ATOM DAN STRUKTUR ATOM

1. A.         PENDAHULUAN

D

alam modul ini Anda akan mempelajari beberapa teori atom dan perkembangan sistem periodik unsur. Seperti kita ketahui bahwa semua benda di alam ini tentunya dibentuk dari partikel-partikel yang amat kecil yang disebut atom. Pada perkembangannya ternyata atom bukanlah partikel yang paling kecil sebagai pembentuk suatu benda atau senyawa, akan tetapi atom terbentuk dari partikel-partikel dasar yang lebih kecil lagi. Dalam modul ini pula Anda akan dapat membandingkan beberapa pendapat para ahli tentang struktur atom.
Dari sekian banyak unsur yang ada, tentu orang akan mengalami kesulitan bila mempelajari sifat-sifat unsur tersebut. Untuk memudahkan, maka beberapa ahli mengelompokkan unsur-unsur tersebut. Pertama-tama dilakukan pengelompokan secara sederhana yaitu berdasarkan sifat kelogaman, selanjutnya pengelompokan berdasarkan kenaikan massa atomnya. Pengelompokan tersebut ternyata terdapat banyak kelemahan, akhirnya pengelompokan unsur-unsur dilakukan berdasarkan kenaikan nomor atom. Pengelompokan ini merupakan suatu kemajuan yang pesat, karena dapat mengkaitkan dengan sifat kimia, sifat fisika, dan massa unsur sekalipun masih terdapat sedikit kelemahan.

PERKEMBANGAN MODEL ATOM

1. 1.       Model Atom Dalton

Masa modern kimia diawali sejak proposal John Dalton tentang teori atom dalam bukunya “New system of chemical philosophy” 1808. Jauh sebelum Dalton sebenarnya beberapa teori telah diajukan oleh ilmuwan Yunani Leucippos yang dilanjutkan oleh Democritos pada abad ketiga sebelum Masehi. Akan tetapi teori Dalton ini sangat melengkapi dan lebih cocok, sehingga teori ini mampu menumbuhkan ilmu kimia.
Pada tahun 1808, John Dalton seorang ahli kimia bangsa Inggris mengemukakan gagasannya tentang atom sebagai partikel penyusun materi. Menurut teori atom Dalton:

1. Atom merupakan partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi.
2. Atom suatu unsur yang sama mempunyai bobot yang sama, sedang unsur yang berbeda atomnya akan berbeda pula, yang berarti mempunyai bobot berbeda.
3. Senyawa dikatakan sebagai hasil dari penggabungan atom-atom yang tidak sama dengan perbandingan bobot yang proporsional dengan bobot atom yang bergabung itu.
4. Reaksi kimia hanya melibatkan penataulangan atom-atom sehingga tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia.

 Kata atom sebenarnya berasal dari bahasa Latin atomos, yang berarti tidak terbelahkan.

1. 2.       Model Atom Thomson

Penemuan elektron atas jasa J. J Thomson dan R. Millikan pada tahun-tahun pertama abad ke-20 memberikan bukti ketidaksempurnaan model atom Dalton. J.J Thomson merinci model atom Dalton yang mengemukakan, bahwa di dalam atom terdapat elektron-elektron yang tersebar secara merata dalam “bola” bermuatan positip. Keadaannya mirip roti kismis. Kismis (diumpamakan sebagai elektron) tersebar dalam seluruh bagian dari roti (diumpamakan sebagai bola bermuatan positip).

1. 3.        Model Atom Rutherford dan Kelemahannya

Rutherford mengajukan teori atomnya, yaitu :

1. Sebagian besar atom berupa ruang kosong, sehingga semua massa atom terpusat pada inti atom yang sangat kecil.
2. Atom disusun dari :

• Inti atom yang bermuatan positip.
• Elektron-elektron yang bermuatan negatif yang mengelilingi inti atom.

1. Seluruh proton terpusat di dalam inti atom.
2. Banyaknya proton di dalam inti sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi inti atom, sehingga atom bersifat netral.

Dari teorinya, Rutherford memodelkan atom sebagaimana pada sistem tata surya, yaitu elektron-elektron bergerak mengelilingi inti atom seperti planet-planet mengitari matahari. Sebagai contoh, atom hidrogen mempunyai inti yang bermuatan +1, maka muatan ini diimbangi oleh 1 elektron yang mengitari inti.
Satu keberatan dari postulat Rutherford adalah selama elektron bergerak dalam suatu orbit, maka ada percepatan menuju ke pusat, elektron ini secara kontinyu mengemisikan radiasi dan secara berangsur-angsur akan melepaskan energi yang akhirnya akan jatuh ke dalam inti.
Hal ini adalah tidak mungkin terjadi karena atom itu stabil lagi pula model ini tidak dapat memperoleh data dari penelitian spektrum atom unsur-unsur.

1. 4.       Model Atom Bohr

Tahun 1913, Niels Bohr mengusulkan suatu model atom yang dapat dijelaskan melalui spektra hidrogen. Ia menerima konsep ini seperti yang diusulkan oleh Rutherford,akan tetapi dengan menerapkan teori kuantum radiasi seperti yang dikembangkan oleh Planck dan Einstein dalam menerangkan sifat-sifat sistem planet elektron.

Postulat Bohr berbunyi:

1. Elektron dalam suatu atom bergerak mengitari sekeliling inti pada orbit tertentu. Setiap orbit mempunyai tingkat energi tertentu dan energi suatu elektron adalah tetap selama berada pada orbitnya. Elektron yang berada pada tingkat ini disebut tingkat stasioner dan setiap tingkat energi dinamakan tingkat energi atau kulit. Elektron pada tingkat energi ini tidak meradiasikan energi.
2. Emisi dan absorpsi energi dalam bentuk radiasi hanya dapat dihasilkan jika suatu elektron pindah dari tingkat stasioner ke tingkat lainnya.
3. Energi tidak diemisikan atau diabsorpsi secara pelan-pelan, tetapi dalam satuan/paket h.u (disebut kuantum), dengan h adalah tetapan Planck dan u adalah frekuensi energi yang diradiasikan.
4. Lebih jauh tingkat energi dari inti, maka lebih besar pula energinya. Energi diabsorpsi bila elektron melompat dari orbit bagian dalam ke orbit yang lebih luar. Energi akan diemisikan bila elektron bergerak dari orbit yang luar ke orbit yang lebih dalam. Besarnya kuantum yang diemisikan atau diabsorpsikan dapat ditentukan dari tingkat energi elektron mula-mula dan tingkat akhir setelah mencapai keadaan stasioner. Bila E2 dan E1 masing-masing adalah tingkat energi awal dan akhir, sedang ? adalah frekuensi maka :
5. å E = E1 –  E2  = h.u
6. Energi yang ada pada setiap orbit dipengaruhi oleh kondisi di mana momentum anguler (m.u.r) elektron yang bergerak dalam orbitnya mempunyai nilai tertentu yang secara sederhana merupakan kelipatan dari h/2u. Dengan m = massa elektron, u = kecepatan, r = jari-jari orbit, h = tetapan Planck, dan n = orbit yang ditempati elektron (1, 2, 3, …… atau sesuai huruf K, L, M, … …. ).
7. 5.       Model Atom Mekanika Gelombang

Pada tahun 1924, Louis de Broglie ahli fisika Prancis pemenang hadiah Nobel tahun 1929, menyimpulkan bahwa elektron dalam atom dapat dipandang sebagai partikel dan gelombang. Sebagai akibat dualistis sifat elektron, Heisenberg pemenang hadiah nobel untuk bidang fisika tahun 1926 mengemukakan azas ketidakpastian, yakni tidak mungkin mengetahui secara bersamaan kedudukan dan kecepatan gerak elektron.
Dengan alasan ini lintasan elektron yang digambarkan Bohr tidak mungkin ada. Yang dapat dikatakan adalah elektron dalam atom mempunyai kebolehjadian ditemukan dalam ruang-ruang tertentu dalam atom yang disebut orbital. Gagasan bahwa elektron berada dalam orbital-orbital di seputar inti atom merupakan model atom yang mutakhir.
Pada tahun 1926, Erwin Schrodinger seorang ahli fisika Austria pemenang hadiah nobel untuk bidang fisika tahun 1933, berhasil merumuskan persamaan gelombang untuk menggambarkan gerakan elektron dalam atom. Energi dan bangun ruang orbital-orbital sebagaimana yang telah kita pelajari, diturunkan berdasarkan perhitungan dengan menggunakan persamaan gelombang Schrodinger.



RANGKUMAN
v    Menurut teori atom Dalton :

1. Atom merupakan partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi.
2. Atom suatu unsur yang sama mempunyai bobot yang sama, sedang unsur yang berbeda atomnya akan berbeda pula, yang berarti mempunyai bobot berbeda.
3. Senyawa dikatakan sebagai hasil dari penggabungan atom-atom yang tidak sama dengan perbandingan bobot yang proporsional dengan bobot atom yang bergabung itu.
4. Reaksi kimia hanya melibatkan penataulangan atom-atom sehingga tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia.

v   Menurut J. J. Thomson: Bahwa di dalam atom terdapat elektron-elektron yang tersebar secara merata dalam “bola” bermuatan positip. Keadaannya mirip roti kismis.
v   Teori atom Rutherford:

1. Atom disusun dari :

• Inti atom yang bermuatan positip.
• Elektron-elektron yang bermuatan negatif yang mengelilingi inti atom.

1. Dalam atom yang netral, banyaknya inti atom yang bermuatan positip sama dengan banyaknya elektron.

v   Postulat Bohr tentang atom :

1. Elektron dalam suatu atom bergerak mengitari sekeliling inti pada orbit/tingkat energi tertentu.
2. Lebih jauh tingkat energi dari inti, maka lebih besar pula energinya.
3. Energi akan diemisikan bila elektron bergerak dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah.
4. Energi akan diabsorpsi bila elektron bergerak dari tingkat energi rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi.
5. Energi tidak diemisikan atau diabsorpsi secara pelan-pelan, tetapi dalam satuan/paket h? (disebut kuantum).

v   Model Atom Mekanika Gelombang

1. Bahwa elektron dalam atom sebagai partikel dan gelombang.
2. Heisenberg mengemukakan azas ketidakpastian, yakni tidak mungkin mengetahui secara bersamaan kedudukan dan kecepatan gerak elektron.
3. c.       Jadi elektron dalam atom mempunyai kebolehjadian ditemukan dalam ruang-ruang tertentu dalam atom yang disebut orbital. 

 EVALUASI 1

1. Jelaskan kelemahan teori atom Thomson dan Rutherford
2. Sebutkan kelebihan dan kekurangan teori atom Bohr!

KUNCI JAWABAN EVALUASI 1
Kelemahan model atom Thomson
Belum dapat menggambarkan letak dan lintasan elektron
Kelemahan model atom Rutherford
Tidak dapat menrangkan mengapa elektron tidak jatuh ke inti, sedangkan menurut teori fisika klasik jika elektron mengelilingi inti yang muatannya berlawanan, elektron akan kelilangan energi sehingga jatuh ke inti.

1. 1.         Kelebihan : Adanya tingkat energi/lintasan bagi elektron, dapat menjelaskan emisi dan absorpsi energi dan dapat mengetahui jari-jari atom hidrogen dan ion sejenisnya,

Kelemahan : Tingkat energi masih bisa dibagi lagi menjadi beberapa sub tingkat energi, hanya cocok untuk atom/ion berelektron satu.

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.            J.J 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 1,6.10^-19 Coulumb.
Berdasarkan ekperimen tersebut di atas, maka massa elektron (m) dapat ditentukan dengan cara sebagai berikut :
 maka
Massa elektron (m)      =     
                           =       9,11.10^-28 g
Sehingga massa elektron adalah 9,11.10^-28 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 J.J 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 1,6022.10^-19 C, maka massa proton dapat ditentukan sebagai berikut :
 maka
Massa proton (m)         =     
                           =       1,6726.10^-24 g
Sehingga massa proton adalah 1,6726.10^-24 gram, harga ini kira-kira 1.836 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.

1. 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 (± 25^oC) 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.

1. 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)

1. 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

1. 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).

1. 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

1. 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.(1)2	2.(1) = 2
L	2	2.(2)2	2.(4) = 8
M	3	2.(3)2	2.(9) = 18
N	4	2.(4)2	2.(16) = 32
O	5	2.(5)2	2.(25) = 50
P	6	2.(6)2	2.(36) = 72
Q	7	2.(7)2	2.(49) = 98
R	8	2.(8)2	2.(64) = 128
S	9	2.(9)2	2.(81) = 162
T	10	2.(10)2	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

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.

1. Tentukan nomor atom jika suatu unsur mempunyai jumlah kulit 3 dan elektron valensi 6

RANGKUMAN

1. 1.      Banyaknya proton dalam inti atom suatu unsur dapat dilihat dari nomor atomnya.
2. 2.      Untuk atom netral jumlah proton sama dengan jumlah elektronnya
3. 3.      Namor Massa (NM) atau (A) menunjukkan jumlah nukleon (proton + neutron) yang terdapat dalam inti atom
4. 4.      Suatu atom disimbolkan dengan  , A= Nomor Massa, Z=Nomor Atom, X=lambang Unsur
5. 5.      Elektron mempunyai massa yang sangat kecil bila dibandingkan dengan massa hidrogen yaitu sebesar  massa hidrogen
6. 6.      Elektron-elektron mengelilingi inti atom dan beredar pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit atom.
7. 7.      Kulit atom dimulai dengan kulit K, L, M, N, O, P, dst.
8. 8.      Elektron maksimum yang dapat menempati kulit harus memenuhi aturan Pauli yaitu 2n².
9. 9.      Pengisian elektron maksimum per kulit harus sesuai dengan aturan Aufbau, yaitu dimulai dari tingkat energi terendah ke tingkat energi tertinggi.
10. 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 atom.
11. 11.    Elektron valensi adalah jumlah elektron maksimum pada kulit terluar atom (Jumlah elektron pada kulit terluar/yang paling akhir ditulis pada konfigurasi elektron).

SISTEM PERIODIK UNSUR (SPU)

Pada bagian ini Anda akan mempelajari Sejarah Perkembangan Sistem Periodik Unsur, Golongan, Periode, dan Sifat Periodik Unsur.  Hingga akhir abad 18, hanya dikenal penggolongan unsur atas logam dan nonlogam. Sekitar dua puluh jenis unsur yang dikenal pada masa itu tampak mempunyai sifat yang berbeda satu dengan yang lainnya.

Suatu perkembangan baru terjadi pada awal abad 20, yaitu ketika John Dalton mengemukakan teorinya tentang atom. Menurut Dalton, setiap unsur mempunyai atom-atom dengan sifat-sifat tertentu yang berbeda dari atom unsur lainnya. Salah satu perbedaan antar atom unsur itu adalah massanya. Akan tetapi, Dalton belum dapat menentukan massa atom.

Sebagaimana diketahui atom mempunyai massa yang amat kecil. Para ahli pada masa itu belum dapat menentukan massa atom individu. Sebagai gantinya mereka menggunakan massa atom relatif, yaitu perbandingan massa antar-atom yang satu terhadap yang lainnya. Metode penentuan massa atom relatif dikemukakan oleh Berzelius (1814) dari Swedia dan P. Dulong dan A. Petit (1819), keduanya darl Perancis.

Berzelius maupun Dulong dan Petit menentukan massa atom relatif berdasarkan kalor jenis unsur. Massa atom relatif merupakan sifat penting unsur dan merupakan sifat spesifik, karena setiap unsur mempunyai massa atom relatif tertentu yang berbeda dari unsur lainnya. Dobereiner, Newlands, Mendeleev, dan Lothar Meyer membuat pengelompokan unsur berdasarkan massa atom relatif.

PERKEMBANGAN TABEL PERIODIK UNSUR

1. Hukum Triade Dobereiner

Pada tahun 1829, Johan Wolfgang Dobereiner, seorang professor kimia di Jerman, mengemukakan bahwa massa atom relatif Strontium sangat dekat dengan massa rata-rata dari dua unsur lain yang mirip dengan strontium, yaitu Kalsium dan Barium. Dobereiner juga menemukan beberapa kelompok unsur lain seperti itu. Karena itu, Dobereiner mengambil kesimpulan bahwa unsur-unsur dapat dikelompokkan ke dalam kelompok-kelompok tiga unsur yang disebutnya Triade. Akan tetapi, Dobereiner belum berhasil menunjukkan cukup banyak triade sehingga aturan tersebut bermanfaat.

Penggambaran Triade Doberainer adalah sebagai berikut :

TRIADE	Ar	Rata-rata Unsur ditengah
Kalsium	40
Stronsium	?
Barium	137

Meskipun gagasan yang dikemukakan oleh Dobereiner selanjutnya gugur (tidak berhasil), tetapi hal tersebut merupakan upaya yang pertama kali dilakukan dalam menggolongkan unsur.

2.   Hukum Oktaf Newlands

Pada tahun 1866, John A.R Newlands seorang ahli kimia berkebangsaan Inggris mengemukakan bahwa unsur-unsur yang disusun berdasarkan urutan kenaikan massa atomnya mempunyai sifat yang akan berulang tiap unsur kedelapan. Artinya, unsur pertama mirip dengan unsur kedelapan, unsur kedua mirip dengan unsur kesembilan, dan seterusnya.

Sifat keperiodikan unsur berdasarkan urutan kenaikan massa atom setiap kelipatan delapan dinamakan hukum oktaf. Saat itu, baru ditemukan 60 unsur. Gas mulia tidak termasuk dalam pengelompokan sistem oktaf karena belum ditemukan .

Berikut ini disampaikan pengelompokan unsur berdasarkan hukum oktaf Newlands, yaitu sebagai berikut :

H	F	Cl	Co/Ni	Br	Pd	I	Pt
Li	Na	K	Cu	Rb	Ag	Cs	Tl
Be	Mg	Ca	Zn	Sr	Cd	Ba/V	Pb
B	Al	Cr	Y	Ce/La	U	Ta	Th
C	Si	Ti	In	Zr	Sn	W	Hg
N	P	Mn	As	Di/Mo	Sb	Nb	Bi
O	S	Fe	Se	Ro/Ru	Te	Au	Os

Beberapa unsur ditempatkan tidak urut sesuai massanya dan terdapat dua unsur yang ditempatkan di kolom yang sama karena kemiripan sifat.

3. Sistem Periodik Mendeleyev

Pada tahun 1869, Dmitri Ivanovich Mendeleyev seorang ahli kimia berkebangsaan Rusia menyusun 65 unsur yang sudah dikenal pada waktu itu. Mendeleev mengurutkan unsur-unsur berdasarkan kenaikan massa atom dan sifat kimianya.

Pada waktu yang sama, Julius Lothar Meyer membuat susunan unsur-unsur seperti yang dikernukakan oleh Mendeleyev. Hanya saja, Lothar Meyer menyusun unsur-unsur tersebut berdasarkan sifat fisiknya. Meskipun ada perbedaan, tetapi keduanya menghasilkan pengelompokan unsur yang sama.

Mendeleyev menyediakan kotak kosong untuk tempat unsur-unsur yang waktu itu belum ditemukan, seperti unsur dengan nomor massa 44, 68, 72, dan 100. Mendeleyev telah meramal sifat-sifat unsur tersebut dan ternyata ramalannya terbukti setelah unsur-unsur tersebut ditemukan. Susunan unsur-unsur berdasarkan hukum Mendeleev disempurnakan dan dinamakan sistem periodik Mendeleyev.

Sistem periodik Mendeleev terdiri atas golongan (unsur-unsur yang terletak dalam satu kolom) dan periode (unsur-unsur yang terletak dalam satu baris). Tabel sistem periodik Mendeleyev yang dibuat adalah sebagai berikut :

Periode	Gol.I	Gol.II	Gol.III	Gol.IV	Gol.V	Gol.VI	Gol.VII	Gol.VIII
1	H 1
2	Li 7	Be 9,4	B 11	C 12	N 14	O 16	F 19
3	Na 23	Mg 24	Al 27,3	Si 28	P 31	S 32	C 35,5
4	K 39	Ca 40	? (44)	Ti 48	V 51	Cr 52	Mn 55	Fe 56, Co 59
								Ni 59, Cu 63
5	Cu 63	Zn 65	? (68)	? (72)	As 75	Se 78	Br 80
6	Rb 86	Sr 87	?Yt 88	Zr 90	Nb 94	Mo 96	? (100)	Ru 104, Rh 104
								Pd 106, Ag 108
7	Ag 108	Cd 112	In 115	Sn 118	Sb 122	Te 125	I 127	?
8	Cs 133	Ba 137	?Di 138	?Ce 140	?	?	?
9	?	?	?	?	?	?	?
10	?	?	?Er 178	?La 180	Ta 182	W 184	?	Os 195, Ir 197
11	Au 199	Hg 200	Tl 204	Pb 207	Bi 208	?	?	Pt 198, Au 199
12	?	?	?	Th 231	?	U 240	?

4. Pengelompokan Unsur Berdasarkan Sistem Periodik Modern

Sistem periodik Mendeleyev dikemukakan sebelum penemuan teori struktur atom, yaitu partikel-partikel penyusun atom. Partikel penyusun inti atom yaitu proton dan neutron, sedangkan elektron mengitari inti atom. Setelah partikel-partikel penyusun atom ditemukan, ternyata ada beberapa unsur yang mempunyai jumlah partikel proton atau elektron sama, tetapi jumlah neutron berbeda. Unsur tersebut dikenal sebagai isotop. Jadi, terdapat atom yang mempunyai jumlah proton dan sifat kimia sama, tetapi massanya berbeda karena massa proton dan neutron menentukan massa atom.

Dengan demikian, sifat kimia tidak ditentukan oleh massa atom, tetapi ditentukan oleh jumlah proton dalam atom tersebut. Jumlah proton digunakan sebagai nomor atom unsur dan unsur- unsur disusun berdasarkan kenaikan nomor atom.

Ternyata, kenaikan nomor atom cenderung diikuti dengan kenaikan massa atomnya.

Keperiodikan sifat fisika dan kimia unsur disusun berdasarkan nomor atomnya. Pernyataan tersebut disimpulkan berdasarkan hasil percobaan Henry Moseley pada tahun 1913. Sistem periodik yang telah dikemukakan berdasarkan percobaan Henry Moseley merupakan sistem periodik modern dan masih digunakan hingga sekarang.

Sistem periodik unsur modern merupakan modifikasi dari sistem periodik Mendeleyev. Perubahan dan penyempumaan dilakukan terhadap sistern periodik Mendeleyev terutama setelah penemuan unsur-unsur gas mulia. Mendeleyev telah meletakan dasar-dasar yang memungkinkan untuk perkembangan sistem periodik unsur.

5. Golongan dan Periode Unsur dalam Tabel Sistem Periodik Unsur Modern

Unsur-unsur dalam tabel sistem periodik modern disusun berdasarkan kenaikan nomor atom. Karena sistem periodik yang disusun berbentuk panjang, maka tabel periodik yang sekarang ini disebut tabel periodik panjang. Terkadang disebut pula tabel periodik modern, dikarenakan disusun oleh konsep-konsep yang sudah modern.

Berbeda dengan tabel periodik Mendeleyev, karena berbentuk pendek, maka sering disebut sistem periodik pendek. Pada sistem periodik bentuk panjang, sifat unsurnya merupakan fungsi periodik dari nomor atomnya. Hal ini berarti bahwa sifat unsur tergantung dari nomor atomnya.

Pada tabel periodik bentuk panjang, juga dikenal istilah periode dan golongan. Penyusunan unsur dengan arah mendatar ke kanan disebut periode, sedangkan penyusunan unsur dengan arah ke bawah disebut golongan. Tabel periodik bentuk panjang terdiri atas 7 periode dan 8 golongan. Adapun tampilan fisik tabel Sistem Periodik Modern, adalah sebagai berikut :Periode dibedakan menjadi periode pendek dan periode panjang, sedangkan golongan dibedakan menjadi golongan A (golongan utama) dan golongan B (golongan transisi). Periode pendek mencakup periode 1 (terdiri dari 2 unsur), periode 2 (terdiri dari 8 unsur) dan periode 3 (terdiri dari 8 unsur). Sedangkan periode panjang mencakup periode 4 sampai dengan periode 7.

a. Golongan

Golongan unsur pada sistem periodik unsur modern disusun berdasarkan jumlah elektron valensi (elektron yang terletak pada kulit terluar). Unsur dalam satu golongan mempunyai sifat yang cenderung sama dan ditempatkan dalam arah vertikal (kolom).

Pada sistem periodik unsur modern, golongan dibagi menjadi 18 berdasarkan aturan IUPAC. Berdasarkan aturan Amerika, sistem periodik unsur modern dibagi dua golongan yaitu golongan A dan B. Jadi, golongan unsur dari kiri ke kanan ialah IA, IIA, 11113, IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB, 1113, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, dan VIIIA. Umumnya, digunakan pembagian golongan menjadi A dan B.

Golongan unsur pada sistem periodik unsur modern mempunyai nama khusus yaitu sebagai berikut :

Golongan		Nama Khusus	Unsur-unsur
IA	1	Alkali	Li, Na, K, Rb, Cs, dan Fr
IIA	2	Alkali Tanah	Be, Mg, Ca, Sr, Ba, dan Ra
IIIA	13	Boron	B, Al, Ga, In, dan Tl
IVA	14	Karbon	C, Si, Ge, Sn, dan Pb
VA	15	Nitrogen	N, P, As, Sb, dan Bi
VIA	16	Oksigen	O, S, Se, Te, dan Po
VIIA	17	Halogen	F, Cl, Br, I, dan At
VIIIA	18	Gas Mulia	He, Ne, Ar, Kr, Xe, dan Rn

b. Periode

Periode unsur pada sistem periodik unsur modem disusun dalam arah horisontal (baris) untuk menunjukkan kelompok unsur yang mempunyai jumlah kulit sama.

Sistem periodik bentuk panjang terdiri atas 7 periode sebagai berikut :

1)        Periode 1 = periode sangat pendek berisi 2 unsur, yaitu H dan He

2)        Periode 2 = periode pendek berisi 8 unsur

3)        Periode 3 = periode pendek berisi 8 unsur

4)        Periode 4 = periode panjang berisi 18 unsur

5)        Periode 5 = periode panjang berisi 18 unsur

6)        Periode 6 = periode sangat panjang berisi 32 unsur

7)        Periode 7 = periode yang unsur-unsurnya belum lengkap berisi 30 unsur

Pada periode 6 termasuk periode sangat panjang, yaitu berisi 32 unsur.

Golongan IIIB periode 6 berisi 14 unsur dengan sifat mirip yang dinamakan golongan lantanida.

Begitu juga golongan IIIB periode 7 berisi 14 unsur dengan sifat mirip dinamakan golongan aktinida.

Unsur golongan aktinida dan lantanida biasanya dituliskan terpisah di bawah. Golongan lantanida dan aktinida disebut golongan transisi dalam.

6. Penetapan Golongan dan Periode

Golongan dan periode dapat ditentukan dengan cara menuliskan konfigurasi elektron. Konfigurasi elektron adalah penataan elektron dalarn atom yang ditentukan berdasarkan jumlah elektron.

Pada konfigurasi elektron, jumlah elektron valensi menunjukkan nomor golongan, sedangkan jumlah kulit yang sudah terisi elektron (n terbesar) menunjukkan periode.

MASSA ATOM/MOLEKUL RELATIF (Ar/Mr), ISOTOP DAN KELIMPAHANNYA

1.      Massa Atom Relatif (A_r)

Massa Atom relatif adalah perbandingan relatif massa atom unsur tertentu terhadap massa atom unsur lainnya. Satuan Massa Atom disingkat sma.

1 sma =  x massa atom C-12

Jika massa atom Karbon (C) adalah 12,01115 » 12 maka perhitungan massa atom relatif dilakukan dengan cara sebagai berikut :

Karena massa atom C-12 sama dengan 1 sma, maka

Yang berarti :

A_r X = massa rata-rata 1 atom unsur X » A_r X = pembulatan massa rata-rata 1 atom unsur X

Contoh :
Diketahui massa atom unsur Al adalah 26,98115 tentukan massa atom relatif (Ar) unsur tersebut :
Jawab :
 » 26,98115 dibulatkan menjadi 27

2.      Massa Molekul Relatif (M_r)

Massa Molekul Relatif adalah perbandingan massa 1 molekul unsur atau senyawa terhadap massa atom C-12 dan dirumuskan sebagai berikut :

 atau

M_r = jumlah total A_r unsur-unsur penyusun senyawa

Atau
  Mr = S Jumlah Atom. Ar.b 

Jumlah Atom adalah hasil perkalian antara indeks dan koefisien. Indeks menyatakan jumlah atom masing-masing unsur yang ada didepannya. Jika terdapat indeks ganda (indeks didalam kurung dan indeks diluar kurung), maka terlebih dahulu dilakukan perkalian antar indeks untuk mendapatkan indeks yang akan dikalikan dengan koefisien nantinya.

Koefisien menyatakan jumlah keseluruhan atom unsur yang ada dibelakangnnya. Jika indeks dan koefisien tidak tertulis maka indeks dan koefisiennya adalah 1. 

aXb

Penulisan indeks dan koefisien dilambangkan sebagai berikut

dimana,      

a     =     koefisien

b     =     indeks

X    =     lambang unsur

Contoh :
Diketahui Ar H=1, Ar C=12, Ar N=14, Ar O=16. Tentukan Mr dari senyawa (NH₄)₂.CO₃
Jawab :
M_r (NH₄)₂.CO₃   =   {(Jlh.Atom N.Ar N) + (Jlh.Atom H.Ar H) + (Jlh.Atom C.Ar C) + (Jlh.Atom O. Ar O)}
=   {(indeks N.indeks NH₄).Koef.(NH₄)₂.CO₃ x Ar N) + (indeks H.indeks NH₄).Koef.(NH₄)₂.CO₃ x Ar H) + (indeks C.Koef.(NH₄)₂.CO₃ x Ar C) + (indeks O.Koef.(NH₄)₂.CO₃ x Ar O)}
=   {(1.2 x 1 x Ar N) + (4.2.1 x 1 x Ar H) + (1.1 x             Ar C) + (3.1 x Ar O)}
=   {(2.Ar N) + (8.Ar H) + (1.Ar C) + (3.Ar O)}
=   {(2.14) + (8.1) + (1.12) + (3.16)}
=   {(28 + 8 +12 +48)}
=   96

3.      Isotop

Massa atom untuk tiap atom tidak khas, dalam arti atom suatu unsur yang sama, mungkin memiliki massa yang berbeda Isotop adalah unsur yang mempunyai nomor atom yang sama tetapi nomor massa yang berbeda. Hidrogen mempunyai 3 isotop, yaitu , , dan .

Mengapa atom-atom dari unsur yang sama, bisa mempunyai nomor massa yang berbeda? Hal ini disebabkan karena perbedaan jumlah neutron yang terdapat dalam inti atomnya, karena massa atom lebih ditentukan dari jumlah massa proton + jumlah massa neutronnya, sementara jumlah massa elektronnya diabaikan. Massa dari isotop dapat ditentukan dengan alat yang diberi nama Spektograf Massa.

Selain isotop, dikenal juga beberapa istilah yang lain, yaitu sebagai berikut :

1. Isobar, merupakan atom-atom unsur yang mempunyai nomor massa sama, tetapi nomor atom dan unsurnya berbeda. Contoh :  dan
2. Isoton, merupakan atom-atom unsur yang mempunyai jumlah neutron yang sama, tetapi nomor atom dan unsurnya berbeda.    Contoh           :            

                                        n     =   31 – 15        dan
                                               =   16
                                        n     =   32 – 16
                                               =   16
3. Isoelektron, merupakan atom-atom unsur yang mempunyai jumlah elektron yang sama, tetapi nomor atom dan unsurnya berbeda.    Contoh           :           ₁₁Na⁺
e     =   11 – 1        dan
=   10
₉F^-
e     =   9 + 1
=   10

3.      Kelimpahan Isotop di Alam

Unsur yang terdapat di alam kebanyakan terdapat sebagai campuran isotop. Massa atom relatif (Ar/Mr) dari suatu unsur dapat dicari dengan menjumlahkan persentase masing-masing isotop dari atom terhadap nomor massanya. Karena setiap isotop mempunyai massa yang berbeda, maka harga massa atom setiap unsur merupakan harga rata-rata seluruh isotopnya.

Kelimpahan isotop dialam dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut :

 Massa 1 atom X rata-rata = {(%X₁.massa X₁) + (%X₂.massa X₂)}

Dimana :

% X              =     persentase atom

Massa X₁    =     massa isotop ke-1

Massa X₂    =     massa isotop ke-2

Contoh :
Diketahui di alam terdapat 59,98% isotop . Bila Ar Cl 36,2 dan Cl mempunyai 2 isotop, maka nomor massa isotop yang lain adalah ….
Penyelesaian
Cl ke-1      =     59,98%  –>NM = 36,2
Cl ke-2      =     (100 – 59,98)%
                   =     40,02 % –> NM= …?
Ar Cl          =     (%Cl_-1. Massa Cl_-1) + (%Cl_-2. Massa Cl_-2)
36,2           =     (59,98%. 37) + (40,02%. NM Cl_-2)
36,2           =     (22,19926) + (40,02%. NM Cl_-2)
NM Cl_-2­   =    35,001
                    =     dibulatkan menjadi 35  sehingga Nomor massa isotop yang lain adalah 35

LATIHAN/DISKUSI

1.    Tentukan Mr dari senyawa berikut :
       a.      Al₂(SO₄)₃                      b.      CH₃C(NH₂)OH
       (Jika Ar H=1, C=12, N=14, O=16, Al=27, S=32)
2.    Atom C mempunyai 3 isotop, yaitu , ,
       Jumlah di alam masing-masing 80%, 10%, 10%.
       Tentukan Ar C.

RANGKUMAN

1. Untuk menentukan massa atom suatu unsur digunakan ukuran massa atom pembanding yang disebut massa atom relatif (Ar).

2. Isotop C-12 digunakan sebagai standar pembanding, karena atom tersebut paling stabil dibanding atom-atom lain.

3. Massa atom relatif suatu unsur adalah perbandingan massa rata-rata satu atom suatu unsur terhadap massa satu atom C-12, dirumuskan sebagai : …….

4. Massa molekul relatif (Mr) adalah perbandingan massa molekul unsur atau senyawa terhadap massa atom C-12, dirumuskan sebagai :

 atau Mr X = S Jumlah atom x Ar X

5.         Isotop adalah unsur yang mempunyai nomor atom yang sama tetapi nomor massa yang berbeda.
6.         Isobar, merupakan atom-atom unsur yang mempunyai nomor massa sama, tetapi nomor atom dan unsurnya berbeda
7.         Isoton, merupakan atom-atom unsur yang mempunyai jumlah neutron yang sama, tetapi nomor atom dan unsurnya berbeda.
8.         Isoelektron, merupakan atom-atom unsur yang mempunyai jumlah elektron yang sama, tetapi nomor atom dan unsurnya berbeda.
9.         Unsur yang terdapat di alam kebanyakan terdapat sebagai campuran isotop.
10.      Massa atom relatif (Ar/Mr) dari suatu unsur dapat dicari dengan menjumlahkan persentase masing-masing isotop dari atom terhadap nomor massanya.
11.      Kelimpahan isotop dialam dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut :

 Massa 1 atom X rata-rata = {(%X₁.massa X₁) + (%X₂.massa X₂)}