Struktur Atom dan Tabel Periodik

  

STRUKTUR ATOM DAN TABEL

PERIODIK

  

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)”

  

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.

  Teori Atom Dalton

• • Hukum Perbandingan Tetap ( J. Proust, 1799)

• • Hukum Kelipatan Perbandingan

  • Hukum Kekekalan Massa (Lavoiseir, 1774)

  2. Struktur Atom Namun..... Mulai tahun 1850 – abad 21 serangkaian penelitian menemukan partikel subatomik :

• Elektron • Proton • Neutron

  Elektron

Tabung Sinar Katoda

  b. Pembelokan sinar

  a. “Gas discharge tubes”

  a. “Gas discharge tubes” katoda menuju logam yang bermuatan positif 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 ₈ –1,76 x 10 coulomb/gram .

  

Robert Andrew Milikan (1868 – 1953). Ahli fisika dari

Amerika yang mendapatkan Penghargaan Nobel di

bidang fisika pada tahun 1923 untuk menemukan

muatan elektron

  

RADIOAKTIVITAS

Antoine Becquerel (1852 – 1908) Ahli fisika dari Prancis yang mendapatkan

  Penghargaan Nobel di bidang fisika pada tahun 1903 untuk menemukan radioaktivitas dari uranium

  Proton dan Nukleus

  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 )

  

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

  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 = _-24 1,67262 x 10 g

  (kira-kira 1840 kali massa elektron)

  Neutron

  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 ? 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

  

Proton dan neutron

Proton dan neutron

  

Proton dan neutron

terpaketkan dalam

terpaketkan dalam

inti atom dengan

inti atom dengan

ukuran yang sangat ukuran yang sangat kecil. kecil. Elektron Elektron

bagaikan awan yang

bagaikan awan yang mengelilingi nukleus. mengelilingi nukleus. A

  

X

X = Lambang unsur Z = nomor atom (= jumlah proton) A = Nomor Massa ( = jumlah proton + neutron) Isotop  Atom dengan Z sama A beda

• 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

• Setiap kuantum memiliki energi sebesar 

  E = h. E = energi (J)

• _-34 h = konstanta Planck ( 6,63 x 10 J.s)

  _-1

  = frekuensi radiasi (s )

  

  Untuk memahami Teori Kuantum Planck, kita harus memahami sifat-sifat gelombang.

  (rambatan energi) Sifat Gelombang 

  

(panjang gelombang) = Jarak antara 2 bukit

(atau lembah)

  

   (frekuensi) = jumlah getaran perdetik 

x  = c

_-8

Radiasi Elektromagnetik

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

  Jenis Radiasi Elektromagnetik

  Element from The Sun

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

  Spektrum Emisi Garis (diskontinu)

  Spektrum Emisi Kontinu

• 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.

  Energi yang dimiliki elektron : En = - R _H ( 1/n ² ) R _H = konstanta Rydberg : 2,18 x 10 ^-18 J

n= bilangan kuantum utama (kulit)  n = 1,2,3,...

  Jika elektron berpindah dari n _a – n _z , maka : E n = E z – E a

  E n = R H {( 1/n a

  2 ) - ( 1/n z

  2 )} Radiasi emisi  E n = h.

  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

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 ...

  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 ( 1s)  1 sub kulit n = 2  l = 0,1 (2s dan 2p)  2 sub kulit n = 3  l = 0,1,2 ( 3s, 3p, 3d)  3 sub kulit

  Orbital s Orbital p

  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  ) p , p , p x y z

  

Bilangan Kuantum Spin , s

s = 1/2 s = - 1/2

  Dalam satu orbital, dapat diisi max 2 elektron yang memiliki arah rotasi yang berlawanan

  Tabel Hubungan n,l,m,s

  Jumlah Maksimum Elektron

  Orbital-orbital Atom Orbital s Orbital p

  Energi Orbital Urutan orbital berdasarkan tingkat energi

  Konfigurasi Elektron

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 1s ² 1s ² 1s ²

Paramagnetik dan Diamagnetik

  

Zat Paramagnetik  Dipengaruhi medan magnet (ada

  elektron yang tidak berpasangan)

  

Zat Diamagnetik  Tidak dipengaruhi medan magnet

Aturan Hund

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

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 dan ₂₉ Cu !

  24 Cr [Ar] 4s ¹ 3d ⁵

  29 Cu [Ar] 4s ¹ 3d ¹⁰ Nb : Kita dapat menggunakan lambang gas mulia untuk

  Konfigurasi Elektron dan Tabel Periodik

Tabel Periodik

  Lavoisier ( 1789)  26 unsur 1870  60 unsur Sekarang  114 unsur

  Data tentang unsur perlu diorganisir agar mudah dipelajari dan dipahami

  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

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

  

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

Mendeleyev dan Meyer (1868)

  Menyempurnakan susunan unsur Newlands dengan menyelidiki lebih detil sifat fisika dan kimia dari unsur- 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

  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) 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.

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”.

  Tabel Periodik Modern

  Nama golongan : 1. Sistem IA-IIA-B-IIIA-VIIIA

  Logam, Nonlogam dan Metaloid

Sifat Periodik

  Jari -jari atom berkisar :

  70 A o s/d 290 A o

• 10

  1 A o

  =

  1.10

  m (1 Angstrom) Variations in atomic and ionic radii in the periodic table.

  Variations in atomic and ionic radii in the periodic table.

  Ukuran Ion Energi ionisasi (EI) adalah energi yang dibutuhkan untuk memindahkan satu elektron dari keadaan terisolasi, atom gas atau ion dalam keadaan dasar. _{- +}

X + e (g) (g)  X

  Energi ionisasi umumnya meningkat dari bawah ke atas pada satu golongan dan meningkat dari kiri kekanan dalam satu perioda.

  Grafik energi ionisasi pertama terhadap nomor atom

  Afinitas elektron (EA) adalah jumlah energi yang Dikeluarkan karena penambahan elektron pada atom gas atau ion dalam keadaan dasar. _{- -}

  X + e _{(g) (g)}  X Afinitas elektron menjadi lebih eksotermik dari kiri ke kanan pada tabel periodik dan dari bawah ke atas.