Kimia itu Mudah: SMK Analis Kimia

Ratna dkk

KIMIA

JILID 1

SMK

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional

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

Tahun 2008

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

KOLOID ... 107

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 mempelaj ari t ent ang mat eri, ist ilah-ist ilah 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 adalah 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 mempelaj 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 lainnya.

Cont oh: kayu t erbakar menj adi arang.

Standar Kompetensi Kompetensi Dasar

Memahami konsep mat eri dan perubahannya

Mengelompokkan sif at mat eri Mengelompokkan perubahan mat eri

Mengklasif 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 klasif 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 lebih 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), gula, 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 klasif 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 melihat langsung (secara f isik t erpisah).

Cont oh: gula dan pasir.

Gambar 1. 3 menunj ukkan sebagian permukaan bumi. Unsur aluminium, besi, oksigen, dan silikon merupakan 88% penyusun permukaan bumi dalam bent uk padat an. Air pada permukaan bumi dan dalam bent uk gas t ersusun dari hidrogen dan oksigen. 99% udara t ersusun dari nit rogen dan oksigen. Hidrogen, oksigen, dan karbon adalah 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 melibat 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 lain membent uk suat u mat eri baru.

Sif at f isika Cont oh

™Suhu ™Massa ™Warna ™Bau ™Tit ik didih ™Kelarut an ™Berat j enis ™Kekerasan ™Kelist rikan

Air unt uk mandi 40° C 5 gram Nikel

Belerang kuning H2S busuk

Air pada 100° C NaCl larut dalam air Air 1 gram/ mililit er Int an sangat keras Besi menghant ar list rik

Subst ansi Sif at kimia

™ Besi (Fe) ™ Karbon (C) ™ Nat rium

™ TNT

Korosi Æ Fe2O3

Terbakar Æ CO2

Dengan air Æ NaOH + H2

Meledak (t erurai) Æ gas

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

¾Perubahan bau ¾Pembent ukan gas ¾Timbulnya cahaya

¾Pembent ukan endapan baru ¾Perubahan pH.

Cont oh :

Gula adalah senyawa yang mudah t erurai (dekomposisi) dengan pemanasan menj adi senyawa yang lebih sederhana, misalnya karbon hit am (arang), yang t idak dapat t erurai lagi 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 gula oleh panas Perubahan f isika

Akt ivit as siswa :

Perubahan kimia at au f isika?

¾ Huj an asam

¾ Besi meleleh oleh panas ¾ Gas alam dibakar

Gambar 1. 5 Pelelehan besi

Gambar 1. 6 Pembakaran gas alam

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 kelompok mempunyai ciriciri dan sif at -sif at yang akan dipelaj ari dalam bab ini. Diant aranya adalah susunan

Padat , cair dan gas merupakan wuj ud dari mat eri

dan gerakan molekul penyusun zat (Gambar 1. 7). Molekul-molekul wuj ud gas mempunyai susunan yang berj auhan dan set iap molekul bebas bergerak. Cairan dan padat an mempunyai susunan molekul yang berdekat an, dimana pada cairan, molekul masih bisa bergerak dengan bebas, sement ara molekul 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 menghasilkan mat eri dengan sif at yang baru

(a) (b) (c)

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

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

¾ Gas mempunyai susunan molekul yang berj auhan, kerapat an rendah/ t idak memiliki volume dan bent uk t et ap/ selalu bergerak dengan kecepat an t inggi

¾ Campuran gas selalu unif orm (serba sama)

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

¾ Laj u suat u part ikel selalu berubah-ubah t api laj u rat a-rat a part ikel-part ikel gas pada suhu t ert ent u adalah konst an

¾ Gas dapat dimampat kan

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

¾ Gas dapat dalam bent uk at om t unggal sepert i golongan gas mulia (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 ly, dan lainnya menunj ukkan bahwa udara t erut ama t erdiri at as dua zat : oksigen dan nit rogen.

Oksigen dicirikan oleh kemampuannya mendukung kehidupan. Hal ini dikenali j ika suat u volume oksigen habis (dengan membakar lilin pada t empat t ert ut up, misalnya), dan nit rogen yang t ersisa t idak lagi dapat mempert ahankan hewan hidup. Lebih dari 100 t ahun berlalu sebelum udara direanalisis secara cermat , yang menunj ukkan bahwa oksigen dan nit rogen hanya menyusun 99% dari volume t ot al, dan sebagian besar dari 1% sisanya adalah gas baru yang disebut “ argon” . Gas mulia lainnya (helium, neon, krypt on, dan xenon) ada di udara dalam j umlah yang j auh lebih kecil. Tabel 1. 1 merupakan komposisi udara.

Ada beberapa j enis gas lain yang dij umpai pada permukaan bumi. Met ana (CH4) dihasilkan lewat proses bakt eri, t erut ama di

daerah rawa. Met ana merupakan penyusun pent ing dalam deposit gas alam yang t erbent uk selama j ut aan t ahun lewat pelapukan 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 Senyawa

Tabel 1. 1 Komposisi Udara

Hukum-hukum Gas

™ Empat variabel yang menggambarkan keadaan gas:

o Tekanan (P) o Volume (V) o Temperat ur (T)

o Jumlah mol gas, mol (n)

™ Hukum-hukum Gas : Boyle, Charles dan Gay-Lussac, Amont on, Avogadro, Dalt on, Gas ideal, Kinet ika, Gas Nyat a.

1) Hukum Boyle

Robert Boyle (Gambar 1. 10) pada t ahun 1622 melakukan percobaan dengan menggunakan udara. Ia menyat akan bahwa volume sej umlah t ert ent u gas pada suhu yang konst an berbanding t erbalik dengan t ekanan yang dialami gas t ersebut (Gambar 1. 11).

Gambar 1. 10 Robert Boyle

Penyusun Rumus Fraksi Volume

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

Helium 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 salah 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 = volume

P = t ekanan

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

Cont oh :

Silinder panj ang pada pompa sepeda mempunyai volume 1131 cm3 dan diisi dengan udara pada t ekanan 1, 02 at m. Kat up keluar dit ut up dan t angkai pompa didorong sampai volume udara 517 cm3. Hit unglah t ekanan di dalam pompa.

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

Perhat ikan bahwa suhu dan j umlah gas t idak dinyat akan pada soal ini, j adi nilainya 22, 414 L at m t idak dapat digunakan unt uk t et apan C. bagaimanapun, yang diperlukan adalah 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 adalah volume awal

dan akhir, maka:

Sebab suhu dan j umlah udara dalam pompa t idak berubah. Subst it usi menghasilkan :

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

Sehingga P2 dapat diselesaikan:

P2 = 2, 23 atm

2) Hukum Charles

Pada t ekanan konst an, volume sej umlah t ert ent u gas sebanding dengan suhu absolut nya (Gambar 5. 13). Hukum di at as dapat dit uliskan sebagai berikut :

V≈T

¸

¹

·

¨

©

§

kons

tan

T

V

Hubungan di at as dit emukan oleh Charles (Gambar 1. 12) pada t ahun 1787 dan dikenal sebagai Hukum Char l es. Secara graf ik, hukum Charles dapat digambarkan sepert i pada gambar di bawah. Terlihat bahwa apabila 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 dikenal sebagai suhu nol absolut e yang nant inya dij adikan sebagai skal a Kel vi n. Hubungan ant ara Celcius dengan skala Kelvin adalah:

K = ° C + 273, 15

K = suhu absolut

° C = suhu dalam deraj at Celcius

Gambar 1. 13 Volume suat u gas sebanding dengan suhunya

Sama hal-nya dengan hukum Boyle, hukum Charles j uga berlaku unt uk gas ideal.

Cont oh :

Seorang ilmuan yang mempelaj ari sif at hidrogen pada suhu rendah mengambil volume 2, 50 lit er hidrogen pada t ekanan at mosf er dan suhu 25, 00 ° C dan mendinginkan gas it u pada t ekanan t et ap sampai – 200, 00 ° C. Perkirakan besar volume hidrogen!

Penyelesaian :

Langkah pert ama unt uk mengkonversikan suhu ke Kelvin:

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 umlah volume yang sama dari berbagai gas akan mempunyai j umlah part ikel yang sama pula 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 molekul sebanyak at om yang t erdapat pada dua belas gram karbon (12C). Sat u mol dari suat u zat mengandung 6, 023 x 1023 molekul. Bilangan 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 melakukan pengukuran t erhadap volume gas, diperlukan 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 volume sebanyak 22, 414 lit er pada keadaan st andar ini (Gambar 1. 16).

5) Hukum Gas Ideal

Def inisi mikroskopik gas ideal, ant ara lain:

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

b. Molekul-molekul bergerak secara serampangan dan memenuhi hukum-hukum gerak Newt on.

c. Jumlah seluruh molekul adalah besar

d. Volume molekul adalah pecahan kecil yang diabaikan dari volume yang dit empat i oleh gas t ersebut .

e. Tidak ada gaya yang cukup besar yang beraksi pada molekul t ersebut kecuali selama t umbukan.

f . Tumbukannya elast ik (sempurna) dan t erj adi dalam wakt u yang sangat singkat .

Gambar 1. 16 Gambaran gas ideal

Apabila j umlah gas dinyat akan dalam mol (n), maka suat u bent uk persamaan umum mengenai sif at -sif at gas dapat dif ormasikan. Sebenarnya hukum Avogadro menyat akan bahwa 1 mol gas ideal mempunyai volume yang sama apabila suhu dan t ekanannya sama. Dengan menggabungkan persamaan Boyle, Charles 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 berlaku unt uk semua gas yang bersif at ideal. Persamaan di at as akan sangat berguna dalam perhit ungan-perhit ungan volume gas.

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

mol

K

mol

atmK

L

R

L

atm

15

,

273

1

)

082056

,

0

(

414

,

22

1

1 1

u

Dalam sat uan SI, sat uan t ekanan harus dinyat akan dalam Nm-2 dan karena 1 at m ekivalen dengan 101, 325 Nm-2, maka dengan menggunakan persamaan diat as dapat diperoleh 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 helium mempunyai volume 1, 0 x 104 L pada 1, 00 at m dan 30 ° C. Balon ini sampai ket inggian yang t ekanannya t urun menj adi 0, 6 at m dan suhunya –20° C. Berapa volume balon sekarang? Andaikan balon melent ur sedemikian sehingga t ekanan di dalam t et ap mendekat i t ekanan di luar.

Penyelesaian:

Karena j umlah helium 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 Torricelli

Tekanan gas adalah gaya yang diberikan oleh gas pada sat u sat uan luas dinding wadah. Torricelli (Gambar 1. 17), ilmuan dari It alia yang menj adi asist en Galileo adalah orang pert ama yang melakukan penelit 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, membalikkan t abung it u dan mencelupkannya dalam mangkuk berisi merkuri, dengan hat i-hat i agar t idak ada udara yang masuk. Merkuri dalam t abung t urun, meninggalkan 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 dalam mangkuk (sepert i pada gambar dibawah). Toricelli 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 lain, hal ini t erj adi karena dipengaruhi oleh at mosf er bergant ung pada cuaca dit empat t ersebut . Peralat an sederhana ini yang disebut Barometer (Gambar 1. 18).

Gambar 1. 18 Baromet er

Hubungan ant ara t emuan Toricelli 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 saling 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) ialah g = 9, 80665 m s-2. Telah disebut kan di at as bahwa t ekanan adalah gaya persat uan luas, sehingga :

A

g

m

A

F

P

.

Karena volume merkuri dalam t abung adalah

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

Dalam 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. Ilust 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 sepele t api sulit unt uk disampaikan t et api lebih mudah unt uk dideskripsikan. Penelit ian pert ama mengenai suhu dilakukan oleh ilmuan Perancis yang bernama Jacques Charles.

Campuran Gas

Pengamat an pert ama mengenai perilaku campuran gas dalam sebuah wadah dilakukan oleh Dalt on (Gambar 1. 19), ia menyat akan bahwa t ekanan t ot al, Pt ol, adalah j umlah t ekanan parsial set iap gas.

Pernyat aan ini selanj ut nya disebut sebagai Hukum Dalt on, hukum ini berlaku unt uk gas dalam keadaan ideal. Tekanan parsial set iap komponen dalam campuran gas ideal ialah t ekanan t ot al dikalikan 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 part ikel dan part ikel-lingkungan. Gambaran mengenai f ase gas t elah diilust rasikan pada sub-bab sebelumnya. 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 balon

A. Cairan

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

i. Mempunyai kerapat an yang lebih t inggi bila dibanding dengan gas, namun lebih rendah bila dibandingkan dengan padat an ii. Jarak ant ar part ikel lebih dekat dekat

iii. Merupakan f ase yang t erkondensasi

iv. Merupakan f ase yang bisa dikat akan t idak t erkompresi v. Bent uk cairan akan menyesuaikan dengan wadahnya

Pengamat an f isik dari f ase cair dapat dilihat pada gambar st rukt ur molekul dalam sub-bab sebelumnya, dengan cont oh pada Gambar 1. 24.

B. Padatan

Sedangkan ciri-ciri f ase padat , ant ara lain :

a. Kerapat annya sangat t inggi, j auh lebih 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 dikat akan t idak t erkompresi e. Mampu mempert ahankan bent uknya

Berikut ini adalah 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 diklasif 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 lingkungan. Perubahan t ekanan, suhu, dan volume 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. Jelaskan perbedaan unsur dan senyawa sert a sebut kan cont ohnya.

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

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

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

6. Jelaskan perbedaan wuj ud mat eri.

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

8. Jelaskan hubungan ant ara t ekanan, volume dan suhu pada suat u mat eri.

2 Struktur Atom

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 dalam t abel periodik

Tuj uan pembelaj aran

1. Siswa mengert i dan mampu mendeskripsikan prot on, net ron dan elekt ron berdasarkan muat an relat if dan massa relat if nya

2. Siswa mampu mendeskripsikan massa dan muat an dalam 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 umlah prot on, net ron dan elekt ron yang t erdapat dalam at om dan ion dari nomor at om dan nomor massa yang diberikan

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

7. Siswa mampu mendeskripsikan j umlah dan energi relat if orbit al s, p dan d dari bilangan kuant um ut ama

8. Ssiwa mampu mendeduksi konf igurasi elekt ronik at om

9. Siswa mampu mendeskripsikan t abel periodik berdasarkan susunan unsur dengan meningkat nya nomor at om, pengulangan sif at f isik dan sif at kimia dalam sat u periode dan sif at f isik dan sif at kimia yang sama dalam sat u golongan

10. Siswa mampu mendeskripskan unsur periode ket iga, variasi konf igurasi elekt ronik, radius at om, kondukt ivit as list rik, t it ik leleh dan t it ik didih, dan menj elaskan variasinya berdasarkan st rukt ur dan ikat an dalam unsur

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

12. Siswa mampu mendeskripsikan dan menj elaskan variasi energi ionisasi pert ama unsur yang menurun dalam sat u golongan

berdasarkan peningkat an radius at om

13. Siswa mampu mengint erpret asikan dat a berdasarkan konf igurasi elekt ronik, radius at om, kondukt ivit as list rik, t it ik leleh dan t it ik didih unt uk menj elaskan periodisit as

2. 1Partikel-partikel Dasar Atom

At om t erdiri at as int i at om dan elekt ron yang berada diluar 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

Elekt ron J. J. Thomson

(1897) 9, 1095x10

-31 _{5, 4859x10}-4

Net ron J. Chadwick

(1932) 1, 6749x10

-27 _{1, 0087}

Prot on E. Goldst ein

(1886) 1, 6726x10

-27 _{1, 0073}

2. 1. 1 Elektron

Elekt ron merupakan part ikel dasar penyusun at om yang pert ama kali dit emukan. Elekt ron dit emukan oleh Joseph John Thompson pada t ahun 1897.

Gambar 2. 1 Joseph John Thompson

Elekt ron dit emukan dengan menggunakan t abung kaca yang bert ekanan sangat rendah yang t ersusun oleh:

- Plat logam sebagai elekt roda pada bagian uj ung t abung

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

List rik bert ekanan t inggi yang dialirkan melalui plat logam mengakibat kan adanya sinar yang mengalir dari kat oda menuj u anoda yang disebut sinar kat oda. Tabung kaca bert ekanan rendah ini selanj ut nya disebut t abung sinar kat oda. Adanya sinar kat oda membuat t abung menj adi gelap. Sinar kat oda t idak t erlihat oleh mat a

Mat eri t ersusun dari at om-at om

akan t et api keberadaannya t erdet eksi melalui gelas t abung yang berpendar akibat adanya bent uran sinar kat oda dengan gelas t abung kaca.

Sif at -sif at sinar kat oda:

- Sinar kat oda dihasilkan akibat adanya aliran list rik bert ekanan t inggi yang melewat i plat logam

- Sinar kat oda berj alan lurus menuj u anoda

- Sinar kat oda menimbulkan ef ek f luoresensi (pendar) sehingga keberadaannya t erdet eksi

- Sinar kat oda bermuat an negat if sehingga dapat dibelokkan oleh medan list rik dan medan magnet

- Sinar kat oda yang dihasilkan t idak t ergant ung dari bahan pembuat plat logam.

Sif at -sif at yang mendukung yang dihasilkan oleh sinar kat oda menyebabkan sinar kat oda digolongkan sebagai part ikel dasar at om dan disebut sebagai elekt ron.

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

Joseph John Thomson selanj ut nya melakukan penelit ian unt uk menent ukan perbandingan harga muat an elekt ron dan massanya (e/ m). Hasil penelit ian menunj ukkan bahwa sinar kat oda dapat dibelokkan oleh medan list rik dn medan magnet . Pembelokan memungkinkan pengukuran j ari-j ari kelengkungan secara t epat sehingga perbandingan harga muat an elekt ron dan massanya dapat dit ent ukan sebesar 1, 76x108 coulomb/ gram.

Robert Millikan pada t ahun 1909 melakukan penelit ian penent uan muat an elekt ron menggunakan t et es minyak.

Gambar 2. 5 Peralat an t et es minyak Millikan

Penelit ian membukt ikan bahwa t et es minyak dapat menangkap elekt ron sebanyak sat u at au lebih. Millikan selanj 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}

adalah kelipat an 1, 6. 10-19C maka Millikan menyimpulkan bahwa muat an sat u elekt ron sebesar -1, 6. 10-19C.

Hasil penelit ian yang dilakukan Joseph John Thompson dan Robert Millikan memungkinkan unt uk menghit ung massa elekt 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 elekt ron yang t ert angkap oleh 1 t et es minyak dalam percobaan yang dilakukan oleh Millikan apabila 1 t et es minyak t ersebut bermuat an -3, 2 x 10-19 C.

Jawab

Telah diket ahui dari percobaan yang dilakukan oleh Millikan bahwa muat an 1 elekt ron sebesar -1, 6 x 10-19 C. Maka j umlah elekt ron yang dit angkap oleh 1 t et es minyak dengan muat an -3, 2 x 10-19 C adalah

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 oleh Henry Becquerel mendasari penemuan Rut herf ord. Zat radioakt if merupakan zat yang dapat memancarkan radiasi spont an, misalnya uranium, radium dan polonium. Radiasi at au sinar yang dipancarkan oleh zat radioakt if disebut sinar radioakt if . Sinar radioakt if yang umum dikenal adalah sinar alf a (α), sinar bet a ( ) dan sinar gama ( ).

Gambar 2. 6 Ernest Rut herf ord

Gambar 2. 7 Sinar alf a, bet a dan gama

Ernest Rut herf ord melakukan penelit ian dengan menggunakan sinar alf a unt uk menembak plat t ipis emas (0, 01 sampai 0, 001mm). Det ekt or yang digunakan berupa plat seng sulf ida (ZnS) yang berpendar apabila sinar alf a mengenainya.

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

Gambar 2. 8 Hamburan sinar alf a

Hasil yang diperoleh adalah bahwa sebagian besar sinar alf a dit eruskan at au dapat menembus plat t ipis emas. Sinar alf a dalam j umlah yang sedikit j uga dibelokkan dan dipant ulkan. Hasil penelit ian yang menunj ukkan bahwa sebagian besar sinar alf a dit eruskan memberikan kesimpulan bahwa sebagian besar at om merupakan ruang kosong. Sedangkan sebagian kecil sinar alf a yang dipant ulkan j uga memberikan kesimpulan 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 alf a yang bermuat an 4 sma dapat dipant ulkan apabila mengenai plat t ipis emas. Hal ini berart i massa benda pej al dalam at om emas j auh lebih besar daripada massa sinar alf a. Selanj 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 alf a dibelokkan ke arah kut ub negat if apabila dimasukkan kedalam medan list rik. Hal ini berart i sinar alf a menolak sesuat u yang bermuat an posit if dalam at om emas dan lebih mendekat i sesuat u dengan muat an yang berlawanan. Rut herf ord selanj ut nya menyimpulkan 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

- elekt ron diluar int i at om mengelilingi int i at om dan berj umlah sama dengan muat an int i at om sehingga suat u at om bersif at net ral.

2. 1. 3 Proton

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

- elekt roda negat if (kat oda) yang menut up rapat t abung sinar kat oda sehingga ruang dibelakang kat oda gelap

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

- radiasi yang keluar dari lubang t abung kat oda akibat aliran list rik bert egangan t inggi menyebabkan gas yang berada dibelakang kat oda berpij ar

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

Sinar kanal secara mendet ail dihasilkan dari t ahapan berikut yakni ket ika sinar kat oda menj ala dari kat oda ke anoda maka sinar kat oda ini menumbuk gas hidrogen yang berada didalam t abung sehingga elekt ron gas hidrogen t erlepas 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 lolos dari lubang kat oda. Berkas sinar yang bermuat an posit if disebut sinar kanal at au sinar posit if .

Penelit ian selanj ut nya mendapat kan hasil bahwa gas hidrogen menghasilkan sinar kanal dengan muat an dan massa t erkecil. Ion hidogen ini selanj ut nya disebut sebagai prot on. Beberapa kesimpulan yang dapat diambil adalah bahwa sinar 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 alf a unt uk membukt ikan bahwa prot on berada didalam at om dan t ernyat a prot on j uga dihasilkan dari proses t ersebut . Reaksi yang t erj adi adalah

P

O

N

₂4 16_{8 1}1

14

7

D



o

Beberapa sif at sinar kanal/ sinar posit if adalah

- sinar kanal merupakan radiasi part ikel

- sinar kanal dibelokkan ke arah kut ub negat if apabila dimasukkan kedalam medan list rik at au medan magnet

- sinar kanal bermuat an posit if

- sinar kanal mempunyai perbandingan harga muat an elekt ron dan massa (e/ m) lebih kecil dari perbandingan harga muat an elekt ron dan massa (e/ m) elekt ron

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

Contoh soal

Tent ukan muat an oksigen apabila 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 dihasilkan, 2 elekt ron lepas dari at om oksigen.

Jawab

Karena t erj adi pelepasan 2 elekt ron, maka muat an 1 at om oksigen = 2.

2. 1. 4 Netron

Penelit ian yang dilakukan Rut herf ord selain sukses mendapat kan beberapa hasil yang memuaskan j uga mendapat kan kej anggalan yait u massa int i at om unsur selalu lebih besar daripada massa prot on didalam int i at om. Rut herf ord menduga bahwa t erdapat

part ikel lain didalam 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 lain didalam int i at om yang t idak bermuat an dibukt ikan oleh James Chadwick pada t ahun 1932. Chadwick melakukan penelit ian dengan menembak logam berilium menggunakan sinar alf a. Hasil penelit ian menunj ukkan bahwa suat u part ikel yang t ak bermuat an dilepaskan ket ikan logam berilium dit embak dengan sinar alf a dan part ikel ini disebut sebagai net ron. Reaksi yang t erj adi ket ika logam berilium dit embak dengan sinar alf a adalah

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

Telah diket ahui bahwa penemu sinar x adalah Ront gen. Sinar x t erj adi ket ika sinar kat oda yang berupa elekt ron berkecepat an t inggi menumbuk elekt roda t embaga. Akibat t umbukan t ersebut , t embaga melepaskan elekt ron t erluarnya dan t empat elekt ron yang kosong ini selanj ut nya diisi oleh elekt ron t embaga dari t ingkat energi lain yang lebih t inggi. Pengisian t empat kosong oleh elekt ron t embaga dari t ingkat energi yang lebih t inggi menyebabkan t erj adinya pemancaran radiasi. Radiasi ini oleh Ront gen disebut sebagai sinar x.

Pemahaman mengenai int i at om selanj ut nya dij elaskan oleh percobaan Moseley. Moseley melakukan penelit ian unt uk mengukur panj ang gelombang sinar x berbagai unsur. Hasil penelit ian menunj ukkan bahwa set iap unsur memancarkan radiasi sinar x dengan panj ang gelombang yang khas. Panj ang gelombang yang dihasilkan t ergant ung pada j umlah ion posit if didalam int i at om. Penelit ian j uga menunj ukkan bahwa int i at om mempunyai muat an yang berharga kelipat an dari +1, 6x10-9C. Moseley selanj ut nya menyebut j umlah prot on dalam at om adalah nomor at om.

Gambar 2. 11 Wilhelm 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 didalam int i at om sedangkan nomor massa sama dengan j umlah prot on dan net ron didalam int i at om. Not asi unt uk menyat akan susunan int i at om yait u prot on dan net ron dialam int i at om dapat dinyat akan sebagai berikut :

Contoh soal

Tent ukan j umlah prot on, elekt ron dan net ron dalam at om

C

12 6 .

Jawab Mengingat ,

Nomor at om=j umlah prot on dan elekt ron Nomor massa=j umlah prot on + net ron

Maka, unt uk 12₆

C

j umlah prot on 6, elekt ron 6 dan net ron 6.

A

X

_Z

Ket erangan:

X = lambang at om unsur A = nomor massa = prot on+net ron Z = nomor at om = j umlah prot on

Nomor at om Z

sama dengan j umlah prot on

Contoh soal

Tent ukan j umlah prot on dan elekt ron dalam at om ₁₅30

P

4. Jawab

Mengingat ,

Nomor at om=j umlah prot on dan elekt ron Nomor massa=j umlah prot on + net ron

Maka, unt uk ₁₅30

P

4 j umlah prot on 15 dan elekt ron 15 - 4 = 11. 2. 2. 2 Isotop

Isot op adalah 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 walaupun unsurnya sama belum t ent u nomor massanya sama.

2. 2. 3 Isobar dan isoton

Isobar adalah at om unsur yang berbeda t et api mempunyai nomor massa sama. Isobar dapat dimengert i dengan melihat cont oh berupa 1124

Na

dengan

Mg

24

12 yang memiliki nomor massa sama sebesar

24. Sedangkan isot on adalahat om unsur yang berbeda t et api mempunyai j umlah 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 oleh Joseph John Thompson mempunyai banyak kelemahan, demikian pula dengan model at om yang dikemukakan oleh Ernest Rut herf ord. Model at om Rut herf ord t idak dapat menj elaskan alasan mengapa elekt ron t idak dapat j at uh kedalam int i. Fisika klasik menyat akan bahwa apabila t erdapat suat u part ikel bermuat an yang bergerak menurut lint san lengkung maka energinya akan hilang dalam bent uk radiasi. Pernyat aan f isika klasik ini menj adi persoalan bagi model at om yang dikemukakan oleh

13_C 6 12_C

6 14C6

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 elekt ron bergerak mengelilingi int i, maka elekt ron akan kehilangan energinya dan energi kinet ik elekt ron akan t erus berkurang. Gaya t arik int i at om t erhadap elekt ron akan menj adi lebih besar daripada gaya sent rif ugal lint asan elekt ron dan menyebabkan lint asan menj adi spiral dan akhirnya elekt ron j at uh kedalam int i at om. Apabila elekt ron j at uh kedalam 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 elekt ron

2. 3. 1 Spektrum garis

Menurut Max Planck radiasi elekt romagnet ik bersif at diskont inyu at au dalam bent uk kuant a. Diskont inyuit as radiasi elekt romagnet ik dikuat kan oleh ef ek f ot olist rik yang dikembangkan oleh Albert Einst ein. Sedangkan kuant isasi/ kuant a energi digunakan oleh Niels Bohr dalam moment um sudut elekt ron unt uk pengembangan t eorinya t ent ang at om hidrogen.

Apabila berkas cahaya polikromat is sepert i lampu list rik dan sinar mat ahari dilewat kan melalui prisma maka akan diperoleh spekt rum kont inyu yang t erdiri dari berbagai warna penyusunnya. Spekt rum garis dihasilkan apabila sumber cahaya polikromat ik sepert i lampu list rik dan sinar mat ahari digant i oleh busur list rik berisi gas hidrogen maka akan dihasilkan 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 diselidiki spekt rumnya diuapkan pada t emperat ur t inggi

- uap yang t erbent uk dilet akkan di ant ara dua elekt roda graf it

- list rik bert egangan t inggi dial irkan melalui elekt roda graf it

Spekt rum garis yang paling sederhana adalah spekt rum garis at om hidrogen. Balmer melakukan penelit ian sehingga didapat kan deret Balmer unt uk at om hidrogen.

Gambar 2. 13 Spekt rum cahaya polikromat ik

Gambar 2. 14 Spekt rum garis

Gambar 2. 15 Deret Balmer unt uk at om hidrogen

seri Lyman

seri Balmer

Kontinyu

2. 3. 2 Teori Bohr

Sepert i t elah diket ahui bahwa menurut Max Planck radiasi elekt romagnet ik bersif at diskont inyu at au dalam bent uk kuant a. Max Planck menurunkan persamaan unt uk pernyat aan t ersebut sebagai berikut :

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

Unt uk mengat asi perbedaan t ersebut , Niels Bohr melakukan penelit ian dan mencoba menj elaskan dengan pendekat an pemecahan spekt rum garis hidrogen. Bohr menggunakan pendekat an Max Planck unt uk menj elaskan spekt rum garis hidrogen.

Beberapa hasil penelit ian Bohr diant ara adalah

- Elekt ron mengorbit pada lint asan t ert ent u dan dengan t ingkat energi t ert ent u

- Lint asan orbit elekt ron berbent uk lingkaran dan disebut kulit

- Moment um sudut elekt ron yang mengorbit berharga kelipat an

S

2

h

. Set iap elekt ron yang mengorbit mempunyai moment um

sudut sebesar

_S

2

h

n

dengan n=1, 2, 3, . . . yang merupakan bilangan bulat posit if dan disebut sebagai bilangan kuant um ut ama

Bilangan kuant um ut ama menyat akan kulit

Tabel 2. 2 Hubungan Lint asan, Kulit dan Bilangan Kuant um

Lint asan Kulit Bilangan 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 = bilangan bulat posit if h = t et apan Planck (6, 6, 3. 10-34 J. s)

Gambar 2. 16 Pendekat an energi oleh Max Planck dan f isika klasik

- Energi elekt ron berbanding t erbalik dengan lint asan (kulit )

- Keadaan paling st abil adalah pada saat n = 1 yakni ket ika elekt ron memiliki energi paling minimal

- Elekt ron berada dalam keadaan st asioner, t idak memancarkan dan menyerap energi, ket ika elekt ron megorbit mengelilingi int i at om.

Apabila elekt ron berpindah dari t ingkat energi rendah menuj u t ingkat energi t inggi maka energi akan diserap unt uk melakukan proses t ersebut . Elekt ron yang berpindah dari t ingkat energi rendah menuj u t ingkat energi yang lebih t inggi menyebabkan elekt ron t ereksit asi. Akan t et api keadaan elekt ron t ereksit asi ini t idak st abil sehingga elekt ron kembali dari t ingkt a energi t inggi menuj u t ingkat energi rendah yang disert ai pelepasan energi dalam bent uk radiasi.

Gambar 2. 18 Model at om Bohr

Teori Bohr berhasil menj elaskan spekt rum garis at om hidrogen dan ion-ion berelekt ron t unggal sepert i 2He+ dan 3Li2+. Akan t et api t eori

Bohr j uga masih menunj ukkan kelemahan yait u t idak mampu menj elaskan spekt rum garis at om berelekt ron banyak dan sif at spekt rum garis dalam medan magnet sert a t idak dapa menj elaskan garis-garis halus spekt rum garis at om hidrogen.

Gambar 2. 19 Proses eksit asi dan emisi

Contoh soal

Berapakah energi sinar laser dengan panj ang gelombang 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

19 7 1 8 34

10

547

,

2

10

8

,

7

10

998

,

2

10

626

,

6

O

2. 3. 3 Konfigurasi elektron

Susunan elekt ron dalam at om dapat dij elaskan menggunakan konf igurasi elekt ron. Penyusunan elekt ron dalam at om didasarkan pada t eori-t eori berikut :

- Teori dualisme gelombang part ikel yang dikemukakan oleh de Broglie pada t ahun 1924. Teori ini menyat akan bahwa elekt ron dalam at om bersif at gelombang dan part ikel

- Azas ket idakpast ian yang dikemukakan oleh 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 dalam wakt u

elektron

foton teremisi

elektron tereksitasi

sebelum

sesudah

foton terabsorpsi

sebelum

sesudah

Konf igurasi elekt ron at om

menj elaskan j umlah elekt ron

dalam t ingkat ut ama

bersamaan. Teori ini menyirat kan bahwa lint asan elekt ron t idak berbent uk lingkaran

- Teori persamaan gelombang yang dikemukakan oleh Erwin

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

Azas ket idakpast ian Heisenberg menyebabkan posisi elekt ron t idak dapat dit ent ukan dengan past i demikian pula dengan orbit elekt ron dalam at om menurut mekanika kuant um. Walaupun orbit elekt ron t idak dapat dit ent ukan dengan past i t et api peluang unt uk menemukan elekt 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 peluang t erbesar unt uk menemukan elekt ron. Kapasit as maksimal orbit al unt uk dit empat i elekt ron sebesar 2 elekt ron. Orbit al j uga mempunyai energi yang khas bagi t iap-t iap elekt ron unt uk menempat inya. Energi khas unt uk t iap elekt ron ini seri ng disebut t ingkat energi. Hanya elekt ron dengan energi yang cocok dapat menempat i orbit al t ersebut . Sist em susunan elekt ron dalam at om dapat dilihat pada gambar 2. 21 berikut .

Tabel 2. 3 Susunan Bilangan Kuant um

Kulit Bilangan kuant um (n) Daya t ampung elekt 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

Jumlah maksimum elekt ron dalam kulit t ert ent u sebesar 2n2 dengan n adalah nomor kulit . Pengisian elekt ron dimulai pada kulit dengan t ingkat energi t erendah yait u kulit pert ama at au kulit K yang dilanj ut kan dengan kulit L, M, N dan set erusnya. Pengisian dilakukan dengan pengisian maksimum t erlebih dahulu unt uk t iap kulit . Apabila t erdapat 18 elekt ron maka elekt ron akan mengisi kulit K sebanyak 2 yang dilanj ut kan dengan pengisian kulit L sebanyak 8 elekt ron dan diakhiri dengan pengisian kulit L sebanyak 8 elekt ron.

Elekt ron valensi merupakan j umlah elekt ron yang t erdapat pada kulit t erluar suat u at om unsur. Ikat an kimia dapat t erbent uk dengan memanf aat kan at au menggunakan elekt ron valensi sehingga elekt ron valensi dapat dikat akan merupakan penent u sif at kimia at om unsur.

Lit ium Oksigen Florin Neon

Nat rium

Gambar 2. 20 Elekt ron valensi beberapa unsur periode 2 dan periode 3

Contoh soal

Tuliskan konf igurasi elekt ron C (Z=6).

Jawab

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

Contoh soal

Berapakah j umlah elekt ron maksiumum yang dapat menempat i kulit O (n=5)?

Jawab

Jumlah elekt ron di kulit O (n=5) = 2(2)5 = 64 elekt ron

IA

Golongan

2. 4 Perkembangan model atom

Penelit ian-penelit ian t erbaru menyebabkan t eori dan model at om semakin berkembang dan kebenarannya semakin nyat a. Teori dan model at om dimulai dengan penelit ian yang dilakukan oleh John Dalt on yang selanj ut nya dikembangkan oleh Joseph John Thompson, Ernest Rut herf ord, Niels Bohr dan t eori at om menggunakan mekanika gelombang.

2. 4. 1 Model atom John Dalton

Hukum kekekalan massa yang disampaikan oleh Lavoisier dan hukum perbandingan t et ap yang di j elaskan oleh Proust mendasari John Dalt on unt uk mengemukakan t eori dan model at omnya pada t ahun 1803. John Dalt on menj elaskan bahwa at om merupakan part ikel t erkecil unsur yang t idak dapat dibagi 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 lain.

Gambar 2. 21 Model at om Dalt on

2. 4. 2 Model atom Joseph John Thompson

Joseph John Thompson merupakan penemu elekt ron. Thompson mencoba menj elaskan keberadaan elekt ron mengguna-kan t eori dan model at omnya. Menurut Thompson, elekt ron t ersebar secara merat a di dalam at om yang dianggap sebagai suat u bola yang bermuat an posit if . Model at om yang dikemukakan oleh Thompson sering disebut sebagai model rot i kismis dengan rot i sebagai at om yang bermuat an posit if dan kismis sebagai elekt ron yang t ersebar merat a di seluruh bagian rot i. At om secara keseluruhan bersif at net ral.

Gambar 2. 22 Model at om Thompson

2. 4. 3 Model atom Ernest Rutherford

Penelit ian penembakan sinar alf a pada plat t ipis emas membuat Rut herf ord dapat mengusulkan 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 elekt ron-elekt ron mengelilinginya.

Gambar 2. 23 Model at om Rut herf ord

Rut herf ord berhasil menemukan bahwa int i at om bermuat an posit if dan elekt ron berada diluar int i at om. Akan t et api t eori dan model at om yang dikemukakan oleh Rut herf ord j uga masih mempunyai kelemahan yait u t eori ini t idak dapat menj elaskan f enomena kenapa elekt ron t idak dapat j at uh ke int i at om. Padahal menurut f isika klasik, part ikel t ermasuk elekt ron yang mengorbit pada lint asannya akan melepas energi dalam bent uk radiasi sehingga elekt ron akan mengorbit secara spiral dan akhirnya j at uh ke it i at om.

2. 4. 4 Model atom Niels Bohr

Niels Bohr selanj ut nya menyempurnakan model at om yang dikemukakan oeh Rut herf ord. Penj elasan Bohr didasarkan pada penelit iannya t ent ang spekt rum garis at om hidrogen. Beberapa hal yang dij elaskan oleh Bohr adalah

- Elekt ron mengorbit pada t ingkat energi t ert ent u yang disebut kulit

- Tiap elekt ron mempunyai energi t ert ent u yang cocok dengan t ingkat energi kulit

- Dalam keadaan st asioner, elekt ron t idak melepas dan menyerap energi

- Elekt ron dapat berpindah posisi dari t ingkat energi t inggi menuj u t ingkat energi rendah dan sebaliknya dengan menyerap dan melepas 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 elasan ini berdasarkan t iga t eori yait u

- Teori dualisme gelombang part ikel elekt ron yang dikemukakan oleh de Broglie pada t ahun 1924

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

- Teori persamaan gelombang oleh Erwin Schrodinger pada t ahun 1926

Menurut model at om ini, elekt ron t idak mengorbit pada lint asan t ert ent u sehingga lint asan yang dikemukakan oleh Bohr bukan suat u kebenaran. Model at om ini menj elaskan bahwa elekt 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 elekt ron disekit ar int i at om.

Gambar 2. 25 Model at om mekanika kuant um

2. 5 Perkembangan pengelompokan unsur

Pada awalnya, unsur hanya digolongkan menj adi logam dan nonlogam. Dua puluh unsur yang dikenal pada masa it u mempunyai sif at yang berbeda sat u dengan yang lainnya. Set elah John Dalt on mengemukakan t eori at om maka t erdapat perkembangan yang cukup berart i dalam pengelompokan unsur-unsur. Penelit ian Dalt 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 lain. Hal yang membedakan diant ara unsur adalah massanya.

Pada awalnya massa at om individu belum bisa dit ent ukan karena at om mempunyai massa yang amat kecil sehingga digunakan massa at om relat if yait u perbandingan massa ant ar-at om. Berzelius pada t ahun 1814 dan P. Dulong dan A. Pet it pada t ahun 1819 melakukan penent uan massa at om relat if berdasarkan kalor j enis unsur. Massa at om relat if t ermasuk sif at khas at om karena set iap unsur mempunyai massa at om relat if t ert ent u yang berbeda dari unsur lainnya. Penelit ian selanj ut nya melibat kan Dobereiner, Newlands, mendeleev dan Lot har Meyer yang mengelompokkan unsur berdasarkan massa at om relat if .

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

2. 5. 1 Triad Dobereiner

Johann Wolf gang Dobereiner pada t ahun 1829 menj elaskan hasil penelit iannya yang menemukan kenyat aan bahwa massa at om relat if st ronsium berdekat an dengan massa rat a-rat a dua unsur lain yang mirip dengan st ronsium yait u kalsium dan barium. Hasil penelit iannya j uga menunj ukkan bahwa beberapa unsur yang lain menunj ukkan kecenderungan yang sama. Berdasarkan hasil penelit iannya, Dobereiner selanj ut nya mengelompokkan unsur-unsur dalam kelompok-kelompok t iga unsur yang lebih dikenal sebagai t riad. Triad yang dit unj ukkan oleh Dobereiner t idak begit u banyak sehingga berpengaruh t erhadap penggunaannya.

Tabel 2. 4 Massa At om Relat if Unsur Triad Dobereiner

Triad Massa at om relat if

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

Kal sium 40

5

,

88

2

137

40

St ronsium 88

Barium 137

Gambar 2. 27 Johann Wolf gang Dobereiner

Lit ium (Li) Kalsium (Ca) Klorin (Cl) Belerang (S) Mangan (Mn) Nat rium (Na) St ronsium (Sr) Bromin (Br) Selenium (Se) Kromium (Cr) Kalium (K) Barium (Ba) Iodin (I) Telurium

(Te) Besi (Fe)

Gambar 2. 28 Triad Dobereiner

2. 5. 2 Hukum oktaf Newlands

Hukum okt af dit emukan oleh A. R. Newlands pada t ahun 1864. Newlands mengelompok-kan unsur berdasarkan kenaikan massa at om relat if unsur. Kemiripan sif at dit unj ukkan oleh unsur yang berseliih 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 oleh Newlands dit unj ukkan pada t abel berikut .

Gambar 2. 29 John Newlands

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 Newlands

Hukum okt af Newlands t ernyat a hanya berlaku unt uk unsur-unsur dengan massa at om relat if sampai 20 (kalsium). Kemiripan sif at t erlalu dipaksakan apabila pengelompokan dilanj ut kan.

2. 5. 3 Sistem periodik Mendeleev

Dmit ri Ivanovich Mendeleev pada t ahun 1869 melakukan 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 relat if nya. Sif at t ert ent u akan berulang secara periodik apabila unsur-unsur disusun berdasarkan kenaikan massa at om relat if nya. Mendeleev selanj ut nya menempat kan unsur-unsur dengan kemiripan sif at pada sat u laj ur vert ikal yang disebut golongan. Unsur-unsur j uga disusun berdasarkan kenaikan massa at om relat if nya dan dit empat kan dalam sat u laj ur yang disebut periode. Sist em periodik yang disusun Mendeleev dapat dilihat pada t abel berikut :

Gambar 2. 30 Dmit ri Ivanovich Mendeleev

Gambar 2. 31 Sist em periodik Mendeleev

Mendeleev sengaj a mengosong-kan beberapa t empat unt uk menet apkan kemiripan sif at dalam golongan. Beberapa kot ak j uga sengaj a dikosongkan karena Mendeleev yakin masih ada unsur yang belum dikenal karena belum dit emukan. Salah sat u unsur baru yang sesuai dengan ramalan Mendeleev adalah germanium yang sebelumnya diberi nama ekasilikon oleh Mendeleev.

2. 5. 4 Sistem periodik Moseley

Perkembangan t erbaru mengenai at om menj elaskan 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 oleh prot on, elekt ron dan net ron. Jumlah prot on merupakan sif at khas unsur. Set iap unsur mempunyai j umlah prot on t ert ent u yang berbeda dari unsur lain. Jumlah prot on suat u unsur dinyat akan sebagai nomor at om.

Henry G. Moseley yang merupakan penemu cara menent ukan nomor at om pada t ahun 1914 kembali menemukan bahwa sif at -sif at unsur merupakan f ungsi periodik nomor at omnya. Pengelompokan yang disusun oleh Mendeleev merupakan susunan yang berdasarkan kenaikan nomor at omnya. Penyusunan t elurium 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. Moseley

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 laj ur vert ikal yang disebut golongan t ersusun berdasarkan kemiripan sif at . Unsur golongan A disebut golongan ut ama sedangkan golongan B disebut golongan t ransisi. Golongan dapat dieri t anda nomor 1 sampai 18 berurut an dari kiri ke kanan. Berdasarkan penomoran ini, golongan t ransisi mempunyai nomor 3 sampai 12.

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

Gambar 2. 33 Sist em periodik modern

Contoh soal

Tent ukan periode dan golongan unsur X, Y dan Z apabila diket ahui konf igurasi elekt ronnya adalah

X = 2, 3

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

Jawab

Unsur Periode Golongan

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 dalam sat u periode dan dari at as ke bawah dalam sat u golongan disebut sif at periodik. Sif at periodik meliput i j ari-j ari at om, energi ionisasi, af init as elekt ron dan keelekt ronegat if an.

2. 6. 1 Jari-j ari atom

Jari-j ari at om adalah j arak elekt ron di kulit t erluar dari int i at om. Jari-j ari at om sulit unt uk dit ent ukan apabila unsur berdiri sendiri t anpa bersenyawa dengan unsur lain. Jari-j ari at om secara lazim 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 kovalen adalah set engah ari-j arak ant ara int i dua at om ident ik yang t erikat secara kovalen.

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 memperlihat 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 umlah kulit bert ambah sehingga j ari-j ari at om j uga bert ambah.

j arak ant ar

iodin (I2)

bromin (Br2)

klorin (Cl2)

f luorin (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 dalam sat u periode (dari kiri ke kanan) berj umlah kulit sama t et api j umlah prot on bert ambah sehingga j ari-j ari at om j uga berubah. Karena j umlah 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 elekt ron pada kulit t erluar semakin kuat . Kekuat an gaya t arik yang semakin meningkat menyebabkan j ari-j ari at om semakin kecil. Sehingga unt uk unsur dalam 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 Perbandingan 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

Golongan 1A Golongan 7A

Energi ionisasi pert ama menurun

dalam gol ongan I dan II karena elekt ron t erluar sangat t erperisai dari t arikan int i

2. 6. 2 Energi ionisasi

Energi minimum yang dibut uhkan unt uk melepas elekt ron at om net ral dalam wuj ud gas pada kulit t erluar dan t erikat paling lemah 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 elekt ron pada kulit t erluar semakin lemah. Hal ini berart i elekt ron pada kulit t erluar semakin mudah lepas dan energi yang dibut uhkan unt uk melepaskan elekt ron t ersebut semakin kecil. Akibat nya, dalam sat u golongan, 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 elekt ron t erluar semakin besar sehingga dibut uhkan energi yang besar pula unt uk melepaskan elekt ron pada kulit 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)

Kurva t ersebut menunj ukkan unsur golongan 8A berada di puncak graf ik yang mengindikasikan bahwa energi ionisasinya besar. Hal sebaliknya t erj adi unt uk unsur golongan 1A yang berada di dasar kurva yang menunj ukkan bahwa energi ionisasinya kecil. At om suat u unsur dapat melepaskan elekt ronnya lebih dari sat u buah. Energi yang dibut uhkan unt uk melepaskan elekt r on keua disebut energi ionisasi kedua dan t ent u saj a diperlukan energi yang lebih besar. Energi ionisasi semakin besar apabila makin banyak elekt ron yang dilepaskan oleh suat u at om.

2. 6. 3 Afinitas elektron

Af init as elekt ron merupakan enegi yang dilepaskan at au diserap oleh at om net ral dalam bent uk gas apabila t erj adi penangkapan sat u elekt ron yang dit empat kan pada kulit t erluarnya dan at om menj adi ion negat if . Af init as elekt ron dapat berharga posit if dan negat if . Af init as elekt ron berharga negat if apabila dalam proses penangkapan sat u elekt ron, energi dilepaskan. Ion negat if yang t rebrnt uk akibat proses t ersebut bersif at st abil. Hal sebaliknya t erj adi apabila dalam proses penangkapan sat u elekt ron, energi diserap. Penyerapan energi menyebabkan ion yang t erbent uk bersif at t idak st abil. Semakin negat if harga af init as lekt ron suat u at om unsur maka ion yang t er bent uk semakin st abil.

Gambar 2. 40 Af init as elekt ron golongan 1, 2, 3, 4, 5, 6 dan 7

Golongan

A

fi

n

it

a

s

e

le

k

tr

o

n

(

k

J

/

m

o

Sat uan konst ant a laj u umumnya adalah mol L-1_s-1_.

misalnya orde pert ama dalam A dan orde 0, 5 dalam B at au berorde 1, 5 secara keseluruhan.

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 dalam A. Jika kenaikan konsent rasi B t idak menaikkan laj 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 diperoleh dari koef isien pereaksi dalam persamaan berimbangnya. Dalam penguraian N2O5 dan NO2,

koef isien unt uk pereaksi dalam masing-masing persamaan berimbang adalah 2 t et api reaksi pert ama bersif at orde pert ama dalam N2O5 dan

yang kedua berorde kedua dalam NO2. Sepert i dilukiskan oleh 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

Tulislah persamaan laj u yang paling mungkin unt uk reaksi ini: Jawaban :

Dengan membandingkan dat a dalam eksperimen 2 dengan dat a eksperimen 1, orang akan melihat bahwa bila konsent rasi B2

diduakalikan, maka laj u diduakalikan. Jadi reaksi it u berorde pert ama dalam B2. Dengan membandingkan dat a dalam eksperimen 3 dengan

dat a eksperimen 2, orang akan melihat bahwa bila konsent rasi A diduakalikan, laj u t idak berubah. Jadi reaksi it u berorde nol dalam A. Maka persamaan laj u yang paling mungkin adalah

> @ > @

2 0

B

A

k

Laju

at au

> @

B2

k Laju

Suat u pereaksi malahan dapat t idak muncul dalam persamaan laj u suat u reaksi. Orde suat u reaksi diberikan hanya at as dasar penet apan eksperiment al dan sekedar memberi inf ormasi mengenai cara laj u it u bergant ung pada konsent rasi pereaksi-pereaksi t ert ent u. Ramalan t eorit is mengenai orde-orde (dari) reaksi-reaksi yang kurang dikenal j arang berhasil. Misalnya menget ahui bahwa reaksi ant ara H2

206

dan I2 adalah 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 laj u yang lebih rumit . Menentukan Orde reaksi

a. Jika t ahap reaksi dapat diamat i, orde adalah koef isien pada t ahap reaksi yang berj alan lambat .

Cont oh: reaksi

4HBr

O

₂

o

2

H

₂

O

2

Br

₂

Berlangsung dalam 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 oleh reaksi (1). Persamaan laj u reaksi, V = [ HBr] [ O2] . Orde reaksi t ot al (lihat koef isien reaksi) = 1 + 1 = 2.

b. Jika t ahap reaksi t idak bisa diamat i, orde reaksi dit ent ukan melalui eksperimen, konsent rasi salah sat u zat t et ap dan konsent rasi zat lain berubah.

Cont oh :

Reaksi :

P

Q

R

o

X

Y

diperoleh dat a percobaan sebagai berikut :

Tabel 10. 2 Orde reaksi

orde reaksi t erhadap P, dicari dengan melihat 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 kali.

Jadi reaksi berlangsung 2 kali lebih cepat . 2m = 2

o

m = 1

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

Dat a (4) dan (5)

o

1, 5 kali lebih cepat Dat a (1) dan (4)

o

2 kali lebih cepat

Dat a (1) dan (5)

o

3 kali lebih 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 oleh t ahap reaksi yang paling lambat 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 berlangsung sama cepat .

1, 5x = 1 x = 0

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

KESIMPULAN

Laj u reaksi. kecepat an at an laj u reaksi di kont rol oleh 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 alis

penent uan lahu reaksi kimia menggunakan persamaan :

)

(

/

)

(

konsentras

i

waktu

laju

'

'

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

Latihan Soal :

1. Kenaikan suhu akan memperbesar laj u reaksi karena pert ambahan . . .

a. Energi akt ivasi

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

e. Luas permukaan zat pereaksi

2. Korek api dapat menyala bila digesekkan, hal ini merupakan pengaruh laj u reaksi oleh :

a. Tekanan b. Volume c. Kat alis d. Konsent rasi e. Suhu

3. Energi kat alis adalah . . .

a. Energi t abrakan yang menghasilkan reaksi b. Energi minimum yang diperlukan unt uk bereaksi c. Energi kinet ik molekul-molekul yang bereaksi d. Energi yang dihasilkan dari suat u reaksi e. Energi t ambahan supaya zat bisa bereaksi

208

a. Pada suhu t et ap dit ambah kat alis b. Pada suhu t et ap, t ekanan diperbesar c. Pada suhu t et ap, volume diperbesar d. Pada volume t et ap dit ambah zat pereaksi 5. Pada percobaan laj 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 laj u reaksi yang paling cepat : a. 1

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

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

8. Sebut kan f akt or-f akt or yang mempengaruhi kecepat an reaksi! 9. Mengapa kat alis 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 kelemahan t eori t umbukan! 13. Apa yang dimaksud energi pengakt if an (Ea)?

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

15. Suat u reaksi berlangsung selama 4 j am pada suhu 25oC. Berapa kalikah laj u reaksi akan meningkat , j ika suhu diubah menj adi 65oC?

16. Apa yang dimaksud orde reaksi? Berikan cont oh ungkapan persamaan laj u reaksi dengan orde reaksi adalah 2!

A1

DAFTAR PUSTAKA

Nicholls L. , Rat clif f e, M. , (2000), Chemistry, 1st Ed. , Collins Advanced Modular Sciences, London.

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

Rat clif f , B. , Eccles, H. , (2001), Chemistry 2, 1st Ed. , Cambridge Advances, Sciences, Cambridges Universit y Press, Cambridge.

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