Materi Kimia - Pada Kesempatan ini akan di bahas tentang Materi Struktur Atom yaitu tentang struktur, sistem periodik unsur, dan sifat-sifat keperiodikan unsur serta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari.
Apa yang dimaksud dengan atom? atom merupakan bagian yang sangat kecil dari suatu unsur yang masih memiliki sifat unsur tersebut. Anda tentu pernah melihat emas, bukan? Nah, logam emas jika dipotong-potong sedemikian rupa, akan diperoleh bagian yang sangat kecil yang tidak dapat dibagi lagi, tetapi masih mempunyai sifat emas. Bagian inilah yang disebut sebagai atom emas. Atom emas ini berbeda sifatnya dengan atom besi. Gambar berikut ini akan membantu Anda memahami, bahwa secara kasat mata, kedua logam tersebut sudah terlihat berbeda. Bagaimana, apakah Anda dapat membedakan keduanya?
Atom-atom yang merupakan bagian dari unsur ini dapat berdiri sendiri ataupun bergabung dengan atom dari unsur sejenis membentuk molekul. Unsur-unsur yang partikel terkecilnya berupa atom ditulis dengan lambang unsurnya, misalnya Au, Ag dan Fe. Unsur-unsur ini meliputi semua unsur logam, misalnya emas, perak, besi, dan sebagian unsur nonlogam, di antaranya karbon, silikon, helium, neon, argon, kripton, xenon, dan radon. Sementara, pada unsur yang membentuk molekul, rumus kimianya ditulis dengan lambang unsurnya disertai jumlah atom yang terdapat pada setiap molekulnya.
Contoh: molekul oksigen (O2), molekul hidrogen (H2), molekul fosfor (P4), dan molekul belerang (S8). Molekul unsur yang terdiri atas dua atom dinamakan molekul diatomik, molekul fosfor yang terdiri atas empat atom disebut molekul tetraatomik, dan belerang terdiri atas delapan aton sehingga disebut molekul oktaatomik. Molekul fosfor dan belerang lebih terkenal sebagai molekul poliatomik karena tiap molekulnya mengandung lebih dari dua atom. Nah, unsur-unsur tersebut, baik yang ada di alam maupun unsur buatan, disusun dan dikelompokkan dalam Tabel Periodik Unsur. Menurut Anda, mengapa unsur-unsur tersebut perlu dikelompokkan? Apa yang mendasari pengelompokan unsur-unsur tersebut dalam Tabel Periodik Unsur? Hal ini akan kita pelajari pada bab ini.
Teori tentang Atom
Teori atom telah dipelajari sejak zaman Yunani Kuno oleh Democritus, tetapi sempat ditenggelamkan oleh Aristoteles. Menurut Aristoteles, atom itu tidak ada. Pendapat Aristoteles ada benarnya karena atom memang tidak tampak secara kasat mata. Padahal, Democritus sekadar mengandalkan akalnya saja dalam menafsirkan atom. Pada tahun 1803, mulailah masyarakat menerima kehadiran atom, yang diprakarsai oleh John Dalton.
1. Teori Atom Dalton
Teori atom Dalton didasarkan atas dua hukum. Pertama, hukum susunan tetap atau Hukum Proust yang menyatakan bahwa massa total dari zat-zat sebelum adanya reaksi akan selalu bernilai sama dengan massa total dari zat-zat hasil reaksi. Kedau, hukum kekekalan massa atau Hukum Lavoisier, yaitu bahwa perbandingan massa pada setiap unsur yang ada dalam suatu senyawa akan selalu bernilai tetap. Berdasarkan hukum tersebut, Dalton mengemukakan pendapatnya sebagai berikut.
2. Teori Atom J.J. Thomson
Mengacu pada penemuan tabung katoda oleh William Crookers, J.J. Thomson meneliti secara lebih lanjut mengenai sinar katode sehingga dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan suatu partikel karena dapat memutar baling-baling yang diletakkan di tengah katode dan anode. Berdasarkan hasil percobaan tersebut, Thomson akhirnya menyatakan bahwa sinar katode adalah suatu partikel yang menyusun atom atau partikel subatom yang memiliki muatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.
Atom merupakan suatu partikel yang memiliki sifat netral. Atom terdiri atas elektron yang bermuatan negatif dan partikel yang bermuatan positif. Penemuan J.J. Thomson ini akhirnya dapat memperbaiki kelemahan pada teori atom Dalton dan mengemukakan teori atomnya yang disebut sebagai teori atom Thomson, yaitu bahwa atom adalah bola pejal yang memiliki muatan positif dan di dalamnya terdapat muatan negatif elektron. Kelemahan teori atom J.J. Thomson ialah tidak mampu menjelaskan adanya susunan muatan positif dan negatif yang terdapat dalam bola atom tersebut.
3. Teori Atom Rutherford
Rutherford bersama dengan dua orang muridnya, Hans Geiger dan Erners Masreden, melakukan suatu percobaan yang dikenal sebagai hamburan sinar alfa terhadap lempeng tipis emas. Sebelumnya, telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu partikel yang memiliki muatan positif dan bergerak lurus serta memiliki daya tembus besar. Percobaan tersebut sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yaitu apakah atom tersebut betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang jika dikenai partikel alfa, akan dipantulkan atau dibelokkan.
Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa jika partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang tipis, sebagian besar partikel alfa akan diteruskan (terdapat sebuah penyimpangan sudut kurang dari 1 derajat). Dari hasil pengamatan Marsden, diperoleh fakta bahwa satu di antara 20.000 partikel alfa akan membelok 90 derajat bahkan lebih. Berdasarkan gejala-gejala yang telah terjadi, diperoleh kesimpulan bahwa atom bukanlah merupakan bola pejal karena ternyata hampir keseluruhan partikel alfa itu diteruskan. Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisan atom-atom emas, di dalam atom emas, terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.
Berdasarkan fakta-fakta yang telah ditemukan dari percobaan tersebut, Rutherford telah mengusulkan model atom yang disebut model atom Rutherford yang menyatakan bahwa atom itu terdiri atas inti atom yang sangatlah kecil dan memiliki muatan positif dengan dikelilingi elektron yang bermuatan negatif. Rutherford kemudian menduga bahwa yang ada di dalam inti atom itu adalah partikel netral yang bertugas mengikat partikel-partikel positif agar tidak terjadi aksi saling tolak-menolak antarpartikel. Model atom Rutherford dapat digambarkan seperti berikut.
Tahukah Anda apa kelemahan teori atom Rutherford ini? Ya, model ini tidak mampu menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom tersebut.
4. Teori Atom Bohr
Pada tahun 1913, seorang pakar fisika Denmark, Neils Bohr, telah memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaan spektrum atom hidrogen. Percobaan ini berhasil memberikan suatu gambaran kondisi elektron dalam menempati daerah yang ada di sekitar inti atom.
Penjelasan Bohr mengenai atom hidrogen telah melibatkan gabungan antara teori kuantum Plank dan teori klasik dari Rutherford yang telah diungkapkan dengan menggunakan empat postulat.
a. Hanya terdapat seperangkat orbit tertentu yang dapat diperbolehkan bagi satu elektron berada dalam atom hidrogen. Orbit ini disebut sebagai kondisi gerak stasioner atau menetap elektron dan merupakan suatu lintasan yang melingkar ada di sekeliling inti.
b. Selama elektron itu berada di dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tak ada energi yang ada dalam bentuk radiasi yang akan dipancarkan maupun diserap.
c. Elektron hanya bisa berpindah dari satu lintasan mengarah ke lintasan stasioner yang lainnya. Pada peralihan tersebut, sejumlah energi tentunya akan terlibat.
Adapun besar energinya itu sesuai dengan persamaan planck, ΔE = hv. d. Lintasan stasioner yang diperbolehkan mempunyai besaran dengan adanya sifat-sifat tertentu, terutama untuk sifat yang disebut sebagai momentum sudut. Adapun besarnya momentum sudut merupakan sebuah kelipatan pada h/2π atau nh/2 π, dimana n adalah suatu bilangan bulat dan h merupakan tetapan Planck.
Menurut model atom Bohr, terdapat beberapa elektron yang mengelilingi inti yang ada pada lintasan-lintasan tertentu yang dikenal sebagai tingkat energi atau kulit elektron. Tingkat energi yang paling rendah ialah kulit elektron yang berada paling dalam, di mana makin keluar, akan makin besar nomor kulitnya dan akan makin tinggi tingkat energi yang dibutuhkan. Kelemahan teori atom Bohr yaitu tidak dapat menjelaskan adanya spektrum warna atom dengan banyak elektron.
5. Teori Atom Modern
Teori atom modern lebih dikenal dengan model atom mekanika kuantum. Model atom mekanika kuantum telah dikembangkan oleh ilmuwan yang bernama Erwin Schrodinger pada tahun 1926. Walaupun sebelumnya, ahli yang berasal dari Jerman, yaitu Werner Heisenberg, telah mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal sebagai prinsip ketidakpastian, yakni tidak mungkin dapat ditentukan seperti apa kedudukan dan momentum suatu benda dengan secara saksama pada waktu yang bersamaan.
Hal yang dapat ditentukan ialah kebolehjadian dalam menemukan elektron pada jarak yang tertentu dari inti atom. Model atom ini menggunakan orbital lintasan elektron yang disebut model atom mekanika kuantum atau model atom modern yang masih berlaku hingga saat ini.
Awan elektron yang ada di sekitar inti menunjukkan tempat kebolehjadian pada elektron. Orbital tersebut akan menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan memiliki tingkat energi yang hampir sama akan mulai membentuk subkulit. Terdapat beberapa subkulit yang bergabung dalam membentuk kulit. Dengan demikian, kulit tersebut terdiri atas beberapa subkulit dan pada subkulit tersebut terdiri atas beberapa orbital. Meskipun pada posisi kulitnya sama, posisi orbitalnya belum tentu sama. Ukuran dan bentuk orbital bergantung pada harga ketiga bilangan kuantumnya.
Apa yang dimaksud dengan atom? atom merupakan bagian yang sangat kecil dari suatu unsur yang masih memiliki sifat unsur tersebut. Anda tentu pernah melihat emas, bukan? Nah, logam emas jika dipotong-potong sedemikian rupa, akan diperoleh bagian yang sangat kecil yang tidak dapat dibagi lagi, tetapi masih mempunyai sifat emas. Bagian inilah yang disebut sebagai atom emas. Atom emas ini berbeda sifatnya dengan atom besi. Gambar berikut ini akan membantu Anda memahami, bahwa secara kasat mata, kedua logam tersebut sudah terlihat berbeda. Bagaimana, apakah Anda dapat membedakan keduanya?
Atom-atom yang merupakan bagian dari unsur ini dapat berdiri sendiri ataupun bergabung dengan atom dari unsur sejenis membentuk molekul. Unsur-unsur yang partikel terkecilnya berupa atom ditulis dengan lambang unsurnya, misalnya Au, Ag dan Fe. Unsur-unsur ini meliputi semua unsur logam, misalnya emas, perak, besi, dan sebagian unsur nonlogam, di antaranya karbon, silikon, helium, neon, argon, kripton, xenon, dan radon. Sementara, pada unsur yang membentuk molekul, rumus kimianya ditulis dengan lambang unsurnya disertai jumlah atom yang terdapat pada setiap molekulnya.
Contoh: molekul oksigen (O2), molekul hidrogen (H2), molekul fosfor (P4), dan molekul belerang (S8). Molekul unsur yang terdiri atas dua atom dinamakan molekul diatomik, molekul fosfor yang terdiri atas empat atom disebut molekul tetraatomik, dan belerang terdiri atas delapan aton sehingga disebut molekul oktaatomik. Molekul fosfor dan belerang lebih terkenal sebagai molekul poliatomik karena tiap molekulnya mengandung lebih dari dua atom. Nah, unsur-unsur tersebut, baik yang ada di alam maupun unsur buatan, disusun dan dikelompokkan dalam Tabel Periodik Unsur. Menurut Anda, mengapa unsur-unsur tersebut perlu dikelompokkan? Apa yang mendasari pengelompokan unsur-unsur tersebut dalam Tabel Periodik Unsur? Hal ini akan kita pelajari pada bab ini.
Teori tentang Atom
Teori atom telah dipelajari sejak zaman Yunani Kuno oleh Democritus, tetapi sempat ditenggelamkan oleh Aristoteles. Menurut Aristoteles, atom itu tidak ada. Pendapat Aristoteles ada benarnya karena atom memang tidak tampak secara kasat mata. Padahal, Democritus sekadar mengandalkan akalnya saja dalam menafsirkan atom. Pada tahun 1803, mulailah masyarakat menerima kehadiran atom, yang diprakarsai oleh John Dalton.
- Atom adalah suatu bagian terkecil dari materi yang memang tidak dapat terbagi lagi.
- Atom dapat digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur akan memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang memang berbeda.
- Atom-atom akan bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan sederhana dan bulat, contohnya air terdiri atas satu atom oksigen dan dua atom hidrogen.
- Reaksi kimia merupakan suatu penggabungan atau pemisahan atau penyusunan kembali atom-atom sehingga atom tersebut tak dapat dimusnahkan atau diciptakan.
- Model atom Dalton ini dapat digambarkan sebagai bola pejal
1. Teori Atom Dalton
Teori atom Dalton didasarkan atas dua hukum. Pertama, hukum susunan tetap atau Hukum Proust yang menyatakan bahwa massa total dari zat-zat sebelum adanya reaksi akan selalu bernilai sama dengan massa total dari zat-zat hasil reaksi. Kedau, hukum kekekalan massa atau Hukum Lavoisier, yaitu bahwa perbandingan massa pada setiap unsur yang ada dalam suatu senyawa akan selalu bernilai tetap. Berdasarkan hukum tersebut, Dalton mengemukakan pendapatnya sebagai berikut.
2. Teori Atom J.J. Thomson
Mengacu pada penemuan tabung katoda oleh William Crookers, J.J. Thomson meneliti secara lebih lanjut mengenai sinar katode sehingga dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan suatu partikel karena dapat memutar baling-baling yang diletakkan di tengah katode dan anode. Berdasarkan hasil percobaan tersebut, Thomson akhirnya menyatakan bahwa sinar katode adalah suatu partikel yang menyusun atom atau partikel subatom yang memiliki muatan negatif dan selanjutnya disebut elektron.
Atom merupakan suatu partikel yang memiliki sifat netral. Atom terdiri atas elektron yang bermuatan negatif dan partikel yang bermuatan positif. Penemuan J.J. Thomson ini akhirnya dapat memperbaiki kelemahan pada teori atom Dalton dan mengemukakan teori atomnya yang disebut sebagai teori atom Thomson, yaitu bahwa atom adalah bola pejal yang memiliki muatan positif dan di dalamnya terdapat muatan negatif elektron. Kelemahan teori atom J.J. Thomson ialah tidak mampu menjelaskan adanya susunan muatan positif dan negatif yang terdapat dalam bola atom tersebut.
3. Teori Atom Rutherford
Rutherford bersama dengan dua orang muridnya, Hans Geiger dan Erners Masreden, melakukan suatu percobaan yang dikenal sebagai hamburan sinar alfa terhadap lempeng tipis emas. Sebelumnya, telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu partikel yang memiliki muatan positif dan bergerak lurus serta memiliki daya tembus besar. Percobaan tersebut sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yaitu apakah atom tersebut betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang jika dikenai partikel alfa, akan dipantulkan atau dibelokkan.
Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa jika partikel alfa ditembakkan pada lempeng emas yang tipis, sebagian besar partikel alfa akan diteruskan (terdapat sebuah penyimpangan sudut kurang dari 1 derajat). Dari hasil pengamatan Marsden, diperoleh fakta bahwa satu di antara 20.000 partikel alfa akan membelok 90 derajat bahkan lebih. Berdasarkan gejala-gejala yang telah terjadi, diperoleh kesimpulan bahwa atom bukanlah merupakan bola pejal karena ternyata hampir keseluruhan partikel alfa itu diteruskan. Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisan atom-atom emas, di dalam atom emas, terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.
Berdasarkan fakta-fakta yang telah ditemukan dari percobaan tersebut, Rutherford telah mengusulkan model atom yang disebut model atom Rutherford yang menyatakan bahwa atom itu terdiri atas inti atom yang sangatlah kecil dan memiliki muatan positif dengan dikelilingi elektron yang bermuatan negatif. Rutherford kemudian menduga bahwa yang ada di dalam inti atom itu adalah partikel netral yang bertugas mengikat partikel-partikel positif agar tidak terjadi aksi saling tolak-menolak antarpartikel. Model atom Rutherford dapat digambarkan seperti berikut.
Tahukah Anda apa kelemahan teori atom Rutherford ini? Ya, model ini tidak mampu menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom tersebut.
4. Teori Atom Bohr
Pada tahun 1913, seorang pakar fisika Denmark, Neils Bohr, telah memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui percobaan spektrum atom hidrogen. Percobaan ini berhasil memberikan suatu gambaran kondisi elektron dalam menempati daerah yang ada di sekitar inti atom.
Penjelasan Bohr mengenai atom hidrogen telah melibatkan gabungan antara teori kuantum Plank dan teori klasik dari Rutherford yang telah diungkapkan dengan menggunakan empat postulat.
a. Hanya terdapat seperangkat orbit tertentu yang dapat diperbolehkan bagi satu elektron berada dalam atom hidrogen. Orbit ini disebut sebagai kondisi gerak stasioner atau menetap elektron dan merupakan suatu lintasan yang melingkar ada di sekeliling inti.
b. Selama elektron itu berada di dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tak ada energi yang ada dalam bentuk radiasi yang akan dipancarkan maupun diserap.
c. Elektron hanya bisa berpindah dari satu lintasan mengarah ke lintasan stasioner yang lainnya. Pada peralihan tersebut, sejumlah energi tentunya akan terlibat.
Adapun besar energinya itu sesuai dengan persamaan planck, ΔE = hv. d. Lintasan stasioner yang diperbolehkan mempunyai besaran dengan adanya sifat-sifat tertentu, terutama untuk sifat yang disebut sebagai momentum sudut. Adapun besarnya momentum sudut merupakan sebuah kelipatan pada h/2π atau nh/2 π, dimana n adalah suatu bilangan bulat dan h merupakan tetapan Planck.
Menurut model atom Bohr, terdapat beberapa elektron yang mengelilingi inti yang ada pada lintasan-lintasan tertentu yang dikenal sebagai tingkat energi atau kulit elektron. Tingkat energi yang paling rendah ialah kulit elektron yang berada paling dalam, di mana makin keluar, akan makin besar nomor kulitnya dan akan makin tinggi tingkat energi yang dibutuhkan. Kelemahan teori atom Bohr yaitu tidak dapat menjelaskan adanya spektrum warna atom dengan banyak elektron.
5. Teori Atom Modern
Teori atom modern lebih dikenal dengan model atom mekanika kuantum. Model atom mekanika kuantum telah dikembangkan oleh ilmuwan yang bernama Erwin Schrodinger pada tahun 1926. Walaupun sebelumnya, ahli yang berasal dari Jerman, yaitu Werner Heisenberg, telah mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal sebagai prinsip ketidakpastian, yakni tidak mungkin dapat ditentukan seperti apa kedudukan dan momentum suatu benda dengan secara saksama pada waktu yang bersamaan.
Hal yang dapat ditentukan ialah kebolehjadian dalam menemukan elektron pada jarak yang tertentu dari inti atom. Model atom ini menggunakan orbital lintasan elektron yang disebut model atom mekanika kuantum atau model atom modern yang masih berlaku hingga saat ini.
Awan elektron yang ada di sekitar inti menunjukkan tempat kebolehjadian pada elektron. Orbital tersebut akan menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan memiliki tingkat energi yang hampir sama akan mulai membentuk subkulit. Terdapat beberapa subkulit yang bergabung dalam membentuk kulit. Dengan demikian, kulit tersebut terdiri atas beberapa subkulit dan pada subkulit tersebut terdiri atas beberapa orbital. Meskipun pada posisi kulitnya sama, posisi orbitalnya belum tentu sama. Ukuran dan bentuk orbital bergantung pada harga ketiga bilangan kuantumnya.