Buku Paket Lengkap Kelas X SMK/MAK Kurikulum KTSP 2006 smk10 Kimia Ratna

Ratna dkk

KIMIA

JILID 1

SMK

Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional Dilindungi Undang-undang

KIMIA

JILID 1

U nt uk SM K

Penulis : Ratna

Didik Prasetyoko

Lukman Atmaja

Irmina Kris Murwani

Hendro Juwono

Perancang Kulit : TIM

Ukuran Buku : 17,6 x 25 cm

Diterbitkan oleh

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah

Departemen Pendidikan Nasional

RAT RATNA

k Kimia Jilid 1 untuk SMK /oleh Ratna, Didik Prasetyoko,

Lukman Atmaja, Irmina Kris Murwani, Hendro Juwono ---- Jakarta : Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.

viii. 219 hlm

Daftar Pustaka : A1

ISBN : 978-602-8320-45-0

KATA SAMBUTAN

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat

dan karunia Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Direktorat

Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal

Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen

Pendidikan Nasional, telah melaksanakan kegiatan penulisan

buku kejuruan sebagai bentuk dari kegiatan pembelian hak cipta

buku teks pelajaran kejuruan bagi siswa SMK. Karena buku-buku

pelajaran kejuruan sangat sulit di dapatkan di pasaran.

Buku teks pelajaran ini telah melalui proses penilaian oleh Badan

Standar Nasional Pendidikan sebagai buku teks pelajaran untuk

SMK dan telah dinyatakan memenuhi syarat kelayakan untuk

digunakan dalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri

Pendidikan Nasional Nomor 45 Tahun 2008 tanggal 15 Agustus

2008.

Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya

kepada seluruh penulis yang telah berkenan mengalihkan hak

cipta karyanya kepada Departemen Pendidikan Nasional untuk

digunakan secara luas oleh para pendidik dan peserta didik SMK.

Buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada

Departemen Pendidikan Nasional ini, dapat diunduh (

download),

digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh

masyarakat. Namun untuk penggandaan yang bersifat komersial

harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkan

oleh Pemerintah. Dengan ditayangkan

soft copy

ini diharapkan

akan lebih memudahkan bagi masyarakat khsusnya para

pendidik dan peserta didik SMK di seluruh Indonesia maupun

sekolah Indonesia yang berada di luar negeri untuk mengakses

dan memanfaatkannya sebagai sumber belajar.

Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini.

Kepada para peserta didik kami ucapkan selamat belajar dan

semoga dapat memanfaatkan buku ini sebaik-baiknya. Kami

menyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya.

Oleh karena itu, saran dan kritik sangat kami harapkan.

KATA PENGANTAR

Buku Kimia ini disusun unt uk memenuhi kebut uhan buku aj ar di Sekolah Menengah Kej uruan yang isinya didasarkan pada KTSP unt uk Sekolah Menengah Kej uruan dan t erdiri dari t eori, cont oh soal sert a lat ihan. Adapun urut an penyaj ian set iap mat eri didasarkan pada inst rumen penyusunan buku kimia yang dikeluarkan oleh BNSP. Unt uk memperkaya penget ahuan para siswa Sekolah Menengah Kej uruan, dalam buku ini j uga disaj ikan t opik yang seyogyanya dimiliki oleh para siswa t ersebut , sepert i polimer, cat , logam dan sebagainya.

Sebagai bahan acuan penyusunan buku ini, digunakan buku t eks Kimia yang digunakan oleh para siswa Sekolah Menengah At as di Inggris, Sekolah Menengah Kej uruan di Jerman sert a beberapa buku t eks Kimia Dasar yang lain.

Kami berharap, kehadiran buku ini dapat membant u siswa maupun guru dalam pembelaj aran Kimia di Sekolah Menegah Kej uruan. Tidak lupa, ucapan t erimakasih kami sampaikan pada Direkt ur Pembinaan Sekolah Menengah Kej uruan at as kepercayaan yang t elah diberikan.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR... iv

DAFTAR ISI... v

JILID 1

1

MATERI DAN WUJUDNYA ... 1

1.1

Materi... 1

1.2

Perubahan Fisika dan Kimia ... 3

1.3

Wujud Materi... 5

1.4

Hukum Keadaan Standar ... 13

1.5

Hukum Gas Ideal ... 13

2

STRUKTUR ATOM ... 23

2.1

Partikel-Partikel Dasar Atom ... 24

2.2

Nomor atom, nomor massa, isotop, isobar dan isoton32

2.3

Elektron Dalam Atom... 34

2.4

Perkembangan Model Atom ... 43

2.5

Perkembangan pengelompokan unsure... 46

2.6

Sifat periodik unsure ... 52

3

STOIKHIOMETRI... 63

3.1

Konsep mol ... 63

3.2

Penerapan Hukum Proust... 68

4

IKATAN KIMIA... 75

4.1

Elektron dan Ikatan Aturan Oktet ... 76

4.2

Ikatan Ion ... 77

4.3

Ikatan Kovalen ... 79

4.4

Polaritas Ikatan Kovalen... 81

4.5

Sifat senyawa ion dan senyawa kovalen... 83

4.6

Ikatan Kovalen Koordinat ... 83

4.7

Penyimpangan Aturan Oktet... 84

4.8

Struktur Lewis ... 84

4.9

Ikatan Logam ... 85

5

LARUTAN... 89

5.1

Pendahuluan... 90

5.2

Larutan Elektrolit ... 91

5.3

Konsentrasi Larutan... 92

5.4

Stoikiometri Larutan ... 94

5.5

Sifat Koligatif Larutan ... 96

5.6

Hasil Kali Kelarutan... 102

5.7

Kelarutan ... 103

6.2

Pengelompokan Koloid... 109

6.3

Sifat-Sifat Koloid... 110

6.4

Koloid Liofil dan Koloid Liofob ... 112

6.5

Pemisahan Koloid ... 115

6.6

Pembuatan Kolid ... 117

7

KESETIMBANGAN... 121

7.1

Definisi ... 122

7.2

Karakteristik keadaan kesetimbangan ... 123

7.3

Macam-macam Sistem Kesetimbangan ... 124

7.4

Konstanta Kesetimbangan ... 124

7.5

Hukum Guldberg dab Wange... 125

7.6

Beberapa Hal yang Harus Diperhatikan ... 126

7.7

Azas Le Chatelier ... 128

7.8

Faktor-faktor yang Dapat Menggeser Letak

Kesetimbangan ... 130

7.9

Hubungan Antara Harga Kc Dengan Kp... 133

7.10

Dissosialisasi ... 136

8

TERMOKIMIA... 141

8.1

Definisi ... 141

8.2

Pengukuran Energi dalam Reaksi Kimia ... 143

8.3

Panas Reaksi dan Termokimia ... 144

8.4

Entalpi (H) dan Perubahan Entalpi (

¨

H)... 146

8.5

Istilah yang Digunakan pada Perubahan Entalpi... 147

8.6

Hukum Hess mengenai jumlah panas... 148

8.7

Panas Pembentukan... 153

8.8

Keadaan Standard ... 154

8.9

Kapasitas panas dan panas spesifik ... 157

8.10

Kalorimetri ... 157

8.11

Energi Ikatan Dan Entalphi Reaksi ... 158

9

ELEKTROKIMIA... 167

9.1

Reaksi Redoks ... 168

9.2

Harga Bilangan Oksidasi ... 170

9.3

Langkah-langkah penyetaraan reaksi redoks... 170

9.4

Penyetaraan persamaan reaksi redoks ... 171

9.5

Perbedaan Oksidasi Reduksi ... 172

9.6

Sel Elektrokimia... 173

10

KINETIK KIMIA ... 193

10.1

Definisi Laju Reaksi... 194

10.2

Hukum Laju ... 196

10.3

Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Kecepatan Reaksi

... 196

1 MATERI DAN WUJUDNYA

Tersusun dari mat eri apakah t abung gas LPG di gambar 1. 1, dan bagaimana wuj udnya?

¾ Apa mat eri penyusun t abung?

¾ Apa mat eri penyusun LPG?

¾ Perubahan wuj ud apa yang t erj adi pada LPG? ¾ Pembakaran, reaksi f isika

at au kimia? Pada bab ini kit a akan mempel aj ari t ent ang mat eri, ist ilah-ist il ah yang berhubungan dengannya dan perubahan wuj udnya.

¾ Mat eri

¾ Perubahan f isika kimia

¾ Wuj ud mat eri Gambar 1. 1 Tabung LPG

1. 1 Materi

Materi adal ah mat erial f isik yang menyusun alam, yang bisa diart ikan sebagai segala sesuat u yang mempunyai massa dan menempat i r uang.

Mat eri dapat berbent uk gas, cair, dan padat .

Cont oh: udara, kapur, mej a.

Kimia mempel aj ari komposisi, st rukt ur dan sif at dari mat eri, sert a perubahan kimia yang t erj adi dari mat eri sat u ke yang l ainnya.

Cont oh: kayu t erbakar menj adi arang.

Standar Kompetensi Kompetensi Dasar

Memahami konsep mat eri dan perubahannya

Mengel ompokkan sif at mat eri Mengel ompokkan perubahan mat eri

Mengkl asif ikasikan mat eri

Tuj uan pembelaj aran

mengenal sif at berbagai j enis mat eri dan wuj udnya memahami perubahan mat eri dengan cara mengamat i

mampu menerapkan hukum-hukum gas pada beberapa cont oh kasus

Mat eri berhubungan dengan massa dan ruang

Penyusun materi. Mat eri dapat t ersusun dari subst ansi murni at au t unggal yang t erdiri dari sat u unsur at au beberapa unsur yang membent uk suat u senyawa. Mat eri j uga dapat t ersusun dari senyawa campuran, yang t ercampur secara homogen at au het erogen (Gambar 1. 2).

Gambar 1. 2 Skema kl asif ikasi mat eri

Substansi murni :

mat eri yang mempunyai sif at dan komposisi t ert ent u.

Unsur :

subst ansi murni yang t idak dapat dipisahkan menj adi sesuat u yang l ebih sederhana, baik secara f isika maupun kimia, mengandung sat u j eni s at om.

Cont oh: hidrogen, oksigen.

Senyawa :

t erbent uk dari ikat an ant ara at om penyusunnya, dan dapat dipisahkan secara kimia menj adi unsur penyusunnya.

Cont oh: air (H2O), gul a, CaCO3.

Campuran :

mat eri yang t ersusun dari beberapa subst ansi murni, sehingga mempunyai sif at dan komposisi yang bervariasi.

Cont oh: gula + air menghasilkan larut an gula, mempunyai sif at manis

yang t ergant ung pada komposisinya.

Homogen

MATERI

Heterogen

Senyawa

Unsur

Campuran

Substansi murni

Disusun oleh satu jenis atom Disusun oleh lebih dari satu

jenis atom

Mempunyai komposisi dan

sifat yang seragam pada

setiap bagian campuran

Mempunyai komposisi dan

sifat yang bervariasi pada

setiap bagian campuran Mempunyai komposisi yang dapat dipisahkan secara fisika

(dipanaskan, diayak)

Gula dan pasir, pasir dan semen,

nasi campur (nasi, lauk, dll) oksigen,

nitrogen

Karbon dioksida, air, gula, garam

Gula dan air, aseton dan air,

udara, dll

Sif at f isika dan kimia unt uk kl asif ikasi mat eri

Campuran homogen :

mempunyai sif at dan komposisi yang seragam pada set iap bagian campuran, t idak dapat dibedakan dengan melihat langsung.

Cont oh: garam dapur dan air.

Campuran heterogen :

mempunyai sif at dan komposisi yang bervariasi pada set iap bagian campuran, dapat dibedakan dengan mel ihat l angsung (secara f isik t erpisah).

Cont oh: gula dan pasir.

Gambar 1. 3 menunj ukkan sebagian permukaan bumi. Unsur al uminium, besi, oksigen, dan sil ikon merupakan 88% penyusun permukaan bumi dalam bent uk padat an. Air pada permukaan bumi dan dal am bent uk gas t ersusun dari hidrogen dan oksigen. 99% udara t ersusun dari nit rogen dan oksigen. Hidrogen, oksigen, dan karbon adal ah 97% penyusun t ubuh manusia.

Gambar 1. 3 Permukaan bumi dan udara

Akt ivit as siswa :

¾ Terdiri dari unsur apakah penyusun kursi yang Anda duduki? ¾ Cari benda di sekit ar Anda, dan perkirakan unsur penyusunnya!

1. 2 Perubahan fisika dan kimia

Perubahan yang mel ibat kan sif at f isika at au kimia.

Sifat fisika : sif at yang t idak mengubah sif at kimia suat u mat eri.

• Karakt erist ik f isika bau, kekerasan, t it ik didih, wuj ud mat eri.

Sifat kimia : sif at yang mengubah sif at kimia suat u mat eri.

• Menerangkan bagaimana suat u mat eri bereaksi dengan mat eri yang l ain membent uk suat u mat eri baru.

Sif at f isika Cont oh ™Suhu

™Massa ™Warna ™Bau ™Tit ik didih ™Kel arut an ™Berat j enis ™Kekerasan ™Kel ist rikan

Air unt uk mandi 40°C 5 gram Nikel

Bel erang kuning H2S busuk Air pada 100°C NaCl l arut dal am air Air 1 gram/ mil il it er Int an sangat keras Besi menghant ar l ist rik

Subst ansi Sif at kimia

™ Besi (Fe) ™ Karbon (C) ™ Nat rium ™ TNT

Korosi Æ Fe2O3 Terbakar Æ CO2

Dengan air Æ NaOH + H2 Mel edak (t erurai) Æ gas

Ciri-ciri yang mengindikasikan adanya perubahan kimia : ¾Perubahan warna

¾Perubahan bau ¾Pembent ukan gas ¾Timbul nya cahaya

¾Pembent ukan endapan baru ¾Perubahan pH.

Cont oh :

Gul a adalah senyawa yang mudah t erurai (dekomposisi) dengan pemanasan menj adi senyawa yang l ebih sederhana, misal nya karbon hit am (arang), yang t idak dapat t erurai l agi baik secara f isika maupun kimia, t et api dapat berubah st rukt ur dan sif at nya menj adi graf it dan int an (Gambar 1. 4 - 1. 6).

Gambar 1. 4 Dekomposisi gul a ol eh panas Perubahan f isika

Akt ivit as siswa :

Perubahan kimia at au f isika? ¾ Huj an asam

¾ Besi mel el eh ol eh panas ¾ Gas alam dibakar

Gambar 1. 5 Pel el ehan besi

Gambar 1. 6 Pembakaran gas al am

1. 3 Wuj ud materi

Set iap saat , kit a berint eraksi dengan benda-benda di sekit ar kit a sepert i udara, air, dan bangunan. Benda-benda t ersebut mempunyai wuj ud yang berbeda-beda, dan dikelompokkan sebagai gas, cair dan padat . Set iap kel ompok mempunyai ciriciri dan sif at -sif at yang akan dipel aj ari dal am bab ini. Diant aranya adal ah susunan

Padat , cair dan gas merupakan wuj ud dari mat eri

dan gerakan mol ekul penyusun zat (Gambar 1. 7). Mol ekul -mol ekul wuj ud gas mempunyai susunan yang berj auhan dan set iap mol ekul bebas bergerak. Cairan dan padat an mempunyai susunan mol ekul yang berdekat an, dimana pada cairan, mol ekul masih bisa bergerak dengan bebas, sement ara mol ekul pada padat an t idak bebas bergerak at au t et ap pada posisinya.

Cont oh :

Air mempunyai wuj ud cair pada suhu ruang, akan berubah wuj udnya menj adi padat apabila didinginkan, dan menj adi gas apabila dipanaskan. Ini merupakan perubahan f isika karena t idak menghasil kan mat eri dengan sif at yang baru

(a) (b) (c)

Gambar 1. 7 Susunan mol ekul : (a) gas, (b) cair, dan (c) padat , sert a perubahan wuj udnya

1. 3. 1 Keadaan gas Ciri-ciri gas :

¾ Gas mempunyai susunan mol ekul yang berj auhan, kerapat an rendah/ t idak memil iki vol ume dan bent uk t et ap/ sel al u bergerak dengan kecepat an t inggi

¾ Campuran gas sel al u unif orm (serba sama)

¾ Gaya t arik-menarik ant arpart ikel dapat diabaikan.

¾ Laj u suat u part ikel sel al u berubah-ubah t api laj u rat a-rat a part ikel -part ikel gas pada suhu t ert ent u adal ah konst an

¾ Gas dapat dimampat kan

Wuj ud dari mat eri t ergant ung pada keadaan sekit arnya

¾ Gas dapat dal am bent uk at om t unggal sepert i gol ongan gas mul ia (He, Ar, Xe), diat omic (H2, O2, F2), dan senyawa (NO, CO2, H2S) (Gambar 1. 8).

Gambar 1. 8 Bent uk gas: t unggal , diat omik, dan senyawa

Udara

Susunan udara baru diket ahui pada akhir abad ke-18 sewakt u Lavoisier, Priest l y, dan l ainnya menunj ukkan bahwa udara t erut ama t erdiri at as dua zat : oksigen dan nit rogen.

Oksigen dicirikan ol eh kemampuannya mendukung kehidupan. Hal ini dikenal i j ika suat u vol ume oksigen habis (dengan membakar l il in pada t empat t ert ut up, misal nya), dan nit rogen yang t ersisa t idak l agi dapat mempert ahankan hewan hidup. Lebih dari 100 t ahun berl al u sebelum udara direanal isis secara cermat , yang menunj ukkan bahwa oksigen dan nit rogen hanya menyusun 99% dari vol ume t ot al , dan sebagian besar dari 1% sisanya adal ah gas baru yang disebut “ argon” . Gas mul ia l ainnya (hel ium, neon, krypt on, dan xenon) ada di udara dal am j uml ah yang j auh l ebih kecil . Tabel 1. 1 merupakan komposisi udara.

Ada beberapa j enis gas l ain yang dij umpai pada permukaan bumi. Met ana (CH4) dihasil kan l ewat proses bakt eri, t erut ama di daerah rawa. Met ana merupakan penyusun pent ing dal am deposit gas al am yang t erbent uk sel ama j ut aan t ahun l ewat pel apukan mat eri t umbuhan di bawah permukaan bumi. Gas dapat j uga t erbent uk dari reaksi kimia.

Gambar 1. 9

Ant oine Laurent Lavoisier

Atom tunggal

Molekul diatomik

Tabel 1. 1 Komposisi Udara

Hukum-hukum Gas

™ Empat variabel yang menggambarkan keadaan gas:

o Tekanan (P)

o Vol ume (V)

o Temperat ur (T)

o Juml ah mol gas, mol (n)

™ Hukum-hukum Gas : Boyle, Charl es dan Gay-Lussac, Amont on, Avogadro, Dal t on, Gas ideal , Kinet ika, Gas Nyat a.

1) Hukum Boyle

Robert Boyl e (Gambar 1. 10) pada t ahun 1622 mel akukan percobaan dengan menggunakan udara. Ia menyat akan bahwa volume sej uml ah t ert ent u gas pada suhu yang konst an berbanding t erbal ik dengan t ekanan yang dial ami gas t ersebut (Gambar 1. 11).

Gambar 1. 10 Robert Boyl e

Penyusun Rumus Fraksi Vol ume

Nit rogen N2 0. 78110

Oksigen O2 0. 20953

Argon Ar 0. 00934

Karbon Dioksida CO2 0. 00034

Neon Ne 1. 82 x 10-5

Hel ium He 5. 2 x 10-6

Met ana CH4 1. 5 x 10

-6

Kript on Kr 1. 1 x 10-6

Hidrogen H2 5 x 10

-7

Dinit rogen oksida N2O 3 x 10

-7

Xenon Xe 8. 7 x 10-8

Gas merupakan sal ah sat u wuj ud dari mat eri yang mempunyai sif at -sif at t ert ent u

Hubungan t ersebut dikenal sebagai Hukum Boyl e, secara mat emat is

dapat dinyat akan sebagai berikut :

P

V

|

1

(at au PV = konst an) V = vol ume

P = t ekanan

Persamaan diat as berl aku unt uk gas-gas yang bersif at ideal .

Cont oh :

Sil inder panj ang pada pompa sepeda mempunyai vol ume 1131 cm3 dan diisi dengan udara pada t ekanan 1, 02 at m. Kat up kel uar dit ut up dan t angkai pompa didorong sampai volume udara 517 cm3. Hit ungl ah t ekanan di dal am pompa.

Gambar 1. 11 Kurva hubungan ant ara P – V dan 1/ P – V Penyel esaian :

Perhat ikan bahwa suhu dan j uml ah gas t idak dinyat akan pada soal ini, j adi nil ainya 22, 414 L at m t idak dapat digunakan unt uk t et apan C. bagaimanapun, yang diperlukan adal ah pengandaian bahwa suhu t idak berubah sewakt u t angkai pompa didorong. Jika P1 dan P2

merupakan t ekanan awal dan akhir, dan V1 dan V2 adal ah vol ume awal

dan akhir, maka:

Sebab suhu dan j uml ah udara dal am pompa t idak berubah. Subst it usi menghasil kan :

(1, 02at m)(1131cm3)=P2(517cm 3

) Sehingga P2 dapat disel esaikan:

P2 = 2, 23 atm

2) Hukum Charles

Pada t ekanan konst an, vol ume sej uml ah t ert ent u gas sebanding dengan suhu absol ut nya (Gambar 5. 13). Hukum di at as dapat dit ul iskan sebagai berikut :

V ≈T

¸

¹

·

¨

©

§

kons

tan

T

V

Hubungan di at as dit emukan ol eh Charl es (Gambar 1. 12) pada t ahun 1787 dan dikenal sebagai Hukum Char l es. Secara graf ik, hukum

Charl es dapat digambarkan sepert i pada gambar di bawah. Terl ihat bahwa apabil a garis-garis graf ik diekst rapolasikan hingga memot ong sumbu X (suhu), maka garis-garis graf ik t ersebut akan memot ong di sat u t it ik yang sama yait u – 273, 15 °C. Tit ik ini d ikenal sebagai suhu nol absol ut e yang nant inya dij adikan sebagai skal a Kel vi n. Hubungan

ant ara Cel cius dengan skala Kel vin adalah:

K = °C + 273, 15

K = suhu absol ut

°C = suhu dalam deraj at Cel cius

Gambar 1. 13 Vol ume suat u gas sebanding dengan suhunya

Sama hal -nya dengan hukum Boyl e, hukum Charl es j uga berl aku unt uk gas ideal .

Cont oh :

Seorang il muan yang mempel aj ari sif at hidrogen pada suhu rendah mengambil vol ume 2, 50 l it er hidrogen pada t ekanan at mosf er dan suhu 25, 00 °C dan mendinginkan gas it u pada t ek anan t et ap sampai – 200, 00 °C. Perkirakan besar vol ume hidroge n!

Penyel esaian :

Langkah pert ama unt uk mengkonversikan suhu ke Kel vin: T1 = 25°C ĺ T1 = 298, 15 K

T2 = -200°C ĺ T2 = 73, 15 K

L

V

K

K

L

V

T

T

V

V

T

V

T

V

613

,

0

15

,

298

15

,

73

5

,

2

2 2 1 2 1 2 2 2 1 1

u

3) Hukum Avogadro

Pada t ahun 1811, Avogadro (Gambar 1. 14) mengemukakan hukum yang pent ing mengenai sif at -sif at gas. Dia menemukan bahwa pada suhu yang sama, sej uml ah vol ume yang sama dari berbagai gas akan mempunyai j uml ah part ikel yang sama pul a banyaknya (Gambar 5. 15).

Hukum Avogadro dapat dinyat akan sebagai berikut :

V ≈n

(V/ n = konst an)

n = j umlah mol gas

Sat u mol didef inisikan sebagai massa dari suat u senyawa/ zat yang mengandung at om at au mol ekul sebanyak at om yang t erdapat pada dua bel as gram karbon (12C). Sat u mol dari suat u zat mengandung 6, 023 x 1023 mol ekul . Bil angan ini dikenal sebagai

Bi l angan Avogadr o.

Gambar 1. 14 Avogadro

Dua volume hidrogen

satu volume oksigen

+ Æ Dua volume

air

4) Hukum Keadaan Standar

Unt uk mel akukan pengukuran t erhadap vol ume gas, diperl ukan suat u keadaan st andar unt uk digunakan sebagai t it ik acuan. Keadaan ini yang j uga dikenal sebagai STP (St andar t Temper at ur e and Pr essur e) yait u keadaan dimana gas mempunyai t ekanan sebesar 1

at m (760 mmHg) dan suhu °C (273, 15 K).

Sat u mol gas i deal , yait u gas yang memenuhi ket ent uan semua

hukum-hukum gas akan mempunyai vol ume sebanyak 22, 414 l it er pada keadaan st andar ini (Gambar 1. 16).

5) Hukum Gas Ideal

Def inisi mikroskopik gas ideal , ant ara l ain:

a. Suat u gas yang t erdiri dari part ikel -part ikel yang dinamakan mol ekul .

b. Mol ekul -mol ekul bergerak secara serampangan dan memenuhi hukum-hukum gerak Newt on.

c. Juml ah sel uruh mol ekul adal ah besar

d. Vol ume mol ekul adal ah pecahan keci l yang diabaikan dari vol ume yang dit empat i ol eh gas t ersebut .

e. Tidak ada gaya yang cukup besar yang beraksi pada mol ekul t ersebut kecual i sel ama t umbukan.

f . Tumbukannya el ast ik (sempurna) dan t erj adi dal am wakt u yang sangat singkat .

Gambar 1. 16 Gambaran gas ideal

Apabil a j umlah gas dinyat akan dal am mol (n), maka suat u bent uk persamaan umum mengenai si f at -sif at gas dapat dif ormasikan. Sebenarnya hukum Avogadro menyat akan bahwa 1 mol gas ideal mempunyai vol ume yang sama apabil a suhu dan t ekanannya sama. Dengan menggabungkan persamaan Boyl e, Charl es dan persamaan

Avogadro akan didapat sebuah persamaan umum yang dikenal sebagai

per samaan gas i deal .

P

T

n

V

|

at au

P

T

Rn

V

at au PV = nRT

R adalah konst ant a kesebandingan dan mempunyai suat u nilai t unggal

yang berl aku unt uk semua gas yang bersif at ideal . Persamaan di at as akan sangat berguna dal am perhit ungan-perhit ungan vol ume gas.

Nil ai numerik dari konst ant a gas dapat diperoleh dengan mengasumsikan gas berada pada keadaan STP, maka:

K

mol

mol

atmK

L

R

L

atm

15

,

273

1

)

082056

,

0

(

414

,

22

1

1 1

u

Dal am sat uan SI, sat uan t ekanan harus dinyat akan dal am Nm-2 dan karena 1 at m ekival en dengan 101, 325 Nm-2, maka dengan menggunakan persamaan diat as dapat diperol eh harga R dalam sat uan

SI, sebagai berikut :

mol

K

m

x

Nm

R

15

,

273

1

10

414

,

22

325

,

101

2 3 3

= 8, 314 Nm K-1 mol-1

= 8, 314 J K-1 mol-1

Cont oh :

Balon cuaca yang diisi dengan hel ium mempunyai vol ume 1, 0 x 104 L pada 1, 00 at m dan 30 °C. Balon ini sampai ket ing gian yang t ekanannya t urun menj adi 0, 6 at m dan suhunya –20°C. Berapa volume bal on sekarang? Andaikan bal on mel ent ur sedemikian sehingga t ekanan di dal am t et ap mendekat i t ekanan di l uar.

Penyel esaian:

Karena j umlah hel ium t idak berubah, kit a dapat menent ukan n1 sama dengan n2 dan menghapusnya dari persamaan gas ideal menj adi:

2 2 2 1 1 1

T

V

P

T

V

P

1 2 2 1 1 2

T

P

T

P

V

V

)

303

6

,

0

(

253

00

,

1

10

0

,

1

4 2

K

atm

K

atm

L

x

V

u

u

V2 = 14. 000 L

Tekanan dan suhu Tekanan

Gambar 1. 17 Tor ricel l i

Tekanan gas adal ah gaya yang diberikan ol eh gas pada sat u sat uan l uas dinding wadah. Torricel li (Gambar 1. 17), il muan dari It al ia yang menj adi asist en Gal il eo adalah orang pert ama yang melakukan penel it ian t ent ang t ekanan gas ia menut up t abung kaca panj ang di sat u uj ungnya dan mengisi dengan merkuri. Kemudian ia menut up uj ung yang t erbuka dengan ibu j arinya, membal ikkan t abung it u dan mencel upkannya dal am mangkuk berisi merkuri, dengan hat i-hat i agar t idak ada udara yang masuk. Merkuri dal am t abung t urun, meninggal kan ruang yang nyaris hampa pada uj ung yang t ert ut up, t et api t idak semuanya t urun dari t abung. Merkuri ini berhent i j ika mencapai 76 cm di at as aras merkuri dal am mangkuk (sepert i pada gambar dibawah). Toricell i menunj ukkan bahwa t inggi aras yang t epat sedikit beragam dari hari ke hari dan dari sat u t empat ke t empat yang l ain, hal ini t erj adi karena dipengaruhi ol eh at mosf er bergant ung pada cuaca dit empat t ersebut . Peral at an sederhana ini yang disebut

Gambar 1. 18 Baromet er

Hubungan ant ara t emuan Toricel l i dan t ekanan at mosf er dapat dimengert i berdasarkan hokum kedua Newt on mengenai gerakan, yang menyat akan bahwa:

Gaya = massa x percepat an F = m x a

Dengan percepat an benda (a) adalah laj u yang mengubah kecepat an.

Semua benda sal ing t arik-menarik karena gravit asi, dan gaya t arik mempengaruhi percepat an set iap benda. Percepat an baku akibat medan gravit asi bumi (biasanya dilambangkan dengan g, bukannya a)

ial ah g = 9, 80665 m s-2. Tel ah disebut kan di at as bahwa t ekanan adal ah gaya persat uan l uas, sehingga :

A

g

m

A

F

P

.

Karena vol ume merkuri dalam t abung adal ah V = Ah,

V

h

g

m

h

V

g

m

A

F

P

.

.

/

.

,

V

m

U

;

di mana ρ = massa j enis, sehingga P = . g. h

Tekanan atmosfer

Suhu

Dal am kehidupan sehari-hari kit a dapat merasakan panas at au dingin. Kit a bisa mendeskripsikan bahwa kut ub ut ara mempunyai suhu yang sangat dingin at au mendeskripsikan bahwa Surabaya at au Jakart a mempunyai suhu yang panas pada siang hari. Il ust rasi diat as merupakan dua ekspresi dari suhu, akan t et api apakah kit a t au def inisi dari suhu it u sendiri? Def inisi suhu merupakan hal yang sepel e t api sul it unt uk disampaikan t et api l ebih mudah unt uk dideskripsikan. Penel it ian pert ama mengenai suhu dil akukan ol eh il muan Perancis yang bernama Jacques Charl es.

Campuran Gas

Pengamat an pert ama mengenai peril aku campuran gas dal am sebuah wadah dil akukan ol eh Dal t on (Gambar 1. 19), ia menyat akan bahwa t ekanan t ot al , Pt ol, adalah j uml ah t ekanan parsial set iap gas.

Pernyat aan ini sel anj ut nya disebut sebagai Hukum Dal t on, hukum ini berl aku unt uk gas dalam keadaan ideal . Tekanan parsial set iap komponen dal am campuran gas ideal ialah t ekanan t ot al dikal ikan dengan f raksi mol komponen t ersebut (Gambar 1. 20).

PA = XA . PTot

V

RT

n

P

A

A

Tekanan t ot al :

Pt ot = PA + PB + PC + …. . Mol t ot al :

nt ot = nA + nB + nC + …. .

Cont oh :

Berapa t ekanan t ot al dalam wadah (cont ainer) yang mengandung:

• Met ana dengan t ekanan parsial 0. 75 at m,

• Hidrogen dengan t ekanan parsial 0. 40 at m

• Propana dengan t ekanan parsial 0. 50 at m? Pt ot = Pmet ana + Phidrogen + Ppropana

Pt ot = 0. 75 at m + 0. 40 at m + 0. 50 at m Pt ot = 1. 65 at m

1. 3. 2 Padatan, cairan

Gas, cairan, dan padat an dibedakan, yang pert ama at as dasar st rukt ur f isik dan sif at kimianya(Gambar 1. 21 – 1. 23). St rukt ur f isik mempengaruhi int eraksi ant ara part ikel part ikel dan part ikel -l ingkungan. Gambaran mengenai f ase gas t e-lah dii-l ust rasikan pada sub-bab sebel umnya. Pada sub-bab ini, pembahasan akan dit it ikberat kan pada f ase cairan dan padat an.

Gambar 1. 21 Padat an

Gambar 1. 22 Cairan

Gambar 1. 23 Gas mengisi bal on

A. Cairan

Secara umum ciri-ciri f ase cairan berada diant ara f ase gas dan f ase padat , ant ara l ain :

i. Mempunyai kerapat an yang l ebih t inggi bil a dibanding dengan gas, namun l ebih rendah bil a dibandingkan dengan padat an ii. Jarak ant ar part ikel l ebih dekat dekat

iii. Merupakan f ase yang t erkondensasi

iv. Merupakan f ase yang bisa di kat akan t idak t erkompresi v. Bent uk cairan akan menyesuaikan dengan wadahnya Pengamat an f isik dari f ase cair dapat dil ihat pada gambar st rukt ur mol ekul dalam sub-bab sebel umnya, dengan cont oh pada Gambar 1. 24.

B. Padatan

Sedangkan ciri-ciri f ase padat , ant ara l ain :

a. Kerapat annya sangat t inggi, j auh l ebih t inggi daripada gas dan cairan

b. Jarak ant ar part ikel sangat dekat c. Merupakan f ase yang t erkondensasi

d. Merupakan f ase yang bisa di kat akan t idak t erkompresi e. Mampu mempert ahankan bent uknya

Berikut ini adal ah gambar beberapa cont oh padat an (Gambar 1. 25:

Gambar 1. 25 Gambar padat an

Ringkasan

Mat eri adalah sesuat u yang mempunyai massa dan menempat i ruang. Mat eri dapat dikl asif ikasikan berdasarkan sif at f isika dan kimia. Mat eri dapat mengalami perubahan wuj ud dari gas menj adi cair dan menj adi padat t ergant ung pada kondisi l ingkungan. Perubahan t ekanan, suhu, dan vol ume t erhadap suat u mat eri dapat mengakibat kan perubahan dari wuj ud sat u ke wuj ud l ainnya.

Latihan

1. Apa yang disebut mat eri?

2. Jel askan perbedaan unsur dan senyawa sert a sebut kan cont ohnya.

3. Jel askan perbedaan campuran homogen dan het erogen sert a sebut kan cont ohnya.

4. Jel askan ciri-ciri sif at f isika dan kimia, dan sebut kan cont ohnya.

5. Jel askan masing-masing wuj ud mat eri sert a berikan cont ohnya.

6. Jel askan perbedaan wuj ud mat eri.

7. Sebut kan f akt or yang mempengaruhi perubahan wuj ud suat u mat eri.

8. Jel askan hubungan ant ara t ekanan, vol ume dan suhu pada suat u mat eri.

2 St rukt ur At om

St andar Kompet ensi Kompet ensi Dasar

Mengident if ikasi st rukt ur at om dan sif at -sif at periodik pada t abel periodik unsur

Mendiskripsikan perkembangan t eori at om

Mengint erpret asikan dat a dal am t abel periodik

Tuj uan pembel aj aran

1. Siswa mengert i dan mampu mendeskripsikan prot on, net ron dan el ekt ron berdasarkan muat an rel at if dan massa rel at if nya

2. Siswa mampu mendeskripsikan massa dan muat an dal am at om 3. Siswa mampu mendeskripaikan kont ribusi prot on dan net ron pada int i at om berdasarkan nomor at om dan nomor massa

4. Siswa mampu mendeduksikan j uml ah prot on, net ron dan el ekt ron yang t erdapat dal am at om dan ion dari nomor at om dan nomor massa yang diberikan

5. Siswa mampu membedakan isot op berdasarkan j uml ah net ron berbeda yang ada

7. Siswa mampu mendeskripsikan j uml ah dan energi rel at if orbit al s, p dan d dari bilangan kuant um ut ama

8. Ssiwa mampu mendeduksi konf igurasi el ekt ronik at om

9. Siswa mampu mendeskripsikan t abel periodik berdasarkan susunan unsur dengan meningkat nya nomor at om, pengul angan sif at f isik dan sif at kimia dal am sat u periode dan sif at f isik dan sif at kimia yang sama dalam sat u gol ongan

10. Siswa mampu mendeskripskan unsur periode ket iga, variasi konf igurasi elekt ronik, radius at om, kondukt ivit as l ist rik, t it ik l el eh dan t it ik didih, dan menj el askan variasinya berdasarkan st rukt ur dan ikat an dal am unsur

11. Siswa mampu mendeskripsikan dan menj el askan variasi energi ionisasi pert ama unsur yang meningkat dal am sat u periode berdasarkan peningkat an muat an int i

12. Siswa mampu mendeskripsikan dan menj el askan variasi energi ionisasi pert ama unsur yang menurun dal am sat u golongan

berdasarkan peningkat an radius at om

13. Siswa mampu mengint erpret asi kan dat a berdasarkan konf igurasi el ekt ronik, radius at om, kondukt ivit as l ist rik, t it ik l eleh dan t it ik didih unt uk menj el askan periodisit as

2. 1Partikel-partikel Dasar Atom

At om t erdiri at as int i at om dan el ekt ron yang berada dil uar int i at om. Int i at om t ersusun at as prot on dan net ron.

Tabel 2. 1 Part ikel Dasar Penyusun At om

Part ikel Penemu

(Tahun)

Massa

Kg Sma El ekt ron J. J. Thomson

(1897) 9, 1095x10

-31

5, 4859x10-4 Net ron J. Chadwick

(1932) 1, 6749x10

-27

1, 0087 Prot on E. Gol dst ein

(1886) 1, 6726x10

-27

1, 0073

2. 1. 1 Elektron

El ekt ron merupakan part ikel dasar penyusun at om yang pert ama kali dit emukan. El ekt ron dit emukan ol eh Joseph John Thompson pada t ahun 1897.

Gambar 2. 1 Joseph John Thompson

El ekt ron dit emukan dengan menggunakan t abung kaca yang bert ekanan sangat rendah yang t ersusun ol eh:

- Pl at l ogam sebagai el ekt roda pada bagian uj ung t abung

- Kat oda, el ekt roda dengan kut ub negat if dan anoda, el ekt roda dengan kut ub posit if .

List rik bert ekanan t inggi yang dial irkan melal ui pl at l ogam mengakibat kan adanya sinar yang mengal ir dari kat oda menuj u anoda yang disebut sinar kat oda. Tabung kaca bert ekanan rendah ini sel anj ut nya disebut t abung sinar kat oda. Adanya sinar kat oda membuat t abung menj adi gel ap. Sinar kat oda t idak t erl ihat ol eh mat a

Mat eri t ersusun dari at om-at om

akan t et api keberadaannya t erdet eksi melal ui gel as t abung yang berpendar akibat adanya bent uran sinar kat oda dengan gel as t abung kaca.

Sif at -sif at sinar kat oda:

- Sinar kat oda dihasil kan akibat adanya al iran l ist rik bert ekanan t inggi yang mel ewat i pl at logam

- Sinar kat oda berj al an l urus menuj u anoda

- Sinar kat oda menimbul kan ef ek f l uoresensi (pendar) sehingga keberadaannya t erdet eksi

- Sinar kat oda bermuat an negat if sehingga dapat dibelokkan ol eh medan l ist rik dan medan magnet

- Sinar kat oda yang dihasil kan t idak t ergant ung dari bahan pembuat pl at l ogam.

Sif at -sif at yang mendukung yang dihasil kan oleh sinar kat oda menyebabkan sinar kat oda digol ongkan sebagai part ikel dasar at om dan disebut sebagai el ekt ron.

Gambar 2. 3 Peral at an Thomson unt uk menent ukan harga e/ m

Joseph John Thomson sel anj ut nya mel akukan penel it ian unt uk menent ukan perbandingan harga muat an el ekt ron dan massanya (e/ m). Hasil penel it ian menunj ukkan bahwa sinar kat oda dapat dibel okkan ol eh medan l ist rik dn medan magnet . Pembel okan memungkinkan pengukuran j ari-j ari kel engkungan secara t epat sehingga perbandingan harga muat an el ekt ron dan massanya dapat dit ent ukan sebesar 1, 76x108 coul omb/ gram.

Robert Mil l ikan pada t ahun 1909 mel akukan penel it ian penent uan muat an el ekt ron menggunakan t et es minyak.

Gambar 2. 5 Peral at an t et es minyak Mil l ikan

Penel it ian membukt ikan bahwa t et es minyak dapat menangkap el ekt ron sebanyak sat u at au l ebih. Mil l ikan sel anj ut nya menemukan bahwa muat an t et es minyak bert urut -t urut 1x(-1, 6. 10-19), 2x(-1, 6. 10 -19

), 3x(-1, 6. 10-19) dan set erusnya. Karena muat an t iap t et es minyak adal ah kel ipat an 1, 6. 10-19C maka Mil l ikan menyimpul kan bahwa muat an sat u el ekt ron sebesar -1, 6. 10-19C.

Hasil penel it ian yang dilakukan Joseph John Thompson dan Robert Mil likan memungkinkan unt uk menghit ung massa el ekt ron secara t epat .

e/ m=1, 76. 108C/ g

C

x

g

C

x

C

x

me

elektron

massa

₈ 28

19

10

11

,

9

/

10

76

,

1

10

6

,

1

1

Contoh soal

Tent ukan berapa el ekt ron yang t ert angkap ol eh 1 t et es minyak dal am percobaan yang dilakukan ol eh Mil l ikan apabil a 1 t et es minyak t ersebut bermuat an -3, 2 x 10-19 C.

Jawab

Tel ah diket ahui dari percobaan yang dil akukan ol eh Mil l ikan bahwa muat an 1 el ekt ron sebesar -1, 6 x 10-19 C. Maka j umlah el ekt ron yang dit angkap ol eh 1 t et es minyak dengan muat an -3, 2 x 10-19 C adal ah

elektron

C

x

C

x

2

10

6

,

1

10

2

,

3

19 19

2. 1. 2 Inti atom

Ernest Rut herf ord pada t ahun 1911 menemukan int i at om. W. C. Ront gen yang menemukan sinar x pada t ahun 1895 dan penemuan zat radioakt if ol eh Henry Becquerel mendasari penemuan Rut herf ord. Zat radioakt if merupakan zat yang dapat memancarkan radiasi spont an, misal nya uranium, radium dan polonium. Radiasi at au sinar yang dipancarkan ol eh zat radioakt if disebut sinar radioakt if . Sinar radioakt if yang umum dikenal adal ah sinar al f a (α), sinar bet a ( ) dan sinar gama ( ).

Gambar 2. 6 Ernest Rut herf ord

Gambar 2. 7 Sinar al f a, bet a dan gama

Ernest Rut herf ord mel akukan penel it ian dengan menggunakan sinar al f a unt uk menembak pl at t ipis emas (0, 01 sampai 0, 001mm). Det ekt or yang digunakan berupa pl at seng sul f ida (ZnS) yang berpendar apabil a sinar al f a mengenainya.

Int i at om t erdiri dari prot on bermuat an posit if

Gambar 2. 8 Hamburan sinar al f a

Hasil yang diperol eh adalah bahwa sebagian besar sinar al f a dit eruskan at au dapat menembus pl at t ipis emas. Sinar al f a dal am j uml ah yang sedikit j uga dibel okkan dan dipant ul kan. Hasil penel it ian yang menunj ukkan bahwa sebagian besar sinar al f a dit eruskan memberikan kesimpul an bahwa sebagian besar at om merupakan ruang kosong. Sedangkan sebagian kecil sinar al f a yang dipant ul kan j uga memberikan kesimpul an bahwa dalam at om t erdapat benda pej al dan bermuat an besar. Adanya benda pej al yang bermuat an besar didasarkan pada kenyat aan bahwa sinar al f a yang bermuat an 4 sma dapat dipant ul kan apabila mengenai pl at t ipis emas. Hal ini berart i massa benda pej al dalam at om emas j auh l ebih besar daripada massa sinar al f a. Sel anj ut nya Rut herf ord menyebut benda pej al t ersebut sebagai int i at om yang merupakan pusat massa at om. Penelit ian j uga menunj ukkan bahwa sinar al f a dibelokkan ke arah kut ub negat if apabil a dimasukkan kedalam medan l ist rik. Hal ini berart i sinar al f a menolak sesuat u yang bermuat an posit if dal am at om emas dan l ebih mendekat i sesuat u dengan muat an yang berlawanan. Rut herf ord sel anj ut nya menyimpul kan bahwa int i at om bermuat an posit if .

Hasil penelit ian membuat Rut herf ord secara umum mengemukakan bahwa:

- at om t erdiri at as int i at om yang bermuat an posit if yang merupakan pusat massa at om

- el ekt ron dil uar int i at om mengel il ingi int i at om dan berj uml ah sama dengan muat an int i at om sehingga suat u at om bersif at net ral .

2. 1. 3 Proton

Eugene Gol dst ein pada t ahun 1886 mel akukan percobaan dan menemukan part ikel baru yang disebut sebagai sinar kanal at au sinar posit if . Peralat an Gol dst ein t ersusun at as:

- el ekt roda negat if (kat oda) yang menut up rapat t abung sinar kat oda sehingga ruang di bel akang kat oda gel ap

- t abung kat oda dil ubangi dan diisi dengan gas hidrogen bert ekanan rendah

- radiasi yang kel uar dari lubang t abung kat oda akibat al iran l ist rik bert egangan t inggi menyebabkan gas yang berada dibel akang kat oda berpij ar

- radiasi t ersebut disebut radiasi/ sinar kanal at au sinar posit if

Sinar kanal secara mendet ail dihasil kan dari t ahapan berikut yakni ket ika sinar kat oda menj al a dari kat oda ke anoda maka sinar kat oda ini menumbuk gas hidrogen yang berada didal am t abung sehingga el ekt ron gas hidrogen t erl epas dan membent uk ion posit if . Ion hidrogen yang bermuat an posit if selanj ut nya bergerak menuj u kut ub negat if (kat oda) dengan sebagian ion hidrogen l ol os dari l ubang kat oda. Berkas sinar yang bermuat an posit if disebut sinar kanal at au sinar posit if .

Penel it ian selanj ut nya mendapat kan hasil bahwa gas hidrogen menghasil kan sinar kanal dengan muat an dan massa t erkecil. Ion hidogen ini sel anj ut nya disebut sebagai prot on. Beberapa kesimpul an yang dapat diambil adal ah bahwa si nar kanal merupakan parikel dasar yang bermuat an posit if dan berada dalam int i at om dan massa prot on sama dengan massa ion hidrogen dan berharga 1 sma. Rut herf ord berikut nya menembak gas nit rogen dengan sinar al f a unt uk membukt ikan bahwa prot on berada didal am at om dan t ernyat a prot on j uga dihasil kan dari proses t ersebut . Reaksi yang t erj adi adal ah

P

O

N

₂4 16_{8 1}1

14

7

D



o

Beberapa sif at sinar kanal / sinar posit if adal ah

- sinar kanal merupakan radiasi part ikel

- sinar kanal dibel okkan ke arah kut ub negat if apabil a dimasukkan kedal am medan l ist rik at au medan magnet

- sinar kanal bermuat an posit if

- sinar kanal mempunyai perbandingan harga muat an el ekt ron dan massa (e/ m) l ebih kecil dari perbandingan harga muat an el ekt ron dan massa (e/ m) el ekt ron

- sinar kanal mempunyai perbandingan harga muat an el ekt ron dan massa (e/ m) yang t ergant ung pada j enis gas dal am t abung

Contoh soal

Tent ukan muat an oksigen apabil a kedalam t abung sinar kanal dimasukkan gas oksigen dengan massa 1 at omnya sebesar 16 sma dan akibat adanya t umbukan dengan sinar kat oda yang dihasil kan, 2 el ekt ron l epas dari at om oksigen.

Jawab

Karena t erj adi pel epasan 2 el ekt ron, maka muat an 1 at om oksigen = 2.

2. 1. 4 Netron

Penel it ian yang dil akukan Rut herf ord sel ain sukses mendapat kan beberapa hasil yang memuaskan j uga mendapat kan kej anggalan yait u massa int i at om unsur sel al u l ebih besar daripada massa prot on didal am int i at om. Rut herf ord menduga bahwa t erdapat

part ikel l ain didal am int i at om yang t idak bermuat an karena at om bermuat an posit if disebabkan adanya prot on yang bermuat an posit if .

Adanya part ikel l ain didalam int i at om yang t idak bermuat an dibukt ikan ol eh James Chadwick pada t ahun 1932. Chadwick mel akukan penel it ian dengan menembak l ogam beril ium menggunakan sinar al f a. Hasil penel it ian menunj ukkan bahwa suat u part ikel yang t ak bermuat an dil epaskan ket ikan l ogam beril ium dit embak dengan sinar alf a dan part ikel ini disebut sebagai net ron. Reaksi yang t erj adi ket ika l ogam beril ium dit embak dengan sinar al f a adal ah

n

C

Be

₂4 12_{6 0}1

9

4

D



o

Net ron t ak bermuat an dan bermassa 1 sma (pembulat an).

2. 2Nomor atom, nomor massa, isotop, isobar dan isoton

Tel ah diket ahui bahwa penemu si nar x adal ah Ront gen. Sinar x t erj adi ket ika sinar kat oda yang berupa el ekt ron berkecepat an t inggi menumbuk el ekt roda t embaga. Akibat t umbukan t ersebut , t embaga melepaskan el ekt ron t erl uarnya dan t empat el ekt ron yang kosong ini selanj ut nya diisi ol eh el ekt ron t embaga dari t ingkat energi l ain yang l ebih t inggi. Pengisian t empat kosong ol eh el ekt ron t embaga dari t ingkat energi yang l ebih t inggi menyebabkan t erj adinya pemancaran radiasi. Radiasi ini ol eh Ront gen disebut sebagai sinar x.

Pemahaman mengenai int i at om sel anj ut nya dij el askan ol eh percobaan Mosel ey. Mosel ey mel akukan penel it ian unt uk mengukur panj ang gel ombang sinar x berbagai unsur. Hasil penel it ian menunj ukkan bahwa set iap unsur memancarkan radiasi sinar x dengan panj ang gel ombang yang khas. Panj ang gelombang yang dihasil kan t ergant ung pada j uml ah ion posit if didal am int i at om. Penel it ian j uga menunj ukkan bahwa int i at om mempunyai muat an yang berharga kel ipat an dari +1, 6x10-9C. Mosel ey sel anj ut nya menyebut j uml ah prot on dal am at om adal ah nomor at om.

Gambar 2. 11 Wil hel m Conrad Ront gen

2. 2. 1 Nomor atom dan nomor massa

Int i at om mengandung prot on dan net ron. Nomor at om sama dengan j umlah prot on didal am int i at om sedangkan nomor massa sama dengan j uml ah prot on dan net ron didal am int i at om. Not asi unt uk menyat akan susunan int i at om yait u prot on dan net ron dial am int i at om dapat dinyat akan sebagai berikut :

Contoh soal

Tent ukan j uml ah prot on, el ekt ron dan net ron dal am at om

C

12 6 .

Jawab

Mengingat ,

Nomor at om=j uml ah prot on dan el ekt ron Nomor massa=j uml ah prot on + net ron

Maka, unt uk 12₆

C

j uml ah prot on 6, el ekt ron 6 dan net ron 6.

A

X

_Z

Ket erangan:

X = l ambang at om unsur A = nomor massa = prot on+net ron Z = nomor at om = j uml ah prot on

Nomor at om Z

sama dengan j uml ah prot on

Contoh soal

Tent ukan j uml ah prot on dan el ekt ron dal am at om ₁₅30

P

4.

Jawab

Mengingat ,

Nomor at om=j uml ah prot on dan el ekt ron Nomor massa=j uml ah prot on + net ron

Maka, unt uk ₁₅30

P

4 j uml ah prot on 15 dan el ekt ron 15 - 4 = 11.

2. 2. 2 Isotop

Isot op adal ah at om unsur sama dengan nomor massa berbeda. Isot op dapat j uga dikat akan sebagai at om unsur yang mempunyai nomor at om sama t et api mempunyai nomor massa berbeda karena set iap unsur mempunyai nomor at om yang berbeda. Karbon merupakan cont oh adanya isot op.

Set iap karbon mempunyai nomor at om 6 t et api nomor massanya berbeda-beda. Dari cont oh t ersebut dapat dikat akan bahwa wal aupun unsurnya sama bel um t ent u nomor massanya sama.

2. 2. 3 Isobar dan isoton

Isobar adal ah at om unsur yang berbeda t et api mempunyai nomor massa sama. Isobar dapat dimengert i dengan mel ihat cont oh berupa 1124

Na

dengan

Mg

24

12 yang memiliki nomor massa sama sebesar

24. Sedangkan isot on adal ahat om unsur yang berbeda t et api mempunyai j uml ah net ron yang sama. Cont oh isot on adalah

Ca

40

20 dengan

K

39

19 yang sama-sama memiliki j umlah net ron 20.

2. 3 Elektron dalam atom

Model at om yang dikemukakan ol eh Joseph John Thompson mempunyai banyak kel emahan, demikian pula dengan model at om yang dikemukakan ol eh Ernest Rut herf ord. Model at om Rut herf ord t idak dapat menj el askan al asan mengapa el ekt ron t idak dapat j at uh kedal am int i. Fisika klasik menyat akan bahwa apabil a t erdapat suat u part ikel bermuat an yang bergerak menurut l int san l engkung maka energinya akan hil ang dalam bent uk radiasi. Pernyat aan f isika kl asik ini menj adi persoal an bagi model at om yang dikemukakan ol eh

13 C6 12 C6 14 C6 p=6 e=6 n=6 p=6 e=6 n=7 p=6 e=6 n=8

Isot op mempunyai nomor at om sama

t et api nomor massa berbeda

Rut herf ord karena j ika el ekt ron bergerak mengelil ingi int i, maka el ekt ron akan kehil angan energinya dan energi kinet ik el ekt ron akan t erus berkurang. Gaya t arik int i at om t erhadap el ekt ron akan menj adi l ebih besar daripada gaya sent rif ugal l int asan el ekt ron dan menyebabkan l int asan menj adi spiral dan akhirnya el ekt ron j at uh kedal am int i at om. Apabil a el ekt ron j at uh kedal am int i at om, maka at om menj adi t ak st abil. Hal ini bent ent angan dengan pernyat aan umum bahwa at om st abil .

Gambar 2. 12 Lint asan spiral el ekt ron

2. 3. 1 Spektrum garis

Menurut Max Pl anck radiasi el ekt romagnet ik bersif at diskont inyu at au dal am bent uk kuant a. Diskont inyuit as radiasi el ekt romagnet ik dikuat kan ol eh ef ek f ot olist rik yang dikembangkan ol eh Al bert Einst ein. Sedangkan kuant isasi/ kuant a energi digunakan ol eh Niel s Bohr dalam moment um sudut el ekt ron unt uk pengembangan t eorinya t ent ang at om hidrogen.

Apabil a berkas cahaya pol ikromat is sepert i l ampu l ist rik dan sinar mat ahari dil ewat kan mel al ui prisma maka akan diperol eh spekt rum kont inyu yang t erdiri dari berbagai warna penyusunnya. Spekt rum garis dihasil kan apabil a sumber cahaya pol ikromat ik sepert i l ampu l ist rik dan sinar mat ahari digant i ol eh busur l ist rik berisi gas hidrogen maka akan dihasil kan spekt rum yang t idak kont inyu. Spekt rum yang t idak kont inyu berupa sederet an garis berwarna yang disebut spekt rum garis t ak kont inyu.

spekt rum garis didapat dengan cara sebagai berikut :

- zat yang disel idiki spekt rumnya di uapkan pada t emperat ur t inggi

- uap yang t erbent uk dil et akkan di ant ara dua el ekt roda graf it

- l ist rik bert egangan t inggi dial irkan melal ui el ekt roda graf it

Spekt rum garis yang paling sederhana adal ah spekt rum garis at om hidrogen. Bal mer mel akukan penel i t ian sehingga didapat kan deret Balmer unt uk at om hidrogen.

Gambar 2. 13 Spekt rum cahaya pol ikromat ik

Gambar 2. 14 Spekt rum garis

Gambar 2. 15 Deret Bal mer unt uk at om hidr ogen

seri Lyman

seri Balmer

2. 3. 2 Teori Bohr

Sepert i t el ah diket ahui bahwa menurut Max Pl anck radiasi el ekt romagnet ik bersif at diskont inyu at au dal am bent uk kuant a. Max Pl anck menurunkan persamaan unt uk pernyat aan t ersebut sebagai berikut :

Pernyat aan t ersebut bert ent angan dengan pandangan f isika kl asik yang mengemukakan bahwa energi bersif at kont inyu.

Unt uk mengat asi perbedaan t ersebut , Niels Bohr mel akukan penel it ian dan mencoba menj el askan dengan pendekat an pemecahan spekt rum garis hidrogen. Bohr menggunakan pendekat an Max Pl anck unt uk menj el askan spekt rum garis hidrogen.

Beberapa hasil penel it ian Bohr diant ara adal ah

- El ekt ron mengorbit pada l int asan t ert ent u dan dengan t ingkat energi t ert ent u

- Lint asan orbit el ekt ron berbent uk l ingkaran dan disebut kul it

- Moment um sudut el ekt ron yang mengorbit berharga kelipat an

S

2

h

. Set iap el ekt ron yang mengorbit mempunyai moment um

sudut sebesar

S

2

h

n

_{dengan n=1, 2, 3, . . . yang merupakan}

bil angan bulat posit if dan disebut sebagai bilangan kuant um ut ama

Bil angan kuant um ut ama menyat akan kul it

Tabel 2. 2 Hubungan Lint asan, Kul it dan Bil angan Kuant um

Lint asan Kul it Bil angan kuant um (n)

1 K n = 1

2 L n = 2

3 M n = 3

4 N n = 4

nh

Ȟ

E

Ket erangan:

n = bil angan bul at posit if h = t et apan Pl anck (6, 6, 3. 10-34 J. s)

Gambar 2. 16 Pendekat an energi ol eh Max Pl anck dan f isika kl asik

- Energi el ekt ron berbanding t erbal ik dengan l int asan (kul it )

- Keadaan pal ing st abil adalah pada saat n = 1 yakni ket ika el ekt ron memiliki energi paling minimal

- El ekt ron berada dal am keadaan st asioner, t idak memancarkan dan menyerap energi, ket ika el ekt ron megorbit mengel il ingi int i at om.

Apabil a el ekt ron berpindah dari t i ngkat energi rendah menuj u t ingkat energi t inggi maka energi akan diserap unt uk mel akukan proses t ersebut . El ekt ron yang berpindah dari t ingkat energi rendah menuj u t ingkat energi yang l ebih t inggi menyebabkan elekt ron t ereksit asi. Akan t et api keadaan el ekt ron t ereksit asi ini t idak st abil sehingga el ekt ron kembali dari t ingkt a energi t inggi menuj u t ingkat energi rendah yang disert ai pel epasan energi dal am bent uk radiasi.

Gambar 2. 18 Model at om Bohr

Teori Bohr berhasil menj el askan spekt rum garis at om hidrogen dan ion-ion berelekt ron t unggal sepert i 2He

+

dan 3Li 2+

. Akan t et api t eori Bohr j uga masih menunj ukkan kel emahan yait u t idak mampu menj el askan spekt rum garis at om berel ekt ron banyak dan sif at spekt rum garis dal am medan magnet sert a t idak dapa menj el askan garis-garis hal us spekt rum garis at om hidrogen.

Gambar 2. 19 Pr oses eksit asi dan emisi

Contoh soal

Berapakah energi sinar l aser dengan panj ang gel ombang 780nm.

m

x

nm

x

m

x

nm

7

9

7

,

8

10

10

1

1

780

Jawab

J

x

m

x

ms

x

x

Js

x

hc

E

₇ 19

1 8 34

10

547

,

2

10

8

,

7

10

998

,

2

10

626

,

6

O

2. 3. 3 Konfigurasi elektron

Susunan el ekt ron dal am at om dapat dij el askan menggunakan konf igurasi el ekt ron. Penyusunan el ekt ron dal am at om didasarkan pada t eori-t eori berikut :

- Teori dualisme gelombang part ikel yang dikemukakan ol eh de Brogl ie pada t ahun 1924. Teori ini menyat akan bahwa el ekt ron dal am at om bersif at gelombang dan part ikel

- Azas ket idakpast ian yang dikemukakan ol eh Heisenberg pada t ahun 1927. Teori ini menyat akan bahwa posisi dan moment um part ikel t idak dapat dit ent ukan secara past i dal am wakt u

elektron

foton teremisi

elektron tereksitasi

sebelum

sesudah

foton terabsorpsi

sebelum

sesudah

Konf igurasi el ekt ron at om

menj el askan j uml ah el ekt ron

dal am t ingkat ut ama

bersamaan. Teori ini menyirat kan bahwa l int asan el ekt ron t idak berbent uk l ingkaran

- Teori persamaan gel ombang yang dikemukakan ol eh Erwin

Schrodinger. Teori ini dapat menerangkan pergerakan part ikel -apert ikel mikroskopik t ermasuk el ekt ron.

Azas ket idakpast ian Heisenberg menyebabkan posisi el ekt ron t idak dapat dit ent ukan dengan past i demikian pul a dengan orbit el ekt ron dal am at om menurut mekanika kuant um. Wal aupun orbit elekt ron t idak dapat dit ent ukan dengan past i t et api pel uang unt uk menemukan el ekt ron pada posisi t ert ent u di sekit ar int i masih mungkin unt uk dit ent ukan. Obit al merupakan daerah disekiar int i dengan pel uang t erbesar unt uk menemukan el ekt ron. Kapasit as maksimal orbit al unt uk dit empat i el ekt ron sebesar 2 el ekt ron. Orbit al j uga mempunyai energi yang khas bagi t iap-t iap el ekt ron unt uk menempat inya. Energi khas unt uk t iap el ekt ron ini seri ng disebut t ingkat energi. Hanya el ekt ron dengan energi yang cocok dapat menempat i orbit al t ersebut . Sist em susunan el ekt ron dal am at om dapat dil ihat pada gambar 2. 21 berikut .

Tabel 2. 3 Susunan Bil angan Kuant um

Kul it Bil angan kuant um (n) Daya t ampung el ekt ron maksimal

K 1 2 x 12 = 2

L 2 2 x 22 = 8

M 3 2 x 23 = 18

N 4 2 x 24 = 32

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

n 2n2

Juml ah maksimum el ekt ron dal am kul it t ert ent u sebesar 2n2 dengan n adal ah nomor kul it . Pengisian el ekt ron dimul ai pada kul it dengan t ingkat energi t erendah yait u kul it pert ama at au kul it K yang dil anj ut kan dengan kul it L, M, N dan set erusnya. Pengisian dilakukan dengan pengisian maksimum t erl ebih dahul u unt uk t iap kulit . Apabila t erdapat 18 el ekt ron maka el ekt ron akan mengisi kul it K sebanyak 2 yang dil anj ut kan dengan pengisian kulit L sebanyak 8 el ekt ron dan diakhiri dengan pengisian kul it L sebanyak 8 el ekt ron.

El ekt ron valensi merupakan j uml ah el ekt ron yang t erdapat pada kul it t erl uar suat u at om unsur. Ikat an kimia dapat t erbent uk dengan memanf aat kan at au menggunakan el ekt ron val ensi sehingga el ekt ron val ensi dapat dikat akan merupakan penent u sif at kimia at om unsur.

Lit ium Oksigen Fl orin Neon

Nat rium

Gambar 2. 20 El ekt ron val ensi beberapa unsur periode 2 dan periode 3

Contoh soal

Tul iskan konf igurasi el ekt ron C (Z=6).

Jawab

Konf igurasi elekt ron C = [ K = 2, L = 6]

Contoh soal

Berapakah j uml ah el ekt ron maksiumum yang dapat menempat i kul it O (n=5)?

Jawab

Juml ah el ekt ron di kul it O (n=5) = 2(2)5 = 64 el ekt ron

IA

Golongan

2. 4 Perkembangan model atom

Penel it ian-penel it ian t erbaru menyebabkan t eori dan model at om semakin berkembang dan kebenarannya semakin nyat a. Teori dan model at om dimul ai dengan penelit ian yang dilakukan ol eh John Dal t on yang sel anj ut nya dikembangkan ol eh Joseph John Thompson, Ernest Rut herf ord, Niels Bohr dan t eori at om menggunakan mekanika gel ombang.

2. 4. 1 Model atom John Dalton

Hukum kekekal an massa yang disampaikan ol eh Lavoisier dan hukum perbandingan t et ap yang di j el askan ol eh Proust mendasari John Dal t on unt uk mengemukakan t eori dan model at omnya pada t ahun 1803. John Dal t on menj el askan bahwa at om merupakan part ikel t erkecil unsur yang t idak dapat di bagi lagi, kekal dan t idak dapat dimusnahkan demikian j uga t idak dapat dicipt akan. At om-at om dari unsur yang sama mempunyai bent uk yang sama dan t idak dapat diubah menj adi at om unsur l ain.

Gambar 2. 21 Model at om Dal t on

2. 4. 2 Model atom Joseph John Thompson

Joseph John Thompson merupakan penemu el ekt ron. Thompson mencoba menj el askan keberadaan el ekt ron mengguna-kan t eori dan model at omnya. Menurut Thompson, el ekt ron t ersebar secara merat a di dal am at om yang dianggap sebagai suat u bola yang bermuat an posit if . Model at om yang dikemukakan ol eh Thompson sering disebut sebagai model rot i kismis dengan rot i sebagai at om yang bermuat an posit if dan kismis sebagai el ekt ron yang t ersebar merat a di sel uruh bagian rot i. At om secara kesel uruhan bersif at net ral .

Gambar 2. 22 Model at om Thompson

2. 4. 3 Model atom Ernest Rutherford

Penel it ian penembakan sinar al f a pada pl at t ipis emas membuat Rut herf ord dapat mengusul kan t eori dan model at om unt uk memperbaiki t eori dan model at om Thompson. Menurut Rut herf ord, at om mempunyai int i yang bermuat an posit if dan merupakan pusat massa at om dan el ekt ron-el ekt ron mengel il inginya.

Gambar 2. 23 Model at om Rut herf ord

Rut herf ord berhasil menemukan bahwa int i at om bermuat an posit if dan el ekt ron berada dil uar int i at om. Akan t et api t eori dan model at om yang dikemukakan oleh Rut herf ord j uga masih mempunyai kel emahan yait u t eori ini t idak dapat menj elaskan f enomena kenapa el ekt ron t idak dapat j at uh ke int i at om. Padahal menurut f isika kl asik, part ikel t ermasuk el ekt ron yang mengorbit pada l int asannya akan mel epas energi dal am bent uk radiasi sehingga el ekt ron akan mengorbit secara spiral dan akhirnya j at uh ke it i at om.

2. 4. 4 Model atom Niels Bohr

Niels Bohr sel anj ut nya menyempurnakan model at om yang dikemukakan oeh Rut herf ord. Penj el asan Bohr didasarkan pada penel it iannya t ent ang spekt rum garis at om hidrogen. Beberapa hal yang dij el askan ol eh Bohr adal ah

- El ekt ron mengorbit pada t ingkat energi t ert ent u yang disebut kul it

- Tiap el ekt ron mempunyai energi t ert ent u yang cocok dengan t ingkat energi kul it

- Dal am keadaan st asioner, el ekt ron t idak mel epas dan menyerap energi

- El ekt ron dapat berpindah posisi dari t ingkat energi t inggi menuj u t ingkat energi rendah dan sebal iknya dengan menyerap dan mel epas energi

Gambar 2. 24 Model at om Bohr

2. 4. 5 Model atom mekanika gelombang

Perkembangan model at om t erbaru dikemukakan oleh model at om berdasarkan mekanika kuant um. Penj el asan ini berdasarkan t iga t eori yait u

- Teori dualisme gel ombang part ikel el ekt ron yang dikemukakan ol eh de Broglie pada t ahun 1924

- Azas ket idakpast ian yang dikemukakan oeh Heisenberg pada t ahun 1927

- Teori persamaan gel ombang ol eh Erwin Schrodinger pada t ahun 1926

Menurut model at om ini, el ekt ron t idak mengorbit pada l int asan t ert ent u sehingga l int asan yang dikemukakan ol eh Bohr bukan suat u kebenaran. Model at om ini menj el askan bahwa el ekt ron-elekt ron berada dalam orbit a-orbit al dengan t ingkat energi t ert ent u. Orbit al merupakan daerah dengan kemungkinan t erbesar unt uk menemukan el ekt ron disekit ar int i at om.

Gambar 2. 25 Model at om mekanika kuant um

2. 5 Perkembangan pengelompokan unsur

Pada awal nya, unsur hanya digolongkan menj adi l ogam dan nonl ogam. Dua pul uh unsur yang dikenal pada masa it u mempunyai sif at yang berbeda sat u dengan yang l ainnya. Set el ah John Dal t on mengemukakan t eori at om maka t erdapat perkembangan yang cukup berart i dalam pengel ompokan unsur-unsur. Penel it ian Dal t on t ent ang at om menj elaskan bahwa set iap unsur mempunyai at om-at om dengan sif at t ert ent u yang berbeda dari at om unsur l ain. Hal yang membedakan diant ara unsur adal ah massanya.

Pada awal nya massa at om individu bel um bisa dit ent ukan karena at om mempunyai massa yang amat kecil sehingga digunakan massa at om rel at if yait u perbandingan massa ant ar-at om. Berzel ius pada t ahun 1814 dan P. Dul ong dan A. Pet it pada t ahun 1819 mel akukan penent uan massa at om rel at if berdasarkan kal or j enis unsur. Massa at om relat if t ermasuk sif at khas at om karena set iap unsur mempunyai massa at om rel at i f t ert ent u yang berbeda dari unsur l ainnya. Penel it ian sel anj ut nya mel ibat kan Dobereiner, Newl ands, mendel eev dan Lot har Meyer yang mengel ompokkan unsur berdasarkan massa at om rel at if .

Gambar 2. 26 Unsur kl orin, bromin dan iodin Klorin Bromin _Iodin

2. 5. 1 Triad Dobereiner

Johann Wol f gang Dobereiner pada t ahun 1829 menj el askan hasil penel it iannya yang menemukan kenyat aan bahwa massa at om rel at if st ronsium berdekat an dengan massa rat a-rat a dua unsur l ain yang mirip dengan st ronsium yait u kal sium dan barium. Hasil penel it iannya j uga menunj ukkan bahwa beberapa unsur yang l ain menunj ukkan kecenderungan yang sama. Berdasarkan hasil penel it iannya, Dobereiner sel anj ut nya mengelompokkan unsur-unsur dal am kel ompok-kel ompok t iga unsur yang l ebih dikenal sebagai t riad. Triad yang dit unj ukkan ol eh Dobereiner t idak begit u banyak sehingga berpengaruh t erhadap penggunaannya.

Tabel 2. 4 Massa At om Rel at if Unsur Triad Dobereiner

Triad Massa at om rel at if

Rat a-rat a massa at om rel at if Unsur pert ama dan ket iga

Kal sium 40

5

,

88

2

137

40

St ronsium 88

Barium 137

Gambar 2. 27 Johann Wol f gang Dobereiner

Lit ium (Li) Kal sium (Ca) Kl orin (Cl ) Bel erang (S) Mangan (Mn) Nat rium (Na) St ronsium (Sr) Bromin (Br) Sel enium (Se) Kromium (Cr) Kal ium (K) Barium (Ba) Iodin (I) Tel urium

(Te) Besi (Fe)

Gambar 2. 28 Triad Dobereiner

2. 5. 2 Hukum oktaf Newlands

Hukum okt af dit emukan oleh A. R. Newl ands pada t ahun 1864. Newl ands mengel ompok-kan unsur berdasarkan kenaikan massa at om rel at if unsur. Kemiripan sif at dit unj ukkan ol eh unsur yang bersel iih sat u okt af yakni unsur ke-1 dan unsur ke-8 sert a unsur ke-2 dan unsur ke-9. Daf t ar unsur yang berhasil dikelompokkan berdasarkan hukum okt af ol eh Newl ands dit unj ukkan pada t abel berikut .

Gambar 2. 29 John Newl ands

1H 7Li 9Be 11B 12C 14N 16O 19F 23Na 24Mg 27Al 28Si 31P 32S 35Cl 39K 40Ca 52Cr 48Ti 55Mn 56Fe

Gambar 2. 5 Tabel okt af Newl ands

Hukum okt af Newl ands t ernyat a hanya berl aku unt uk unsur-unsur dengan massa at om rel at if sampai 20 (kal sium). Kemiripan sif at t erl al u dipaksakan apabil a pengel ompokan dil anj ut kan.

2. 5. 3 Sistem periodik Mendeleev

Dmit ri Ivanovich Mendeleev pada t ahun 1869 mel akukan pengamat an t erhadap 63 unsur yang sudah dikenal dan mendapat kan hasil bahwa sif at unsur merupakan f ungsi periodik dari massa at om rel at if nya. Sif at t ert ent u akan berul ang secara periodik apabila unsur-unsur disusun berdasarkan kenaikan massa at om rel at if nya. Mendel eev sel anj ut nya menempat kan unsur-unsur dengan kemiripan sif at pada sat u l aj ur vert ikal yang disebut gol ongan. Unsur-unsur j uga disusun berdasarkan kenaikan massa at om relat if nya dan dit empat kan dal am sat u laj ur yang disebut periode. Sist em periodik yang disusun Mendel eev dapat dilihat pada t abel berikut :

Gambar 2. 30 Dmit ri Ivanovich Mendel eev

Gambar 2. 31 Sist em periodik Mendel eev

Mendel eev sengaj a mengosong-kan beberapa t empat unt uk menet apkan kemiripan sif at dal am gol ongan. Beberapa kot ak j uga sengaj a dikosongkan karena Mendel eev yakin masih ada unsur yang bel um dikenal karena bel um dit emukan. Sal ah sat u unsur baru yang sesuai dengan ramal an Mendel eev adal ah germanium yang sebel umnya diberi nama ekasilikon ol eh Mendel eev.

2. 5. 4 Sistem periodik Moseley

Perkembangan t erbaru mengenai at om menj el askan bahwa at om dapat t erbagi menj adi part ikel dasar at au part ikel subat om. At om selanj ut nya diket ahui t ersusun ol eh prot on, el ekt ron dan net ron. Juml ah prot on merupakan sif at khas unsur. Set iap unsur mempunyai j uml ah prot on t ert ent u yang berbeda dari unsur l ain. Juml ah prot on suat u unsur dinyat akan sebagai nomor at om.

Henry G. Mosel ey yang merupakan penemu cara menent ukan nomor at om pada t ahun 1914 kembal i menemukan bahwa sif at -sif at unsur merupakan f ungsi periodik nomor at omnya. Pengelompokan yang disusun ol eh Mendel eev merupakan susunan yang berdasarkan kenaikan nomor at omnya. Penyusunan t el urium dan iodin yang t idak sesuai dengan kenaikan massa at om relat if nya t ernyat a sesuai dengan kenaikan nomor at omnya.

Gambar 2. 32 Henry G. Mosel ey

2. 5. 5 Periode dan golongan

Sist em periodik modern t ersusun berdasarkan kenaikan nomor at om dan kemiripan sif at . Laj ur horisont al yang disebut periode, t ersusun berdasarkan kenaikan nomor at om sedangkan l aj ur vert ikal yang disebut golongan t ersusun berdasarkan kemiripan sif at . Unsur gol ongan A disebut golongan ut ama sedangkan gol ongan B disebut golongan t ransisi. Golongan dapat dieri t anda nomor 1 sampai 18 berurut an dari kiri ke kanan. Berdasarkan penomoran ini, gol ongan t ransisi mempunyai nomor 3 sampai 12.

Sist em periodik modern t ersusun at as 7 periode dan 18 gol ongan yang t erbagi menj adi 8 gol ongan ut ama at au golongan A dan 8 golongan t ransisi at au gol ongan B.

Gambar 2. 33 Sist em periodik modern

Contoh soal

Tent ukan periode dan gol ongan unsur X, Y dan Z apabila diket ahui konf igurasi el ekt ronnya adal ah

X = 2, 3

Y = 2, 8, 4 Z = 2, 8, 7

Jawab

Unsur Periode Gol ongan

X 2 IIIA

Y 3 IVA

Z 3 VIIA

2. 6 Sifat periodik unsur

Sif at yang berubah secara berat uran menurut kenaikan nomor at om dari kiri ke kanan dal am sat u periode dan dari at as ke bawah dal am sat u gol ongan disebut sif at periodik. Sif at periodik mel iput i j ari-j ari at om, energi ionisasi, af init as el ekt ron dan keel ekt ronegat if an.

2. 6. 1 Jari-j ari atom

Jari-j ari at om adal ah j arak el ekt ron di kul it t erl uar dari int i at om. Jari-j ari at om sulit unt uk dit ent ukan apabil a unsur berdiri sendiri t anpa bersenyawa dengan unsur l ain. Jari-j ari at om secara l azim dit ent ukan dengan mengukur j arak dua int i at om yang ident ik yang t erikat secara kovalen. Pada penent uan j j ari at om ini, j

ari-j ari koval en adal ah set engah ari-j arak ant ara int i dua at om ident ik yang t erikat secara koval en.

Gambar 2. 34 Penent uan j ari-j ari at om

Gambar 2. 35 Hubungan j ari-j ari at om gengan nomor at om

Kurva hubungan j ari-j ari at om dengan nomor at om memperl ihat kan bahwa j ari-j ari at om dalam sat u golongan akan semakin besar dari at as ke bawah. Hal ini t erj adi karena dari at as ke bawah j uml ah kul it bert ambah sehingga j ari-j ari at om j uga bert ambah.

j arak ant ar

iodin (I2) bromin (Br2)

kl orin (Cl2) f l uorin (F2)

nit rogen (N2) oksigen (O2)

hidrogen (H2)

radius at omik

Jari-j ari at om versus nomor at om

ja

ri

-j

a

ri

a

to

m

(

p

m

)

Gambar 2. 36 Jari-j ari at om unsur

Unsur-unsur dal am sat u periode (dari kiri ke kanan) berj uml ah kul it sama t et api j uml ah prot on bert ambah sehingga j ari-j ari at om j uga berubah. Karena j uml ah prot on bert ambah maka muat an int i j uga bert ambah yang mengakibat kan gaya t arik menarik ant ara int i dengan el ekt ron pada kul it t erl uar semaki n kuat . Kekuat an gaya t arik yang semakin meningkat menyebabkan j ari-j ari at om semakin kecil . Sehingga unt uk unsur dal am sat u periode, j ari-j ari at om semakin kecil dari kiri ke kanan.

Jari-j ari ion digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2. 37 Per bandingan j ari-j ari at om dengan j ari-j ari ion

Kecenderungan ukuran at om ukuran at om t urun

u

k

u

ra

n

a

to

m

n

a

ik

Gol ongan 1A Gol ongan 7A

Energi ionisasi pert ama menurun

dal am gol ongan I dan II karena el ekt ron t erl uar sangat t erperisai dari t arikan int i

2. 6. 2 Energi ionisasi

Energi minimum yang dibut uhkan unt uk mel epas el ekt ron at om net ral dal am wuj ud gas pada kul it t erl uar dan t erikat pal ing l emah disebut energi ionisasi. Nomor at om dan j ari-j ari at om mempengaruhi besarnya energi ionisasi. Semakin besar j ari-j ari at om maka gaya t arik ant ara int i dengan el ekt ron pada kul it t erl uar semakin l emah. Hal ini berart i el ekt ron pada kul it t erl uar semakin mudah l epas dan energi yang dibut uhkan unt uk mel epaskan el ekt ron t ersebut semakin kecil . Akibat nya, dal am sat u gol ongan, energi ionisasi semakin kecil dari at as ke bawah. Sedagkan dalam sat u periode, energi ionisasi semakin besar dari kiri ke kanan. Hal ini disebabkan dari kiri ke kanan muat an it i semakin besar yang mengakibat kan gaya t arik ant ara int i dengan el ekt ron t erl uar semakin besar sehingga dibut uhkan energi yang besar pul a unt uk mel epaskan el ekt ron pada kul it t erluar.

Gambar 2. 38 Energi ionisasi

Gambar 2. 39 Hubungan energi ionisasi dengan nomor at om

Kecenderungan energi ionisasi pert ama Energi naik E n e rg i tu ru n

Energi ionisasi pert ama versus nomor at om

nomor at om

E n e n rg i io n is a si p e rt a m a ( k J / m o l)

Sat uan konst ant a l aj u umumnya adal ah mol L-1s-1.

misal nya orde pert ama dal am A dan orde 0, 5 dalam B at au berorde 1, 5 secara kesel uruhan.

Suat u reaksi dapat t ak t ergant ung pada konsent rasi suat u pereaksi. Perhat ikan reaksi umum , yang t ernyat a berorde pert ama dal am A. Jika kenaikan konsent rasi B t idak menaikkan l aj u reaksi, maka reaksi it u disebut orde nol t erhadap B. Ini bisa diungkapkan sebagai :

Laj u = k[ A] [ B]0 = k[ A]

Orde suat u reaksi t ak dapat diperol eh dari koef isien pereaksi dal am persamaan berimbangnya. Dalam penguraian N2O5 dan NO2, koef isien unt uk pereaksi dal am masi ng-masing persamaan berimbang adal ah 2 t et api reaksi pert ama bersif at orde pert ama dal am N2O5 dan yang kedua berorde kedua dal am NO2. Sepert i dil ukiskan ol eh cont oh. Cont oh: Perhat ikan reaksi umum

2A

B

₂

o

2

AB

dan dat a eksperimen berikut :

Tabel 10. 1 Dat a hasil eksperimen

Eksperimen [ A] [ B] Laj u ml. L-1s-1

1 0, 50 0, 50 1, 6x10-4 2 0, 50 1, 00 3, 2x10-4 3 1, 00 1, 00 3, 2x10-4

Tul isl ah persamaan l aj u yang pal ing mungkin unt uk reaksi ini: Jawaban :

Dengan membandingkan dat a dalam eksperimen 2 dengan dat a eksperimen 1, orang akan mel ihat bahwa bil a konsent rasi B2 diduakal ikan, maka laj u diduakal ikan. Jadi reaksi it u berorde pert ama dal am B2. Dengan membandingkan dat a dal am eksperimen 3 dengan dat a eksperimen 2, orang akan melihat bahwa bil a konsent rasi A diduakal ikan, l aj u t idak berubah. Jadi reaksi it u berorde nol dalam A. Maka persamaan l aj u yang pal ing mungkin adal ah

> @ > @

2 0

B

A

k

Laju

at au

> @

B2 k Laju

Suat u pereaksi mal ahan dapat t idak muncul dal am persamaan l aj u suat u reaksi. Orde suat u reaksi diberikan hanya at as dasar penet apan eksperiment al dan sekedar memberi inf ormasi mengenai cara l aj u it u bergant ung pada konsent rasi pereaksi-pereaksi t ert ent u. Ramal an t eorit is mengenai orde-orde (dari) reaksi-reaksi yang kurang dikenal j arang berhasil . Misal nya menget ahui bahwa reaksi ant ara H2

206

dan I2 adal ah orde kedua mungkin orang akan meramal bahwa reaksi ant ara H2 dan Br2 j uga akan berorde-kedua. Ternyat a t idak, malahan reaksi ini mempunyai persamaan l aj u yang l ebih rumit .

Menentukan Orde reaksi

a. Jika t ahap reaksi dapat diamat i, orde adal ah koef isien pada t ahap reaksi yang berj al an l ambat .

Cont oh: reaksi

4HBr

O

₂

o

2

H

₂

O

2

Br

₂

Berl angsung dal am t ahapan sebagai berikut :

2 2 2 2 2

2

2

2

2

.

3

2

.

2

.

1

Br

O

H

HBrO

HBr

HBrO

HBrO

HBr

HBrO

O

HBr

o

o

o

)

(

)

(

)

(

cepat

cepat

lamba

Maka orde reaksi dit ent ukan ol eh reaksi (1). Persamaan l aj u reaksi, V = [ HBr] [ O2] . Orde reaksi t ot al (l ihat koef isien reaksi) = 1 + 1 = 2. b. Jika t ahap reaksi t idak bisa diamat i, orde reaksi dit ent ukan mel al ui eksperimen, konsent rasi sal ah sat u zat t et ap dan konsent rasi zat l ain berubah.

Cont oh :

Reaksi :

P

Q

R

o

X

Y

diperol eh dat a percobaan sebagai berikut :

Tabel 10. 2 Orde reaksi

orde reaksi t erhadap P, dicari dengan mel ihat konsent rasi [ Q] dan [ R] yang t et ap. Dari dat a (1) dan (3) dari konsent rasi [ Q] dan [ R] t et ap, [ P] dinaikkan dua kal i.

Jadi reaksi berl angsung 2 kal i l ebih cepat . 2m = 2

o

m = 1

- Orde reaksi t erhadap Q, l ihat konsent rasi [ P] dan [ R] yang t et ap yakni sebagai berikut .

Dat a (4) dan (5)

o

1, 5 kal i lebih cepat Dat a (1) dan (4)

o

2 kal i l ebih cepat

Dat a (1) dan (5)

o

3 kal i l ebih cepat

[ P] [ Q] [ R] Waktu

1 0, 1 0, 1 0, 2 6 menit

2 0, 1 0, 1 0, 3 6 menit

3 0, 2 0, 1 0, 2 3 menit

4 0, 1 0, 2 0, 2 3 menit

Ingat : orde reaksi dit ent ukan ol eh t ahap reaksi yang pal ing l ambat 1, 5n = 1, 5

n = 1

- Orde reaksi t erhadap R, lihat konsent rasi [ P] dan [ Q] t et ap yakni dat a (1) dan (2). Konsent rasi R dinaikkan 1, 5 kali, t ernyat a reaksi berl angsung sama cepat .

1, 5x = 1 x = 0

Maka persamaan l aj u reaksinya sebagai berikut : V = k[ P] [ Q]

KESIMPULAN

Laj u reaksi. kecepat an at an l aj u reaksi di kont rol ol eh 5 f akt or : 1. sif at reakt an

2. kemampuan reakt an unt uk bert emu 3. konsent rasi reakt an

4. t emperat ur 5. adanya kat al is

penent uan l ahu reaksi kimia menggunakan persamaan :

)

(

/

)

(

konsentras

i

waktu

laju

'

'

Hukum l aj u unt uk reaksi berhubungan dengan l aj u reaksi dengan konsent rasi molar reakt an.

Latihan Soal :

1. Kenaikan suhu akan memperbesar l aj u reaksi karena pert ambahan . . .

a. Energi akt ivasi

b. Konsent rasi zat pereaksi c. Energi kinet ik mol ekul pereaksi d. Tekanan

e. Luas permukaan zat pereaksi

2. Korek api dapat menyal a bil a digesekkan, hal ini merupakan pengaruh l aj u reaksi ol eh :

a. Tekanan b. Vol ume c. Kat al is d. Konsent rasi e. Suhu

3. Energi kat alis adal ah . . .

a. Energi t abrakan yang menghasil kan reaksi b. Energi minimum yang diperl ukan unt uk bereaksi c. Energi kinet ik mol ekul -mol ekul yang bereaksi d. Energi yang dihasil kan dari suat u reaksi e. Energi t ambahan supaya zat bisa bereaksi

208

a. Pada suhu t et ap dit ambah kat al is b. Pada suhu t et ap, t ekanan diperbesar c. Pada suhu t et ap, vol ume diperbesar d. Pada vol ume t et ap dit ambah zat pereaksi 5. Pada percobaan l aj u reaksi sebagai berikut :

1). 5 g keping seng, 2M, 300C 2). 5 g but iran seng, 2M, 300C 3). 5 g serbuk seng, 4M, 300C 4). 5 g serbuk seng, 4M, 400C 5). 5 g keping seng, 4M, 400C

Manakah yang mempunyai l aj u reaksi yang pal ing cepat : a. 1

b. 2 c. 3 d. 4 e. 5

6. Apa def inisi l aj u reaksi dan bagaimana persamaannya? 7. Sebut kan prinsip-prinsip hukum l aj u reaksi!

8. Sebut kan f akt or-f akt or yang mempengaruhi kecepat an reaksi! 9. Mengapa kat al is dalam suat u reaksi memberikan peranan

pent ing?

10. Jika konsent rasi semakin besar apa yang t erj adi pada reaksi? 11. Apa yang kamu ket ahui t ent ang t umbukan? Cerit akan bagaimana

suat u t umbukan bisa t erj adi dan f akt or-f akt or apa saj a yang mempengaruhi suat u t umbukan!

12. Sebut kan beberapa kel emahan t eori t umbukan! 13. Apa yang dimaksud energi pengakt if an (Ea)?

14. Gambarkan dan j el askan kurva hubungan energi reaksi dengan koordinat reaksi!

15. Suat u reaksi berl angsung sel ama 4 j am pada suhu 25oC. Berapa kal ikah l aj u reaksi akan meningkat , j ika suhu diubah menj adi 65oC?

16. Apa yang dimaksud orde reaksi? Berikan cont oh ungkapan persamaan l aj u reaksi dengan orde reaksi adal ah 2!

DAFTAR PUSTAKA

Nichol l s L. , Rat cl if f e, M. , (2000), Chemistry, 1st Ed. , Col l ins Advanced Modul ar Sciences, London.

Rat cl if f , B. , Eccl es, H. , Johnson D. , Nicholson, J. , Raf f an, J. (2002), Chemistry 1, 2nd Ed. , Cambridge Advances, Sciences, Cambridges Universit y Press, Cambridge.

Rat cl if f , B. , Eccl es, H. , (2001), Chemistry 2, 1st Ed. , Cambridge Advances, Sciences, Cambridges Universit y Press, Cambridge.

Brown, L. S. , Hol me, T. A. , (2006), Chemistry for Engineering Students, Thomson Books/ Col e, Canada.