

2.   Model Atom Thomson

Kelemahan dari Dalton diperbaiki oleh JJ. Thomson, eksperimen yang dilakukannya tabung sinar katoda. Hasil eksperimennya menyatakan ada partikel bermuatan negatif dalam atom yang disebut elektron. Thomson mengusulkan model atom seperti roti kismis atau kue onde-onde. Suatu bola pejal yang permukaannya dikelilingi elektron dan partikel lain yang bermuatan positif sehingga atom bersifat netral.

Kelemahan model Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.

Gambar 2. Model atom Thomson seperti roti kismis

 

 

3.   Model Atom Rutherford

Eksperimen yang dilakukan Rutherford adalah penembakan lempeng tipis dengan partikel alpha. Ternyata partikel itu ada yang diteruskan, dibelokkan atau dipantulkan. Berarti di dalam atom terdapat susunan-susunan partikel bermuatan positif dan negatif. Hipotesa dari Rutherford adalah atom yang tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilinginya. Inti atom bermuatan positif dan massa atom terpusat pada inti atom.

Model atom Rutherford seperti tata surya.

Kelemahan dari Rutherford tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom. Berdasarkan teori fisika, gerakan elektron mengitari inti ini disertai pemancaran energi sehingga lama – kelamaan energi elektron akan berkurang dan lintasannya makin lama akan mendekati inti dan jatuh ke dalam inti. Karena Rutherfordlah telah dikenalkan lintasan/kedudukan elektron yang nanti disebut dengan kulit.

 

4.   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.

Model atom Bohr digambarkan sebagai berikut

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.

5.   Model Atom Mekanika Kuantum

Hipotesis Louis de Broglie dan azas ketidakpastian Werner Heisenberg merupakan tahap penting ke arah penemuan teori atom meodern, yaitu teori atom mekanika kuantum atau mekanika gelombang yang dikemukakan oleh Erwin Schrödinger. Pada tahun 1926, Schrödinger mengajukan suatu persamaan, kini disebut persamaan gelombang Schrödinger, untuk mendeskripsikan keberadaan elektron dalam atom. Dalam merumuskan persamaan gelombang tersebut, Schrödinger memperhitungkan dualisme sifat elektron, yaitu sebagai partikel sekaligus sebagai gelombang. Temuan Schrödinger memungkinkan kita untuk menentukan struktur elektronik atom, baik yang berelektron tunggal, maupun yang berelektron banyak.

Dalam teori atom mekanika kuantum, posisi elektron tidak dipastikan. Hal yang dapat dikatakan tentang posisi elektron adalah peluang menemukan elektron pada setiap titik dalam ruang di sekitar inti. Seperti telah disebutkan di atas, peluang tersebut ditentukan oleh kuadrat fungsi gelombangnya ( Y2). Daerah dengan peluang terbesar menemukan elektron ini disebut orbital. Salah satu cara memaparkan orbital adalah dengan pola titik-titik, seperti Gambar 1.6. Densitas (kerapatan) titik-titik pada gambar tersebut menyatakan besar kecilnya peluang menemukan elektron di daerah itu. Semakin rapat titik-titiknya berarti semakin besar peluang menemukan elektron di daerah itu. Istilah lain untuk menyatakan peluang menemukan elektron adalah densitas elektron. Daerah dengan peluang besar menemukan elektron berarti mempunyai densitas elektron yang tinggi, dan sebaliknya.

6.   HIPOTESIS LOUIS DE BROGLIE

Salah satu kelemahan dari teori atom Niels Bohr, yaitu tidak dapat menjelaskan mengapa elektron hanya boleh berada pada tingkat energi tertentu. Pernyataan itu baru dapat dijelaskan setelah Louis de Broglie, seorang ahli fisika dari perancis, mengemukakan  gagasannya tentang gelombang materi. Gagasan ini merupakan kesimetrian atau penerapan yang lebih luas dari  gagasan partikel cahaya yang dikemukakan oleh Max Planck –Einstein. Jika cahaya memiliki sifat partikel, maka partikel juga memiliki sifat gelombang. Menurut de Broglie, gerakan partikel memiliki ciri-ciri gelombang. Sifat gelombang dari partikel tersebut dinyatakan dalam persamaan :

λ

dengan , λ = panjang gelombang (m)

m = massa partikel (kg)

v = kecepatan partikel (3 × 108 m detik -1)

h = tetapan Planck (6,63 × 1034 J detik)

Hipotesis de Broglie kemudian terbukti kebenarannya, ketika ditentukan bahwa elektron menunjukkan sifat difraksi seperti halnya sinar X. Sifat gelombang dari elektron digunakan dalam mikroskop elektron.

Hipotesis Louis de Broglie sebenarnya berlaku untuk setiap benda yang bergerak. Namun demikian, jika diterapkan untuk benda-benda biasa seperti bola golf atau peluru, yaitu benda yang mempunyai massa relative besar, maka persamaan de Broglie akan menghasilkan panjang felombang yang sangat kecil, tidak teramati.

7.   ASAS KETIDAKPASTIAN WERNER HEISENBERG

Penemuan sifat gelombang partikel memunculkan pertanyaan tentang ketepatan mekanika klasik dalam mendeskripsikan gerakan elektron. Mekanika klasik menjelaskan dengan baik gerakan benda-benda biasa. Berdasarkan mekanika klasik, kita dapat memprediksikan posisi, kecepatan, serta arahnya pada setiap saat dengan ketelitian tinggi. Gelombang bergerak dan mengembang dalam ruang, dimana posisinya tidak dapat dinyatakan secara pasti. Oleh karena itu, tidak mungkin menentukan posisi elektron secara pasti pada suatu waktu yang spesifik.

Berkaitan dengan dualisme sifat elektron, seorang ahli fisika Jerman, yaitu Werner Heisenberg, menyimpulkan suatu keterbatasan dalam menentukan posisi dan momentum elektron. Kesimpulan Heisenberg dikenal sebagai asas ketidakpastian (uncertainty principle). Menurut Heisenberg, tidaklah mungkin menentukan posisi dan momentum elektron secara bersamaan dengan ketelitian tinggi. Jika suatu percobaan dirancang untuk menentukan posisinya, maka ketidakpastian momentumnya akan semakin besar; begitu sebaliknya. Heisenberg merumuskan hubungan ketidakpastian posisi dan ketidakpastian momentum sebagai berikut.

dengan Dp = ketidakpastian momentum (= Dmx)

Dx = ketidakpastian posisi

8.   PARTIKEL DASAR PENYUSUN ATOM

Perkembangan model yang didasari oleh hasil eksperimen menghasilkan data partikel dasar penyusun atom, seperti Tabel 1 :

1.   Elektron

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.

Gambar 5. Pembelokkan sinar katoda oleh medan listrik

                Keterangan:

a. Jika hanya ada medan listrik, berkas sinar katode dibelokkan ke atas (titik 1)

b. Jika hanya medan magnet, berkas sinar katode dibelokkan ke bawah (titik 2)

c. Jika tidak ada medan listrik dan medan magnet, sinar katode bergerak lurus (titik

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 seperti gambar 6:

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). Percobaan Rutherford dapat digambarkan sebagai berikut.

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 dipredisi 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.

9.   BILANGAN – BILANGAN KUANTUM

Bilangan kuantum adalah bilangan bulat atau setengah bulat yang memberikan nilai-nilai pada suatu sistem atom atau molekul, seperti tingkat energi spektrum atau sifat magnetiknya. Untuk atom terdapat 4 jenis bilangan kuantum, yaitu

1)        Bilangan kuantum utama

Bilangan kuantum utama adalah bilangan bulat positif yang menggambarkan kedudukan atau jarak relatif elektron terhadap intinya. Bilangan kuantum utama menunjukkan tingkatan energi utama dimana elekton itu berada. Semakin besar harga n, semakin besar ukuran orbital yang dihuni oleh elektron. Untuk lebih jelasnya lihat tabel dibawah ini

Kulit K L M N O P Q
Harga n 1 2 3 4 5 6 7

Bilangan kuantum utama mempunyai harga yang setara dengan jumlah kulit elektron.

2)        Bilangan kuantum azimut

Bilangan kuantum azimut adalah bilangan positif yang besarnya bergantung pada nilai bilangan kuantum utama dan menggambarkan jenis subkulit elektron pada atom. Bilangan kuantum azimut dituliskan dengan simbol n . Jika n = 1, hanya mempunyai harga 0. Artinya, hanya ada satu tipe subkulit, yaitu subkulit 1s untuk tingkatan utama pertama. Jika n = 2, L mempunyai harga 0 dan 1. artinya, ada dua jenis subkulit untuk tingkatan utama kedua. Jika n = 3, L mempunyai harga 0, 1 dan 2. artinya, ada tiga jenis subkulit untuk tingkatan utama ketiga. Jika n = 4, L hanya mempunyai harga 0, 1, 2 dan 3. artinya, ada empat jenis subkulit untuk tingkatan utama keempat.

Masing-masing subkulit diberi simbol s, p, d dan f. huruf s, p, d dan f berasal dari spektroskopi kuno yang garis spektrumnya disebut sebagai sharp, principal, diffuse, dan fundamental.

Harga n Harga L Jenis subkulit
n = 1 L = 0 s
n = 2 L = 0, 1 s   p
n = 3 L = 0, 1, 2 s   p   d
n = 4 L = 0, 1, 2, 3 s   p   d   f

3)        Bilangan kuantum magnetik

Bilangan kuantum magnetik adalah bilangan bulat yang besarnya bergantung pada nilai bilangan kuantum azimut dan menentukan orientasi orbital serta banyaknya orbital elektron dalam atom. Bilangan kuantum magnetic disimbolkan dengan m. harga m bergantung pada harga L dengan ketentuan sebagai berikut

m = -L, …, +L

untuk memahami bilangan kuantum, simaklah bagan berikut

Berdasarkan bagan tersebut, disimpulkan bahwa m = 0 memiliki 1 buah orbital, yaitu orbital s, m = -1, 0, +1 mempunyai 3 buah orbital, yaitu Px, Py dan Pz, dan m = -2, -1, 0, +1, +2 memiliki 5 buah orbital. Begitu juga dengan m = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 mempunyai 7 buah orbital.

4)        Bilangan kuantum spin

Bilangan kuantum spin adalah bilangan yang mencirikan arah rotasi elektron disekitar sumbunya dan menggambarkan sifat spectrum dengan nilai +½ atau -½. Tanda + atau – hanya menunjukkan arah yang saling berlawanan dan dapat digambarkan dengan menggunakan anak panah, yaitu ­ atau ¯. Jika anak panah keatas, yaitu ­ maka bilangan kuantum spin berharga +½ dan jika anak panah mengarah kebawah, yaitu ¯ maka bilangan kuantum spin berharga –½.

Adanya spin elektron dapat ditunjukkan dengan menggunakan percobaan Stern-Gerlach. Spin elektron yang bermuatan negative akan menyebabkan timbulnya medan magnet. Oleh karena itu, elektron dapat berlaku seperti sebuah magnet kecil. Jika elektron memiliki arah spin yang berbeda, yaitu searah atau berlawanan arah dengan jarum jam maka kutub magnet yang terbentuk juga akan berbeda. Hal ini dapat dilihat jika seberkas elektron dilewatkan pada medan magnet heterogen yang kuat maka berkas elektron tadi akan terbagi menjadi dua berkas dengan spin elektron yang berbeda. Jadi, hal tersebut merupakan bukti bahwa elektron memiliki spin berbeda.

b.      bentuk orbital

Daerah disekitar inti atom dimana elektron bergerak dan memiliki peluang terbesar untuk ditemukan dinamakan orbital atom. Bentuk orbital ditentukan oleh bilangan kuantum azimuth yang disimbolkan dengan L. jika suatu elektron mempunyai nilai bilangan kuantum azimuth sama, elektron tersebut akan mempunyai orbital yang sama. Misalnya, elektron yang memiliki nilai bilangan kuantum azimuth 0 akan mempunyai bentuk orbital seperti bola karena elektron tersebut dapat ditemukan dengan peluang terbesar di subkulit s.

Orientasi orbital ditentukan oleh bilangan kuantum magnetic yang disimbolkan dengan m. contohnya ialah elektron yang memiliki nilai bilangan kuantum azimuth 0 akan mempunyai nilai bilangan kuantum magnetic 0 dan orientasi orbital akan sama ke semua arah. Bentuk-bentuk orbital atom yaitu

1)      Bentuk orbital s

Orbital s berbentuk bola karena memiliki kerapatan elektron dengan jarak yang sama dari inti atom ke semua arah. Semakin jauh dari inti atom, kerapatan elektron semakin berkurang dan sebaliknya. Jika elektron terletak pada orbital s mempunyai tingkat energi berbeda, elektron tersebut tetap memiliki orbital berbentuk bola. Tetapi, kerapatan elektron yang dimiliki oleh elektron itu berbeda. Bentuk orbital s dapat digambarkan seperti berikut

2)      Bentuk orbital p

Subkulit p mempunyai 3 nilai bilangan kuantum magnetic yaitu -1, 0 dan +1. jadi, subkulit p memiliki tiga macam orbital. Bentuk orbital p seperti balon terpilin dan orientasi orbital sudut 90º antara satu dan lainnya. Orientasi orbital ini dapat digambarkan dengan bidang koordinat xyz, yaitu Px, Py dan Pz. Bentuk orbital p dapat digambarkan seperti berikut. Kerapatan elektron dengan jarak tertentu dari inti atom akan tersebar secara simetris dalam dua daerah yang berlawanan.

3)      Bentuk orbital d

Subkulit d mempunyai 5 nilai bilangan kuantum magnetic, yaitu -2, -1, 0, +1 dan +2. jadi, subkulit d memiliki lima macam orbital. Orbitral d mempunyai bentuk yang kompleks dan lima orientasi orbital yang berbeda. Empat macam orbital memiliki bentuk yang sama, sedangkan satu orbital mempunyai bentuk berbeda. Satu orbital dengan bentuk berbeda tersebut memiliki ‘cincin’ pada sumbu z-nya yang melingkari sumbu z tersebut. Orientasi orbital d dapat digambarkan dengan bidang koordinat xyz, yaitu dyz, dxz, dxy, dx2-y2, dan dz2. bentuk orbital d dapat digambarkan seperti berikut

4)      Bentuk orbital f

Subkulit f mempunyai tujuh nilai bilangan kuantum magnetic, yaitu -3, -2, -1, 0, +1, +2, dan +3. jadi, subkulit f mempunyai tujuh macam orbital. Orbital f mempunyai bentuk yang lebih kompleks. Bentuk orbital f dapat dilihat pada gambar berikut

10. KONFIGURASI ELEKTRON

2n2

Konfigurasi elektron adalah susunan elektron disekitar inti atom dan bergantung pada nomor atomnya. Konfigurasi elektron ditentukan oleh jumlah elektron. Elektron bergerak mengelilingi inti pada lintasan sesuai dengan tingkat energinya yang disebut kulit. Kulit pertama dinamakan kulit K, kulit kedua dinamakan kulit L, dan seterusnya hingga kulit terakhir, yaitu kulit Q. kulit K memiliki tingkat energi paling rendah. Jadi, makin jauh dari inti maka makin besar tingkat energinya. Pengaturan pengisian jumlah elektron per kulit didasarkan pada pengisian jumlah elektron maksimum yang dirumuskan oleh Pauli sebagai berikut

Keterangan : n menunjukkan nomor kulit

a.         Prinsip Aufbau

Menurut prinsip aufbau, pengisian elektron dimulai dari tingkat energi yang terendah terlebih dahulu, kemudian ke tingkat energi yang lebih tinggi. Cara ini dapat diterapkan dengan menggunakan diagram mnemonic moeller seperti gambar disamping. Urutan diagram mnemonic moeller berdasarkan urutan anak panah

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p

Jumlah elektron yang dapat mengisi masing-masing subkulit, antara lain:

Subkulit s maksimum 2 elektron; subkulit p maksimum 6 elektron; subkulit d maksimum 10 elektron; subkulit f maksimum 14 elektron.

Dalam pengisian elektron, subkulit yang tingkat energinya rendah harus diisi penuh terlebih dahulu, kemudian sisa elektron menempati subkulit berikutnya dengan tingkat energi tertinggi. Penulisan konfigurasi elektron dapat ditulis dengan cara penyingkatan. Konfigurasi yang disingkat ialah konfigurasi elektron gas mulia sebagai acuan karena stabil.

b.        Aturan Hund

Menurut aturan hund, pengisian elektron pada orbital p, d, dan f mula-mula diisi pada tiap-tiap orbital 1 elektron dengan arah yang sama (keatas), kemudian berpasangan (kebawah). Untuk memahaminya, simaklah table berikut

c.         Larangan Pauli

Pauli mengatakan bahwa tidak ada 2 elektron dalam sebuah atom yang memiliki nilai keempat bilangan kuantum yang sama. Jika terdapat 2 eletron yang menempati orbital yang sama akan mempunyai harga n, L, m sama, tetapi harga s berbeda atau harga n, L, dan s sama, tetapi m berbeda.

Ada dua cara untuk menuliskan konfigurasi elektron, yaitu sebagai berikut

1)        penulisan konfigurasi elektron berdasarkan tingkat energi.

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6

2)        Penulisan konfigurasi elektron berdasarkan nomor kulit.

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14  5s2 5p6   5d10 5f14  6s6p6 6d10  7s2   7p

atau bisa download disini

Jangan lupa comment ya

2 pemikiran pada “Struktur Atom

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s