STRUKTUR ATOM DAN TABEL PERIODIK 1 1 TEORI

STRUKTUR ATOM DAN TABEL PERIODIK 1

1. TEORI ATOM Lima belas abad S. M. Democritus (filusuf Yunani): “ Semua materi terdiri dari zat yang sangat kecil, berupa partikel yang tidak dapat dibagi lagi atom ( a= tidak, tomos = terbagi)” 3

Teori Atom Dalton (1808) Kimia modern diawali dengan Teori Atom Dalton • Semua materi terdiri dari partikel kecil yang tidak dapat dibagi lagi yang disebut atom • Atom dari unsur yang sama identik (massa, sifat kimia dan ukuran) • Senyawa terdiri dari atom-atom dari unsur yang berbeda yang bergabung dengan perbandingan bilangan bulat yang sederhana • Dalam reaksi kimia atom tidak diciptakan atau hilang. 4

Teori Atom Dalton • Hukum Perbandingan Tetap ( J. Proust, 1799) • Hukum Kelipatan Perbandingan • Hukum Kekekalan Massa (Lavoiseir, 1774) 5

2. Struktur Atom Namun. . . Mulai tahun 1850 – abad 21 serangkaian penelitian menemukan partikel subatomik : • Elektron • Proton • Neutron 6

Elektron 7

Tabung Sinar Katoda a. “Gas discharge tubes” b. Pembelokan sinar katoda menuju logam yang bermuatan positif 8

J. J. Thomson (1856 – 1940). Ahli fisika dari Inggris yang mendapatkan Penghargaan Nobel pada tahun 1906 untuk menemukan elektron Dengan mengatur kekuatan medan magnet dan listrik, Thomson dapat menghitung perbandingan muatan dan massa elektron. (e/m) yaitu – 1, 76 x 108 coulomb/gram. 9

Robert Andrew Milikan (1868 – 1953). Ahli fisika dari Amerika yang mendapatkan Penghargaan Nobel di bidang fisika pada tahun 1923 untuk menemukan muatan elektron Karena e = - 1, 6022 x 10 -19 C, maka m = 9, 10 x 10 -28 kg 10

RADIOAKTIVITAS Antoine Becquerel (1852 – 1908) Ahli fisika dari Prancis yang mendapatkan Penghargaan Nobel di bidang fisika pada tahun 1903 untuk menemukan radioaktivitas dari uranium 11

Proton dan Nukleus 12

Setelah menemukan elektron, J. J. Thomson mengajukan Model Atom, yang dikenal dengan Model Atom Thompson Roti Kismis. Elektron (kismis) tersebar di dalam badan atom yang bermuatan positif (roti) 13

Ernest Rutherford (1871 – 1937). Ahli fisika dari New Zealand yang mendapatkan Penghargaan Nobel di bidang kimia pada tahun 1908 untuk menemukan struktur atom yang memiliki nukleus 14

Rutherford mengusulkan bahwa seluruh muatan positif atom terpusat di inti atom (nukleus) yang menjadi pusat massa atom. Partikel yang bermuatan positif dalam nukleus disebut proton. Penelitian yang lain menemukan massa proton = 1, 67262 x 10 -24 g (kira-kira 1840 kali massa elektron) 15

Neutron 16

Penemuan Rutherford meninggalkan satu masalah. . . Perbandingan jumlah proton H dan He 1 : 2 namun. . . Perbandingan massa H dan He 1 : 4 Bagaimana Saudara menjelaskan fenomena ini ? 17

Penelitian Chadwick (1932), menemukan partikel yang bermuatan netral dengan massa hampir sama dengan proton NEUTRON H mengandung 1 proton He mengandung 2 proton dan 2 neutron maka. . . Perbandingan massa H dan He 1 : 4 18

Proton dan neutron terpaketkan dalam inti atom dengan ukuran yang sangat kecil. Elektron bagaikan awan yang mengelilingi nukleus. 19

3. Nomor Atom, Nomor Massa dan Isotop A Z X X = Lambang unsur Z = nomor atom (= jumlah proton) A = Nomor Massa ( = jumlah proton + neutron) Isotop Atom dengan Z sama A beda 20

4. Teori Kuantum (Max Planck, 1900) • Planck mengatakan : Atom dan molekul dapat menyerap atau mengemisikan energi dengan jumlah yang terdiskritkan. • Satuan terkecil dari energi tersebut disebut kuantum • Energi yang diserap atau diemisikan dalam bentuk radiasi elektromagnetik 21

• Setiap kuantum memiliki energi sebesar E = h. E = energi (J) h = konstanta Planck ( 6, 63 x 10 -34 J. s) = frekuensi radiasi (s-1) Untuk memahami Teori Kuantum Planck, kita harus memahami sifat-sifat gelombang. 22

Sifat Gelombang (rambatan energi) l (panjang gelombang) = Jarak antara 2 bukit (atau lembah) n (frekuensi) = jumlah getaran perdetik nx =c C = konstanta kecepatan cahaya ( 3 x 10 -8 m/s) 23

Radiasi Elektromagnetik Radiasi elektromagnetik : emisi atau transmisi energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik Gelombang elektromagnetik : gelombang yang memiliki komponen medan listrik dan medan magnet. 24

Jenis Radiasi Elektromagnetik 25

TEORI ATOM HIDROGEN BOHR 26

Element from The Sun 27

Spektrum Emisi Spektrum emisi : spektrum garis atau kontinu dari radiasi yang diemisikan oleh suatu zat Spektrum garis: emisi cahaya dengan panjang gelombang tertentu Spektrum emisi atom Spektrum kontinu: emisi cahaya dengan panjang gelombang yang berkelanjutan Spektrum emisi molekul 28

Spektrum Emisi Garis (diskontinu) 29

Spektrum Emisi Kontinu 30

31

• Elektron berputar dalam jalur orbit • Elektron tunggal atom hidrogen hanya dapat berada pada orbit-orbit tertentu yang memiliki energi tertentu • Radiasi terjadi ketika elektron berpindah dari orbit yang memiliki energi lebih besar ke yang lebih kecil. 32

Energi yang dimiliki elektron : En = - RH ( 1/n 2) RH = konstanta Rydberg : 2, 18 x 10 -18 J n= bilangan kuantum utama (kulit) n = 1, 2, 3, . . . Jika elektron berpindah dari na – nz , maka : En = Ez – Ea En = RH {( 1/na 2) - ( 1/nz 2)} Radiasi emisi En = h. 33

34

35

BILANGAN KUANTUM Dalam mekanika kuantum, tiga bilangan kuantum diperlukan untuk menggambarkan distribusi elektron dalam suatu atom, yaitu : 1. Bilangan Kuantum Utama (n) 2. Bilangan Kuantum Momentum Sudut (l) 3. Bilangan Kuantum Magnetik (m) Tiga bilangan kuantum ini dapat menunjukan tempat orbital sebuah elektron berada. Bilangan kuantum yang ke empat : 4. Bilangan kuantum spin (s), menggambarkan sifat suatu elektron sehingga dapat mengidentifikasi lebih spesifik lagi 38

Bilangan Kuantum Utama, n Menunjukkan … • Tingkat energi suatu orbital. • Jarak rata-rata suatu elektron dengan inti atom • n = 1, 2, 3, … n = 1 2 3 4 . . . Kulit K L M N . . . 39

Bilangan Kuantum Momentum Sudut (azimuth) , l Menyatakan … • Bentuk orbital, l = 0 orbital s (bola) l = 1 orbital p (balon terpilin) l = 2 orbital d l = 3 orbital f • Sub kulit, pada kulit ke n, harga l yang mungkin l = 0 s/d (n-1) Pada n = 1 l = 0 ( 1 s) 1 sub kulit n = 2 l = 0, 1 (2 s dan 2 p) 2 sub kulit n = 3 l = 0, 1, 2 ( 3 s, 3 p, 3 d) 3 sub kulit n = 4 l = 0, 1, 2, 3 ( 4 s, 4 p, 4 d, 4 f) 4 sub kulit 40

Orbital s Orbital p 41

Bilangan Kuantum Magnetik , m Menggambarkan … Arah orientasi ruang orbital, Pada sub kulit l, maka nilai m yang mungkin : -l, (-l + 1), …, 0, …, (+l – 1), +l Pada sub kulit s, l = 0 m = 0 (tidak punya arah orientasi ruang) Pada sub kulit p, l = 1 m = -1, 0, +1 (punya 3 orbital dengan arah orientasi ruang px, p y, p z) 42

Bilangan Kuantum Spin , s s = 1/2 s = - 1/2 Dalam satu orbital, dapat diisi max 2 elektron yang memiliki arah rotasi yang berlawanan 43

Tabel Hubungan n, l, m, s 44

Jumlah Maksimum Elektron 45

Orbital-orbital Atom Orbital s Orbital d Orbital p 46

Energi Orbital 47

Urutan orbital berdasarkan tingkat energi 48

Konfigurasi Elektron 49

Prinsip Larangan Pauli Dua buah elektron tidak mungkin memilki empat bilangan kuantum yang sama keempat-empatnya Dari tiga kemungkinan konfigurasi elektron He di bawah ini, mana yang benar ? Berapakah empat bilangan kuantum untuk masing-masing elektron ? He 1 s 2 50

Paramagnetik dan Diamagnetik Zat Paramagnetik Dipengaruhi medan magnet (ada elektron yang tidak berpasangan) Zat Diamagnetik Tidak dipengaruhi medan magnet (elektron berpasangan semua) 51

Aturan Hund Konfigurasi elektron dengan arah elektron yang paralel pada orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama adalah lebih stabil 52

Prinsip Aufbau (“membangun”) Elektron mengisi orbil atom satu demi satu dimulai dari orbital dengan energi yang lebih rendah terlebih dahulu Kestabilan penuh – Kestabilan setengah penuh Silahkan Saudara buat konfigurasi 24 Cr 29 Cu 24 Cr dan 29 Cu ! [Ar] 4 s 1 3 d 5 [Ar] 4 s 1 3 d 10 Nb : Kita dapat menggunakan lambang gas mulia untuk menyingkat konfigurasi elektron 53

Konfigurasi Elektron dan Tabel Periodik 54

Tabel Periodik Lavoisier ( 1789) 26 unsur 1870 60 unsur Sekarang 114 unsur Data tentang unsur perlu diorganisir agar mudah dipelajari dan dipahami 55

Mulanya, unsur dibagi jadi dua kelompok besar : • Logam kilap, dapat ditempa, penghantar panas dan listrik, membentuk senyawa dengan oksigen yang bersifat basa • Nonlogam tidak mempunyai sifat khas, tidak menghantar panas dan listrik (kecuali grafit) dan membentuk oksida asam 56

Triade Dobereiner ( 1817) Menemukan tiga unsur dengan kemiripan sifat dan ada hubungannya dengan massa atom relatif, seperti : Litium Kalsium Klor Natrium Stronsium Brom Kalium Barium Yod Diamatinya bahwa Ar Br 80, kira-kira sama dengan setengah dari jumlah Ar klor (35) dan Yod (127). Ar Br = ½ ( 35 + 127) = 81 57

Hukum Oktaf Newlands (1865) John Newlands menemukan hubungan lain antara sifat unsur dan massa atom relatifnya…. Jika ia menyusun unsur berdasarkan kenaikkan Ar, maka setiap unsur kedelapan mempunyai sifat mirip dengan unsur yang pertama Hukum Oktaf (sama halnya dengan oktaf dalam nada musik) Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Mn Fe Ca Cr Ti 58

Mendeleyev dan Meyer (1868) Menyempurnakan susunan unsur Newlands dengan menyelidiki lebih detil sifat fisika dan kimia dari unsur yang sudah ditemukan. Beberapa perbaikannya antara lain : 1. Selisih Ar dua unsur berurutan sekurang-kurangnya dua satuan 2. Unsur-unsur transisi disediakan jalur khusus 3. Beberapa tempat dikosongkan untuk unsur-unsur yang belum ditemukan saat itu (Ar = 44, 68, 72 dan 100) 59

4. Koreksi Ar Cr bukan 43, 3 tapi 52, 0 5. Tanpa eksperimen mengubah valensi boron dan aluminium dari 2 menjadi 3 6. Ia meramal sifat unsur yang belum dikenal seperti ekasilikon (Ge) 60

Keuntungan dari daftar Mendeleyef dalam memahami sifat unsur : 1. Sifat kimia dan fisika unsur dalam satu golongan berubah secara teratur. 2. Valensi tertinggi yang dapat dicapai unsur sama dengan nomor golongan. 3. Sifat Li mirip dengan Mg. Sifat Be mirip dengan Al. Sifat B mirip dengan Si. Kemiripan ini dikenal sebagai hubungan diagonal. 4. Mendeleyey meramal sifat unsur-unsur yang belum ditemukan 5. Daftar ini tidak mengalami perubhan setelah ditemukan unsur-unsur gas mulia He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, diantara tahun 1890 – 1900. 61

Tabel Periodik Modern 1. Daftar ini disusun berdasarkan konfigurasi elektron 2. Unsur dalam suatu jalutr vertikal mempunyai struktur elektron terluar yang sama oleh karena itu mempunyai sifat kimia yang mirip. Jalur ini disebut “golongan”. 3. Ada perubahan sifat kimia secara teratur dalam suatu jalur horisontal “perioda”. 62

Tabel Periodik Modern Nama golongan : 1. Sistem IA-IIA-B-IIIA-VIIIA 2. Sistem baru (1985) 1 - 18 63

Logam, Nonlogam dan Metaloid 64

Sifat Periodik 1. Jari-jari Atom Jarak dari inti atom ke elektron terluar ( ½ kali ikatan kovalen molekul unsur diatomik) Jari -jari atom berkisar : 70 Ao s/d 290 Ao 1 Ao = 1. 10 -10 m (1 Angstrom) 65

Variations in atomic and ionic radii in the periodic table. Value are in picometers 66

Ukuran Ion 67

2. Energi ionisasi (EI) adalah energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu elektron dari keadaan terisolasi, atom gas atau ion dalam keadaan dasar. X(g) X+ (g) + e- Energi ionisasi umumnya meningkat dari bawah ke atas pada satu golongan dan meningkat dari kiri kekanan dalam satu perioda. 68

Grafik energi ionisasi pertama terhadap nomor atom 69

70

3. Afinitas elektron (EA) adalah jumlah energi yang Dikeluarkan karena penambahan elektron pada atom gas atau ion dalam keadaan dasar. X(g) + e- X- (g) Afinitas elektron menjadi lebih eksotermik dari kiri ke kanan pada tabel periodik dan dari bawah ke atas. 71

72