KIMIA DASAR

Dosen : Nur Umriani P.U., S.Si, M.Si

1. STRUKTUR ATOM2. SISTIM PERIODIK3. IKATAN KIMIA4. STOKHIOMETRI5. LARUTAN6. KESETIMBANGAN KIMIA7. KESETIMBANGAN ASAM BASA

8. UJIAN TENGAH SEMESTER

9. TERMODINAMIKA10. KINETIKA KIMIA11. ELEKTROKIMIA12. SENYAWA HIDROKARBON13. GUGUS FUNGSIONAL SENYAWA ORGANIK14. ASAM BASA ORGANIK DAN TURUNANNYA15. DASAR-DASAR BIOMOLEKULER

16. UJIAN AKHIR SEMESTER

MATERI KULIAH KIMIA DASAR

SRUKTUR ATOM DAN KONFIGURASI ELEKTRON

Perkembangan teori atom

Democritus (filsafat Yunani) ; semua materi tersusun atas partikel-partikel yang sangat kecil dan tidak dapat dibagi-bagi yang disebu atomos (tak dapa dibagi).

John Dalton (ilmuan Inggris) mengformulasikan definisi atom sebagai :1. Tiap unsur kimia tersusun oleh partikel-partikel kecil yang tidak bisa dihancurkan atau dibagi, yang disebut atom. semua atom-atom suatu unsur mempunyai ukuran, massa dan sifa kimia yang sama. Atom-atom

dari suatu unsur berbeda dari atom atom unsur yang lain.2. Senyawa tersusun atas atom-atom dari dua atau lebih unsur. Dalam senyawa, rasio jumlah atom dari kedua unsur yang ada merupakan bilangan yang bulat dan mudah.3. Reaksi kimia hanya melibatkan pemisahan, kombinasi atau pengaturan

kembali atom-atom. Zat tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan dalam reaksi kimia.

STRUKTUR ATOM

Partikel Dasar Penyusun Atom.

Elektron Michael Faraday 1932; mengatakan bahwa materi dan listrik adalah ekivalen,

dalam penelitiannya ia dapat meramalkan massa atom relatif.NaCl Na(s) + Cl(g)

25 g 35 g 35,5

KCl K(s) + Cl(g)

25 g 20 g 35,5

W. Crookers 1875; meneliti sifat sinar yang dipancarkan di dalam tabung sinar katoda yang bergerak dari kutubnegatif (katoda) ke kutub positif (anoda), yaitu: 1. bergerak lurus,2. dapat memutar baling-baling, berarti sinar ini mempunyai energi dan bersifat

sebagai materi3. dibelokkan oleh medan listrik dan magnet, berarti sinar ini bermuatan negatif4. tidak bergantung pada bahan yang digunakan untuk membuat katoda,

berarti sinar ini adalah parikel dasar yang ditemukan pada setiap materi.

J.J. Thomson pada awal abat ke-19, dengan spektroskopi massa, berhasil menentukan perbandingan antara muatan dan massa elektron, yaitu; e/m= 1,76 x 108 C g-1

Robert A. Milikan 1906, dengan percobaan tetes minyak, berhasil menentukan muatan elektron (e)= 1,062 x10-19 C

Berdasarkan hasil percobaan J.J. Thomson (muatan/massa elektron, e/m) dan hasil percobaan Milikan (muatan elektron) maka massa elektron adalah :

gxgCx

Cx

me

em 28

8

19

1011,9/1076,1

106,1

/

Proton Golstein 1886, mengamati sinar yang berada di sisi belakang katoda pada

tabung sinar katode dan menyimpulkan bahwa sifa sinar tersebut adalah :1. tidak dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet, berari sinar ini

adalah sinar positif.2. jika tabung diisi gas lain menghasilkan sinar positif yang berbeda, berari

sinar positif tergantung jenis gas dalam tabung.3. nilai e/m sinar ini berbeda-beda antara satu dengan yang lain, berari sinar

posiif mempunyai massa dan muatan tertentu, serta massanya jauh lebih besar dari massa elektron.

4. sinar posiif yang paling ringan berasal dari gas hidrogen dan bermuatan sama dengan elektron tetatapi tandanya berlawanan, yang

massanya 1,6726 x 10-24 g (1,836 x massa elektron).

Neutron Rudherford 1920, meramalkan bahwa kemungkinan besar di dalam inti

terdapa partikel dasar yang tidak bermuatan. J.J. Chandwick 1932, menemukan netron berdasarkan reaksi inti,

dari data spekroskopi massa, isotop hidrogen yang lazimnya mempunyai massa=1,0078 sma (hasil penjumlahan, e + p), akan tetapi isotop nirogen ada yang bermassa 14 sma dan 15 sma. Ini berari ada tambahan massa dari partikel netral yang mana oleh J.J. Chandwick diberi nama neutron. partikel ini bermassa 1,6750 x 10-24

n NB He 10

147

112

42

Model Atom

A. Thomson 1904, menyatakan bahwa atom merupakan sebuah bola kecil bermuatan positif dan dipermukaanya tersebar elektron yang bermuatan negatif (seperti roti kismis)

B. Rudherford menyatakan bahwa, atom terdiri dari inti yang bermuatan positif yang merupakan terpusanya massa. Disekitar inti terdapat elekron yang bergerak mengelilinginya dalam ruang hampa.

kesimpulan tersebut berdasarkan hasil penelitian penghamburan sinar alfa pada logam emas yang sangat tipis, dimana ;

1. sebagian besar sinar dieruskan

2. sebagian kecil dibelokkan

3. hanya 1 dari 20 ribu sinar yang dipantulkan

- Bagaimana elektron dapat berputar mengelilingi inti terus menerus tanpa kehilangan energi?

- Pertanyaan itu dijawab sendiri oleh Rutherford; Rutherford menganggap bahwa elektron bergerak disekitar inti pada jarak tertentu, sehingga gaya sentripetal akan mengimbangi gaya tarik kelistrikan.

- Anggapan ini menimbulkan kesulitan baru sebab menurut teori mekanika klasik, partikel bermuatan apabila bergerak dan mengalami percepatan itu akan memancarkan sinar spektrum berkesinambungan sehingga akan kehilangan energi dan jatuh ke dalam inti. ini bertentangan dengan kenyataan bahwa inti atom cukup stabil.

C. Bohr 1913, bedasarkan model atom Rudherford dan teori kuantum planck yang didasrkan pada anggapan :1. elektron mengelilingi inti dalam lintasan atau orbit yang berbentuk

lingkaran, gaya sentrifugal = gaya tarik inti.mv2/r = e2/r2

2. lintasan yang diperlukan adalah lintasan dimana momenum sudu elekron merupakan kelipatan dari h/2 “lintasan kuantum” (h = tetapan Planck, 6,626 x 10-34 js)3. momentum sudut elektron yang bergerak dengan kecepatan v adalah :

4. bila elektrom bergerak dalam satu lintasan kuantum, maka elektron tidak memancarkan energi (e- dalam keadaan stasioner).

E = -1/2mv2

5. bila elektron pidah dari tingka energi rendah ke tinggi akan terjadi radiasi dan bila sebaliknya akan menyerap energi.

hν = E1 – E2

- Dari persamaan (3) diperoleh kecepaan elekron :

- jika hukum-hukum klasik dipadukan, maka jari-jari lintasan yang diperbolehkan adalah :

- Berdasarkan penalaran tersebut, maka Bohr merumuskan teori (model) atomnya sebagai berikut :

1. atom terdiri atas inti bermuatan positif.

2. elektron bergerak mengelilingi inti dalam lintasan tertentu.

3. elektron dalam lintasannya tidak menyerap atau memancarkan energi, karena tiap lintasan mempunyai tingkat energi tertentu.

4. jika elektron pindah lintasan, maka terjadi perubahan energi sebesar

E = E2 – E1, dimana E1 dan E2 adalah energi pada tingkat rendah dan tinggi.

n = 3

n = 2

n = 1

nukleus energidilepas

energidiserap

Spektrum atom Hidrogen

- Atom hidrogen hanya memiliki sau elektron sehingga spektrumnya paling sederhana dibandingkan spektrum unsur yang lain. di daerah sinar tampak terdapa empa garis, dengan masing-masing 410, 432, 486 dan 656 nm. Selain itu terdapat garis pada daerah UV dan IR, garis yang berdekatan disebut deret, yaitu Lyman, Balmer, Paschen, Brackett pfund.

- Balmer meneliti nilai spektrum hidrogen di daerah sinar tampak dan dilanjutkan oleh Rydberg kepada deret lainnya. Akhirnya ia menemukan hubungan antara garis spektrum dengan bilangan bula sederhana.

R = konstanta Rydberg (109,678 cm-1)

n = bilangan bulat yang tergantung pada deretnya.

Deret n1 n2 Daerah

Lyman 1 2, 3, 4..... Ultraviolet

Balmer 2 3, 4, 5..... Tampak

Paschen 3 4, 5, 6..... Inframerah

Brackett 4 5, 6, 7..... Inframerah

pfund 5 6, 7, 8..... Inframerah

2

22

1 n

1

n

1R

1

Teori Kuatum

- Kelemahan teori Bohr adalah tidak menjelaskan mengapa elektron bertahan pada orbit tertentu saja. Bohr berasumsi bahwa momentum angular elektron adalah terkuantisasi, yakni terbatas pada harga tertentu, akan tetapi dia tidak menjelaskan mengapa sampai demikian.

- Louis de Broglie 1942, mengusulkan untuk menjelaskan sifat terkuantisasi elektron dalam atom sebagai gelombang seperti gelombang cahaya.

- Planck 1900, mengemukakan teori kuantum berdasarkan radiasi benda hitam pada suhu tinggi, dimana radiasi tidak dipancarkan atau diserap secara kontinyu tetapi dalam paket energi yang disebut “kuantum”.

energi sistem ini disebut “terkuanisasi”, jadi energi tidak dapat berubah secara kontinyu, melainkan hanya dapat bertambah atau berkurang dengan 1, 2, 3,..... n kuanta.

E = hν h; kostanta planck 6,626 x 10-3 js

22

hnmvrr

mv

hn

mv

h

D. Model atom mekanika gelombang

Teori mekanika gelombang dirumuskan oleh Wegner Heisenberg dan Schrodinger hampir bersamaan waktunya meskipun di tempat yang berbeda. teori ini dapat menjelaskan materi baik dalam sekala makro maupun mikro, yang menyangkut elektron, atom dan molekul.

- Prinsip keidakpastian Heisenberg.

Akibat dualisme sifat elektron sebagai patikel dan gelombang, Wegner Heisenberg (1925) megemukakan bahwa tidak mungkin untuk dapat mengetahui kedudukan suatu partikel seperti elektron dengan tepat. bila pengukuran momentum atau kecepatan dapat dilakukan dengan tepat, maka kedudukanya tidak akan diketahui dengan tepat dan sebaliknya. batas terendah ketidakpasian tersebut adalah:

distribusi elektron

Bilangan kuantumScrodinger mengemukakan persamaan gelombang elektron dalam atom

yang dikaitkan dengan bilangan kuantum yang berhubungan dengan kuantisasi momentum sudut yaitu; (i) dalam orbital, (ii) sepanjang arah radial dalam inti, (iii) dalam medan magnet dan (iv) sepanjang sumbu, yaitu :1. Bilangan kuantum utama (n) ; menentukan tingkat energi yang mempunyai harga positif dan bulat (n=1, 2, 3, ......). Billangan kuantum ini

menyatakan tingkat energi dalam kulit/orbital atom.2. Bilangan kuantum Azimut ( l ) ; menentukan besarnya momentum sudut

elektron yang terkuanisasi. Bilangan kuantum ini juga disebut bilangan kuantum orbital, karena bilangan ini membentuk ruang dari orbital.Harga bilangan ini adalah 0, 1, 2, 3, ..... (n-1), dimana setiap l dinyatakan dengan huruf; l = 0; orbital s

l = 1; orbital p l = 2; orbital d l = 3; orbital f

3. Bilangan kuantum Magnetik (ml); menentukan orientasi dari orbital dalam ruang (ml= 0, 1, 2, 3, .....). Untuk harga l pada sejumlah (2l + 1), harga ml = -l dan +l

4. Bilangan kuantum Spin (s) ; menyatakan arah perputaran elektron, yaitu searah jarum atau berlawanan arah, yang nilainya -1/2 dan +1/2.

Benuk orbital

tiap orbital dicirikan oleh 3 bilangan kuantum n, l dan mi yang mempunyai ukuran, bentuk dan orientasi tertentu dalam ruang. Kumpulan orbital-orbital dengan bilangan kuantum yang sama disebut “kulit”, dimana jumlah orbital dalam kulit = n2.

- orbital s hanya satu macam.

- orbital p, 3 macam; px, py dan pz

- orbital d, 5 macam; dxy, dxz, dx2-y

2, dz

- orbital f, 7 macam; fx3, fy

3, fxyz, f(x2-y

2), f(z

2-y

2)x, f(z

2-y

2)y

kulit s kulit p

kulit d

n kulit jumlah orbital1 K 12 L 43 M 94 N 16

Konfigurasi Elektron Dalam Atom

Perinsip Aufbau; elektron dalam setiap atom sedapat mungkin memiliki energi terendah (berada dalam orbital atom dengan energi terendah). Oleh karena itu pengisian elektron dimulai dari obital dengan tingkat energi terendah.

Aturan (n + l),aturan tingkat energi dalam pengisian elektron adalah sebagai berikut:

1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6sjika (n + l) harganya sama, maka orbital yang mempunyai energi terbesar adalah obital dengan bilangan kuantum utama terbesar.

Asas larangan Pauli,dalam suatu sistem, baik atom maupun molekul, tidak terdapat elektron yang mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama. Hal ini berarti bahwa tiap orbital hanya dapat ditempati oleh maksimal dua elektron.

Aturan Hund,Aturan ini disusun berdasarkan data spektroskopi, beberapa hal yang perlu diperhatikan adalah :(i) pada pengisian elektron ke dalam orbital-orbital yang sama, sebanyak

mungkin elektron berada dalam keadaan berpasangan.(ii) jika dua elektron terdapat dalam dua orbital yang berbeda, maka energi

terendah dicapai jika spinnya sejajar.

7 s p

6 s p d

5 s p d f

4 s p d f

3 s p d

2 s p

1 s

4. Orbital penuh dan setengah penuh, Konfigurasi elektron suatu unsur harus mengambarkan sifat unsur tersebut. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa orbital yang terisi penuh dan orbital setengah penuh merupakan struktur yang relatif lebih setabil.

24Cr : [Ar] 3d5 4s1 bukan : [Ar] 3d4 4s2

29Cu : [Ar] 3d10 4s1 bukan : [Ar] 3d9 4s2