Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur

Tujuan Pembelajaran:

Menjelaskan perkembangan teori atom dari teori atom Dalton sampai mekanika kuantum.
Menuliskan konfigurasi elektron suatu atom.
Menyebutkan jenis-jenis partikel dasar penyusun atom.
Menjelaskan struktur atom.
Menentukan jumlah proton, neutron, dan elektron suatu atom atau ion.
Menentukan jumlah nomor atom dan massa atom suatu atom jika diketahui jumlah proton, neutron, dan elektron.
Menjelaskan proses penemuan partikel-partikel dasar penyusun atom.
Menjelaskan pengertian isotop, isobar, dan isoton.
Memberikan contoh isotop, isobar, dan isoton.
Menjelaskan perkembangan sistem periodik unsur dari sistem triad sampai sistem periodik unsur modern.
Membedakan dasar-dasar penyusunan setiap sistem periodik unsur.
Menjelaskan pengertian periode dan golongan dalam sistem periodik unsur.
Menentukan elektron valensi, jumlah kulit atom, nomor periode, dan nomor golongan suatu unsur dalam sistem periodik unsur.
Menjelaskan pengertian jari-jari atom, energi ionisasi, elektronegatifitas, afinitas elektron.
Menjelaskan kecenderungan jari-jari atom, energi ionisasi, elektronegatifitas, afinitas elektron, sifat logam, titik didih, dan titik leleh suatu unsur dalam satu periode dan satu golongan.

Pernahkah Anda berpikir bagaimana seandainya sepotong besi dipotong menjadi dua, kemudian setiap bagian dipotong lagi menjadi dua, kemudian setiap bagian yang kecil dipotong menjadi dua lagi, dan seterusnya sampai bentuk yang terkecil. Kira-kira apa yang akan Anda peroleh? Pernahkah juga Anda berpikir hamparan pasir di pantai yang dari kejauhan tampak seperti hamparan permadani, tetapi ketika didekati dan dipegang ternyata hanya butiran-butiran kecil. Nah, seperti itulah juga semua zat yang ada di dunia ini yang juga tersusun atas partikel-partikel paling kecil yang menyusun zat yang lebih besar. Partikel terkecil yang menyusun setiap zat di dunia ini oleh para ilmuwan dikenal dengan sebutan atom.

Untuk mengawali pelajaran kimia di kelas X ini, Anda akan mempelajari tentang struktur atom, bagaimana bentuk atom itu, apa saja partikel penyusun atom, berapa banyak atom di dunia ini, bagaimana upaya para ahli untuk mengelompokkan atomatom tersebut agar mudah dipelajari, dan lain-lain. Selamat memasuki dunia ilmu kimia yang penuh dengan keajaiban dan keindahan serta penuh pelajaran untuk kemaslahatan hidup di dunia.

Struktur Atom

Perkembangan Pemahaman Mengenai Struktur Atom

Setiap materi di alam semesta ini tersusun atas partikel-partikel yang sangat kecil yang oleh para ahli dikenal dengan nama atom. Sejak dahulu kala pertama manusia berpikir tentang zat penyusun setiap materi, kemudian dirumuskannya teori atom dan sampai sekarang di zaman yang serba canggih ini, keberadaan atom sudah diterima semua orang, tetapi bagaimana bentuk sebenarnya atom tersebut serta penyusunnya belum diketahui secara pasti.

Para ahli hanya mereka-reka berdasarkan pengamatan di laboratorium terhadap gejala yang ditimbulkan jika suatu materi diberi perlakukan tertentu. Dari pengamatan gejala-gejala tersebut para ahli kemudian membuat teori tentang atom dan memperkirakan bentuk atom tersebut yang dikenal dengan sebutan modelatom. Model-model atom yang diusulkan oleh para ahli mengalami per-kembangan sampai sekarang dan akan terus berkembang seiring dengan semakin canggihnya instrumen laboratorium yang ditopang oleh kemajuan iptek yang luar biasa.

1. Model Atom Dalton

Tahukah Anda bahwa di dunia ilmu kimia ini patut dikenang satu nama sebagai pencetus teori atom modern yang asli. Dia

adalah seorang guru dan ahli kimia berkebangsaan Inggris bernama John Dalton (1776 – 1844). Sumbangan Dalton merupakan keunikan dari teorinya yang meliputi dua hal:

a. Dia adalah orang pertama yang melibatkan kejadian kimiawi seperti halnya kejadian fisis dalam merumuskan gagasannya tentang atom.

b. Dia mendasarkan asumsinya pada data kuantitatif, tidak menggunakan pengamatan kualitatif atau untung-untungan.

Teori atom Dalton dikemukakan berdasarkan dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa dan hukum perbandingan tetap. Teori atom Dalton dikembangkan selama periode 1803-1808 dan didasarkan atas tiga asumsi pokok, yaitu:

a. Setiap unsur kimia tersusun oleh partikel-partikel kecil yang tidak dapat dihancurkan dan dipisahkan yang disebut atom. Selama mengalami perubahan kimia, atom tidak bisa diciptakan dan dimusnahkan.

b. Semua atom dari suatu unsur mempunyai massa dan sifat yang sama, tetapi atom-atom dari suatu unsur berbeda dengan atom-atom dari unsur yang lain, baik massa maupun sifat-sifatnya yang berlainan.

c. Dalam senyawa kimiawi, atom-atom dari unsur yang berlainan melakukan ikatan dengan perbandingan angka sederhana.

2. Model Atom Thompson

Pada tahun 1897 J. J. Thompson menemukan elektron. Berdasarkan penemuannya tersebut, kemudian Thompson mengajukan teori atom baru yang dikenal dengan sebutan model atom Thompson. Model atom Thompson dianalogkan seperti sebuah roti kismis, di mana atom terdiri atas materi bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis. Karena muatan positif dan negatif bercampur jadi satu dengan jumlah yang sama, maka secara keseluruhan atom menurut Thompson bersifat netral (Martin S. Silberberg, 2000).

3. Model Atom Rutherford

Antoine Henri Becquerel (1852-1908), seorang ilmuwan dari Perancis pada tahun 1896 menemukan bahwa uranium dan senyawa-senyawanya secara spontan memancarkan partikel-partikel. Partikel yang dipancarkan itu ada yang bermuatan listrik dan memiliki sifat yang sama dengan sinar katode atau elektron.

Unsur-unsur yang memancarkan sinar itu disebut unsur radioaktif, dan sinar yang dipancarkan juga dinamai sinar radioaktif. Ada tiga macam sinar radioaktif, yaitu:

a. sinar alfa (α), yang bermuatan positif

b. sinar beta (β), yang bermuatan negatif

c. sinar gama(γ), yang tidak bermuatan

Sinar alfa dan beta merupakan radiasi partikel. Setiap partikel sinar alfa bermuatan +2 dengan massa 4 sma, sedangkan partikel sinar beta sama dengan elektron, bermuatan –1 dan massa 1 1.840 sma (dianggap sama dengan nol). Adapun sinar gama adalah radiasi elektromagnet, tidak bermassa, dan tidak bermuatan.

Pada tahun 1908, Hans Geiger dan Ernest Marsden yang bekerja di laboratorium Rutherford melakukan eksperimen dengan menembakkan sinar alfa (sinar bermuatan positif) pada pelat emas yang sangat tipis. Sebagian besar sinar alfa itu berjalan lurus tanpa gangguan, tetapi sebagian kecil

dibelokkan dengan sudut yang cukup besar, bahkan ada juga yang dipantulkan kembali ke arah sumber sinar.

Dari hasil percobaan kedua asistennya itu,

Ernest Rutherford menafsirkan sebagai berikut.

a. Sebagian besar partikel sinar alfa dapat menembus pelat karena melalui daerah hampa.

b. Partikel alfa yang mendekati inti atom dibelokkan karena mengalami gaya tolak inti.

c. Partikel alfa yang menuju inti atom dipantulkan karena inti bermuatan positif dan sangat massif (Martin S. Silberberg, 2000).

Beberapa tahun kemudian, yaitu tahun 1911, Ernest Rutherford mengungkapkan teori atom modern yang dikenal sebagai model atom Rutherford.

a. Atom tersusun dari:

1) Inti atom yang bermuatan positif.

2) Elektron-elektron yang bermuatan negatif dan mengelilingi inti.

b. Semua proton terkumpul dalam inti atom, dan menyebabkan inti atom bermuatan positif.

c. Sebagian besar volume atom merupakan ruang kosong. Hampir semua massa atom terpusat pada inti atom yang sangat kecil.

Jari-jari atom sekitar 10–10 m, sedangkan jari-jari inti atom sekitar 10–15 m.

d. Jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi inti, sedangkan atom bersifat netral.

4. Model Atom Niels Bohr

Dilihat dari kandungan energi elektron, ternyata model atom Rutherford mempunyai kelemahan. Ketika elektron-elektron mengelilingi inti atom, mereka mengalami percepatan terus-menerus, sehingga elektron harus membebaskan energi. Lama kelamaan energi yang dimiliki oleh elektron makin berkurang dan elektron akan tertarik makin dekat ke arah inti, sehingga akhirnya jatuh ke dalam inti. Tetapi pada kenyataannya, seluruh elektron dalam atom tidak pernah jatuh ke inti. Jadi, model atom Rutherford harus disempurnakan. Dua tahun berikutnya, yaitu pada tahun

1913, seorang ilmuwan dari Denmark yang bernama Niels Henrik David Bohr (1885- 1962) menyempurnakan model atom Rutherford. Model atom yang diajukan Bohr dikenal sebagai model atom Rutherford- Bohr, yang dapat diterangkan sebagai berikut.

a. Elektron-elektron dalam atom hanya dapat melintasi lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit-kulit atau tingkattingkat energi, yaitu lintasan di mana elektron berada pada keadaan stationer, artinya tidak memancarkan energi.

b. Kedudukan elektron dalam kulit-kulit, tingkat-tingkat energi dapat

disamakan dengan kedudukan seseorang yang berada pada anak-anak

tangga. Seseorang hanya dapat berada pada anak tangga pertama, kedua,

ketiga, dan seterusnya, tetapi ia tidak mungkin berada di antara anak

tangga-anak tangga tersebut.

Model atom Bohr tersebut dapat dianalogkan seperti sebuah tata surya mini. Pada tata surya, planet-planet beredar

mengelilingi matahari. Pada atom, elektronelektron beredar mengelilingi atom, hanya bedanya pada sistem tata surya, setiap lintasan (orbit) hanya ditempati 1 planet, sedangkan pada atom setiap lintasan (kulit) dapat ditempati lebih dari 1 elektron. Dalam model atom Bohr ini dikenal istilah konfigurasi elektron, yaitu susunan elektron pada masing-masing kulit. Data yang digunakan untuk menuliskan konfigurasi elektron adalah nomor atom suatu unsur, di mana nomor atom unsur menyatakan jumlah elektron dalam atom unsur tersebut. Sedangkan elektron pada kulit terluar dikenal dengan sebutan elektron valensi. Susunan elektron valensi sangat menentukan sifat-sifat kimia suatu atom dan berperan penting dalam membentuk ikatan dengan atom lain. Untuk menentukan konfigurasi elektron suatu unsur, ada beberapa patokan yang harus selalu diingat, yaitu:

a. Dimulai dari lintasan yang terdekat dengan inti, masing-masing lintasan disebut kulit ke-1 (kulit K), kulit ke-2 (kulit L), kulit ke-3 (kulit M), kulit ke-4 (kulit N), dan seterusnya.

b. Jumlah elektron maksimum (paling banyak) yang dapat menempati

masing-masing kulit adalah:

Kulit K dapat menampung maksimal 2 elektron.

Kulit L dapat menampung maksimal 8 elektron.

Kulit M dapat menampung maksimal 18 elektron, dan seterusnya.

c. Kulit yang paling luar hanya boleh mengandung maksimal 8 elektron.

SOAL:

Tulislah konfigurasi elektron dari unsur-unsur berikut.

a. Helium dengan nomor atom 2

b. Nitrogen dengan nomor atom 7

c. Oksigen dengan nomor atom 8

d. Kalsium dengan nomor atom 20

e. Bromin dengan nomor atom 35

Jawab:

Kata Kunci: elektron, proton, neutron, atom, dalton, niels bohr, thompson, rutherford

Sumber:

Utami, Budi, dkk. 2009. Kimia Untuk SMA/MA Kelas X. Jakarta: Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.