16002 kimia teknik modul 09

7/23/2019 16002 Kimia Teknik Modul 09

1/8

MUDUL9

Elektronik Dan Susunan Berkala

Kenyataan yang ditemukan dalam kimia, seperti yang telah dipelajari sebelumnya,

merupakan bagian yang sangat vital dalam ilmu kimia. Kita belum dapat

menayatakan bahwa kita tahu ilmu kimia, jika kita belum mengetahui bagaimana sifat

beberapa zat. Kenyataan ini hanya merupakan bagian dari ilmu kimia. Kita tidak

boleh puas hanya dengan mengetahui bagaimana zat menunjukkan sifatnya, kita

perlu juga mengetahui apa sebabnya. Apa sebabnya ada unsur logam dan ada pula

unsur nonlogam. Mengapa senyawa-senyawa nonlogamberbentuk molekuler dimana

senyawa logam-non logam enderung berbentuk ion. !alam susunan berkala mengapa

banyak tempat-tempat yang kosong" Mengapa tidak ada unsur-unsur yang mengisi

tempat tersebut" #ontoh-ontoh ini merupakan sebagai pertanyaan yang munul

setelah kita pelajari kenyataan yang ada. $ntuk menari jawaban pertanyaan ini

merupakan bagian yang penting dari penelitian kimia dan hal ini merupakan suatu ara

mempersiapkan kita dengan pengertian mendasar mengenai proses dasar yang

mengatur dunia kita ini.

Kita telah mempelajari bahwa suatu atom terdiri darn proton dan neutron dimana intinya

terletak ditengah-tengah atom dan dikelilingi sejumlah elektron agar atom itu netral.

%ambaran struktur atom sudah ukup untuk menerangkan beberapa sifat unsur misalnya

adanya isotoptetapi belum dapat menerangkan sifat-sifat kimia dan fisika atom

tersebut.

&ika atom bereaksi, hanya bagian luamya yang berhubungan. 'minya sangat keil dan

terletak jauh sekali dalam atom, sehingga inti-inti ini tidak pernah berhubungan. (leh

sebab itu persamaan dan perbedaan di antara atom-atom dari bermaam-maam unsur

harus diteliti dengan ara bagaimana elektron ini disusun dibagian luar atom.

)enyusunan elektron ini disebut struktur elektronik atom.

*ab ini dimulai dengan penjelasan dari hasil perobaan yang dapat membantu kitamemeahkan rahasia struktur elektron dan menerima teori yang terbaru. +ujuan kiw

adalah agar kita inampu menjabarkan struktur elektron suatu atom dan menghubungkan

letak atom itu dalam susunanberkala. !ari pengetahuan ini kita dapat mulai mengerti

beberapa keenderungan sifat-sifat kimia dan fisika dari unsur-unsur.


2/8

Radiasi Elektromagnetik dan Spektrum Atom

Kuni yang memungkinkan pengurangan struktur elektron suatu unsur adalah analisa

sinar yang dipanarkan atom ketika atom itu mengeluarkan energi atau sedang

terangsang eited dengan ara dipanaskan dengan api atau dengan ara

melepaskan muatan listriknya. $ntuk itu, sebelum kita ulas selanjutnya, kita harus

memahami lebih dahulu apa yang dimaksud dengan ahaya.

Kita telah mempelajari mengenai materizat yang dapat inempunyai energi dalam dua

ara, sebagai energi kinetika dan sebagai energi potensial. Kita juga telah mempelajari

bahwa energi dalam suatu benda dapat dipindahkan l ditransfer. /alah satu bentuk per-

pindahan energi ini adalah perpindahan panas, yaitu perpindahan energi kinetik yang

disebabkan oleh tubrukan antara atom dan molekul. *entuk lainnya agar energi dapat

berpindah di antara benda adalah bila benda itu dalam bentuk ahaya, jadi benda

dalam bentuk energi.

Maam-maam bentuk ahayasinar 0, ahaya yang dapat dilihat, radiasi infra merah

dan ultraviolet dan gelombang radio dan +1disebut radiasi elektromagnetik. #ahaya

bergerak di angkasa dalam bentuk gelombang dengan keepatan tetap yang disebut

keepatan ahaya 2,33 435ms. %elombang ahaya, seperti umumnya suatu ahaya,

mempunyai beberapa sifat yang spesifik. !i antara sifat yang dimilikinya adalah intensitas

gelombang, yang diukur dari amplitude, yaitu tinggi maksimum gelombang, seperti

terlihat pada gambar di bawah. /ifat lainnya yang dimiliki suatu gelombang adalah 6

panjang gelombang7yaitu jarak antara dua punakpeak suatu gelombang ahaya 6lihat

gambar7. /ifat ketiga yang dimiliki suatu gelombang adalah frekuensi, f, adalah

jumlah punak gelombang yang melalui suatu titik tertentu dalam satu detik. /etiap

gelombang, antara panjang gelombang dan frekuensinya mempunyai hubungan tertentu.

6panjang gelombang7 6frekuensi7 8 keepatan gelombang

/imbol untuk keepatan ahaya adalah . !engan demikian persainaannya menjadi

. f,

8 c

#ahaya memanarkan bermaam-maain panjang gelombang yang menghasilkan

spektrum elektromagnetik. /etiap satuanunit yang menunjukkan panjang gelombang

tergantung dari daerah spektrum dimana radiasi itu terjadi. 9adio #* misalnya,

dipanarkan pada panjang gelombang 44 meter, jadi meter adalah satuan yang ukup

memadai untuk menunjukkan )anjang gelombang. #ahaya hanya dapat dilihat, yang


3/8

merupakan komposisi yang sangat keil dari suatu spektrum elektromagnetik,

dimana mata kita ukup sensitif melihatnya, mempunyai panjang gelombang

beberapa ratus nanometer, jadi ukuran ini ukup memadai untuk mengetahui

panjang gelombang ahaya yang dapat dilihat.

)ada umumnya, frekuensi diperlihatkan dalam bentuk jumah kejadianevenpersatuan

waktu. /ebagai ontoh misalnya, pertemuan keluarga disepakati tiga kali dalam setahun.

&ika kita membiarakan ants listrik bolak-balik, maka kita dapatkan arus bolak-balik

adalah 120 kali per detik. !alam setiap gerakan frekuensi dinyatakan dalarn unit per-

satuan waktu dan unit yang kita hubungkan dengan frekuensi mempunyai dimensi 4waktu

atau 4detik.

Spektrum atom

&ika sinar dari bola lampu listrik setelah melalui kemudian melewati prisma dan akhirnya

ditangkap pada layar terbentuk sinar warna pelangi. )risma memesah sinar putih

dengan ara refraksi menjadi spektrum ahaya dari semua warna. /inar warnapelangi ini disebut sprektrum yang terns menerus karena semua panjang

gelombang yang dapat dilihat berada disini. Meskipun demikian, bila sinar yang

melalui prisma berasal dari gas, misalnya uap hidrogen atau natrium, atau sinar ini

berasal dari senyawa yang menyala, maka spektrum yang terjadi sangat berbeda.

:ang diperoleh bukan sinar warna pelangi melainkan hanya beberapa garis berwarna

yang terlihat. %aris ini adalah halsil ahaya yang melalui elah yang sempit dan karena

bentuk spektrum dan karena bentuk spektrumnya seperti garis, disebut spektrum garis.

Karma sinar yang dihasilkan berasal dari atom yang mengeluarkan energi , maka sinar itujuga disebut spektrum emisi atom atau lebih sederhana spektrum emisi atau spektrum

atom.

!aerah yang gelap dari suatu spektrum emisi ook dengan panjang gelombang dari sinar

yang tidak dipanarkan. %aris dalam spektrum emisi hidrogen mempunyai panjang


4/8

gelombang yang berbeda dari garis yang ada dalam spektrum natrium. +ernyata setiap

unsur mempunyai spektrum emisi yang khasspesifik yang dapat digunakan untuk

mengenalnya. /ebagai ontoh, kita melihat di layar +1 tayangan mengenai kriminal

dimana polisi menggambarkan potongan-potongan dari pakaian tersangka untuk

dianalisis. &ika bagian yang ada dalam gambar itu dalam jumlah tertentu ook

dengan potongan-potongan gambar yang diambil dari mobil yang diduga terlibat dalam

kejahatan, maka jelas terbukti bahwa mobil yang diduga itu benar-benar terlibat dalam

kejahatan. Analisa seperti itu dapat juga dilakukan dengan mudah, bila menggunakan

spektrum atom, karena setiap unsur dalam gambar menghasilkan garis emisi vang

spesifik.

/pektrum atom beberapa unsur dapat juga digunakan pada lampu lalu lintas yang

modern. ;ampe pijar yang digunakan pada zaman dahulu, kawat pijar tungsten

dipanaskan menjadi nyala putih oleh arus listrik dan kebanyakan energi yang

dipanarkan adalah dalam bentuk sinar infra merah. /ayangnya, mata kita tidak sensitif

terhadap radiasi ini, sehingga energi ini terbuang peruma, hanya sebagian keil dari gi

ener listrik ini vang, betel-betel munul sebagai ahaya yang dapat dilihat. ;ampu

lalu lintas yang modern menggunakan lampu yang terbuat dari uap natrium atau air

raksa 6merury7 yang mempunyal intensitas tinggi dimana sinar yang dihasilkan

merupakan spektrum emisi atom dari unsur-unsur tersebut. !alam lampu ini,

kebanyakan energi listrik munul sebagai sinar pada bagian yang dapat dilihat dalam

spektrum7. (leh sebab itu ahaya energi listrik ini jauh lebih efisien. /ebagai ontoh

natrium memanarkan sinar pada gelombang


5/8

hal yang jelas unsur yang menghasilkan spektrum yang kompleks dan unsur yang

paling ringan, hidrogen menghasilkan spektrum yang paling sederhana dengan

garis-garis yang paling sedikit.

)erkembangan pengertian tentang spektrum atom dimulai dengan ara

melakukan uji-oba yang kemudian menghasilkan suatu persamaan yang dapat

digunakan untuk menghitung panjang gelombang dari semua garis-garis

spektrum hidrogen. )ersamaan ini disebut persamaan 9ydberg

48 43=,>?5 m-46 4n4@ 4n@

@7

)erhatikan, betapa sederhananya persamaan ini. )ada bagian kanan h anva satu

konstanta, 43=.>?5 m-4dan dua variabel n4dan n@. 1ariabel n4dan n@ menunjukkan

bilangan bulat dan dapat bernilai 4. @. 2, ..., -, dengan syarat n, harus selalu lebih

besar dari B,. &adi. - jika kita mentukan n 8 4 maka n@ dapat bernilai @,2, dan

seterusnya. !engan demikian, setiap kita memilih pasangan bilangan untuk itu, kita

selalu menjumpai panjang gelombang yang menunjukkan garis yang ada dalam spektrum

hidrogen. #ontoh-ontoh berikut memperlihatkan betapa mudahnya menggunakan

persamaan ini.

Kita perhatikan bahwa panjang gelombang ini terletak pada garis hijau dalam

spektrum hidrogen yang dapat dilihat 6visible7.

Kemudahan persamaan 9ydberg ini sangat mengagumkan sekali. *etapa

mudahnya menghitung panjang gelombang suatu garis spektrum dengan hanya

menentukan dua bilangan bulat, tanpa memperhatikan pasangan bilangan bulat yang

mana yang kita pilih. Kita selalu memperoleh panjang gelombang hanya sam dari garis-

garis spektrum. /uatu hal menakjubkan bahwa ilmuwan menilai persamaan 9ydberg

ini merupakan petunjuk yang mendasar untuk mengetahui struktur bagian dalam suatu

atom.

Energi gelom!ang "aaya

!engan ara menganalisa ahaya berdasarkan pemanasan objek, ahli fisika &erman

Ma )lank menyimpulkan pada tahun 4=33, bahwa ahaya kadang-kadang dianggap

terdiri dari partikel-partikel halus atau kuanta dari energi 6yang kemudian disebut

foton#. )lank juga menemukan bahwa energi foton berbanding lurus dengan frekuensi

ahaya


6/8

Efolon ~ in,

dimana h adalah konstanta yang sebanding yang dikenal sebagai konstanta )lank.

C44al konstanta tersebut adalah >,>2 43-4D &.s 6unit t ini merupakan hasil energi waktu7.

Eenomena lainnya yang dijumpai adalah sifat-sifat partikel ahaya mempunyai efek

fotoelektrik, dimana ahaya mampu mengeluarkan elektron dari permukaan

beberapa logam 6yang paling terlihat adalah logam alkali7. Flektron yang dilepaskan

ini dapat terdeteksi seara elekrronik 6elektronially7, dan efek fotoelektriknya seara

rutin telah digunakan dalam alai-alas pembuka pintu dan sistim alarm untuk mendeteksi

setiap gangguan yang mungkin terjadi dalam suatu berkas ahaya.

!alam mempelajari efek fotoelektrik ini, ilmuwan menemukan adanya beberapa

hambatan yang menarik pada sifat-sifat ahaya yang menyebabkan terjadinya

fenomena itu. &ika ahaya yang mempunyai frekuensi rendah 6panjang

gelombangnya panjang7 tidak ada elektron yang dikeluarkan, meskipun ahayanya

sangat kuat. &ika frekuensi ahaya yang menyinari permukaan dinaikkan bertahap,

maka elektron mulai lepas bila terjadi sejumlah frekuensi minimum. Kemudian setelah

frekuensi ahaya bertambah banyak lagi, maka energ i kinetika dari elektron yang

terlepas juga menaik.

Albert Finstein menerangkan mengenai gejala ini dalam tahun 4=3< yang

menganggap bahwa ahaya terdiri dari partikel-partikel foton yang energinya sebanding

dengan frekuensi ahaya. &ika frekuensinya ren dah, setiap foton mempunyai jumlah

energi yang sangat sedikit dan tidak mampu memukul elektron agar dapat keluar dari

permukaan logam. &ika frekuensi 6dan energi.7 bertambah, dengan demikian foton

memperoleh energi yang ukup untuk melepas elektron dan jika frekuensi 6dan

energi7 bertambah naik, energi ekstra, energi minimum yang dibutuhkan untuk

melepas elektron munul sebagai energi kinetik elektron itu.

Tingkat energi dalam atom

Adanya hubungan antara frekuensi dengan energi ahaya memungkinkan kitamengetahui struktur bagian dalam atom. &ika suatu atom memanarkan foton dengan

sejumlah energi, maka atom itu kehilangan sejumlah energi An. !engan perkataan lain,

foton yang dipanarkan oleh atom suatu unsur menunjukkan ukkan kepada kita perubahan

energi apa yang terjadi dalam atom tersebut. /ekarang dalam spektrum atomnya kita

lihat ahaya hanya dari sejumlah frekuensi yang berlainan yang dipanarkan. Gal ini


7/8

menunjukkan kepada kita dapat terjadinya perubahan energi, tetapi untuk frekuensi

lainnya 6bagian frekuensi yang tidak merupakan bagian spektrum7 tidak mungkin

diketahui.

*agaimana halnya untuk atom yang diketahui, apakah kita selalu menjumpai

perubahari energi yang sama seperti itu dalam spektrum atom yang sama" !an apa

sebabnya energi ini berubah perbedaannya untuk atom yang berbeda" &awaban

pendahuluan untuk pertanyaan ini munul dalam bentuk hipotesa. !ianggap dalam suatu

atom, elektron tidak dibiarkan mempunyai sejumlah energi yang sembaranganaak, tetapi

mempunyai sejumlah energi terbatas yang spesifik. !itetapkan misalnya elektron dalam

suatu atom mempunyai tingkat energi 6energi level7 yang terbatas. &ika hal ini benar,

bila suatu elektron kehilangan energi, energi akan dapat jatuh dari satu tingkat

energi ke tingkat energi yang lebih rendah, tetapi hal ini tidak dapat terjadi pada

beberapa energi antara 6intermediate7. (leh sebab itu jika suatu elektron berada di antara

kedua tingkat energi ini, maka perubahan energi selalu dalam jumlah yang sama dan

selalu memanarkan foton dengan frekuensi yang sama. (leh sebab itu, untuk setiap

atom yang diketahui 6given atom7, mempunyai banyak tingkat energi dan mempunyai

bermaammaam kemungkinan perubahan energi, tetapi perubahan energi terse-but

selalu dalam bentuk yang sama lan foton yang dipanarkannya selalu sebanding

jumlah frekuensinya. &adi, spektrum emisi selalu sama untuk setiap unsur, dan berbeda

untuk unsur yang berbeda pula, karena elektron setiap unsur mempunyai karakter

tingkat energinya masingmasing

Teori Bor untuk idrogen

Ciels *ohr, All fisika bangsa !enmark adalah ahli yang pertama kali mengembangkan

teori struktur atom yang mempunyai gagasan menggunakan tingkat energi elektron

untuk menerangkan spektrum atom. !ia memilih hidrogen sebagai model untuk teorinya,

hal ini mudah dimengerti karena hidrogen mempunyai atom yang paling sederhana

6satu proton dan satu elektron7 dan hal ini menghasilkan spektrum atom yang paling

sederhana.

+eori *ohr mengemukakan model sistem solar 6solar system7 untuk atom

hidrogen, dimana elektron dapat mengembara mengelil ingi 'ntl dalam orbit dalam

bentuk ukuran lan energi yang tetap 6lihat %ambar ?.>7. Karma elektron dan proton *aling

tarik menarik, maka bertambah besar orbitnya, bertambah besar pula energi elektronnya.

!ari model atom ini, *ohr menemukan persamaan untuk energi elektron sebagai berikutH


8/8

imana A adalah suatu konstanta yang dapat dievaluasi dari konstanta )lank dan massy

*erta nitiataii elektron. *ilangan A adalah @,45 43 &. &umlah n adalah bilangan bulat

yang menunjukkan orbit elektronH bilangannya dapat berbentuk 4, @, 2, ..., oo yang

disebut$umla kuantum sebab nilainya menunjukkan jumlah energi yang dimiliki

elektron dalam orbit tertentu.

+andy negatif pada persamaan ini, disebabkan oleh orbit dari energi paling rendah

mempunyai n = 4 lan energi paling tinggi mempunyai n = oo . $kuran orbit juga

membesar dengan naiknya nilai n.

/pektrum atom hidrogen diuraikan oleh *ohr sebagai berikut. *iasanya, elektron

dalam atom hidrogen berada pada orbit energi paling rendah 6tingkat energinya

paling rendah7 dengan n = 4. &ika atom terangsang, elektron bergerak ke orbit dengan

energi yang lebih tinggi, misalnya dberg

RE%ERE&S' (

). *emistry, Rea"tions, Stru"ture, and +roperties., *lyde R.Dilliard Da-id

E.old!erg

/. 0imia Uni-ersitas, Asas Struktur,. 1ames E. Brady

16002 kimia teknik modul 09

Documents