1. 1. BAB 1STRUKTUR ATOM, SISTEMPERIODIK, DAN IKATAN KIMIAStandar Kompetensi: Memahami struktur atom untuk meramalkan sifat-sifat periodik unsur,struktur molekul, dan sifat-sifat senyawa.Kompetensi Dasar: Menjelaskan teori atom Bohr dan mekanika kuantum untuk menuliskan konfigurasielektron dan diagram orbital serta menentukan letak unsur dalam tabel periodik. Menjelaskan teori jumlah pasangan elektron di sekitar inti atom dan teori hibridisasiuntuk meramalkan bentuk molekul. Menjelaskan interaksi antarmolekul (gaya antarmolekul) dengan sifatnya.
2. 2. I. TEORI ATOM BOHR DAN MEKANIKAKUANTUM
3. 3. A. Teori Kuantum Max PlanckPada tahun 1990, Max Planck mengajukkan gagasan bahwa radiasielektromagnet bersifat diskret. Artinya, suatu benda hanya dapatmemancarkan atau menyerap radiasi elektromagnet dalam ukuran ataupaket-paket kecil dengan nilai tertentu. Paket energi itu disebut kuantum(kuanta untuk bentuk jamaknya). Besarnya energi dalam suatu paket (satukuantum atau satu foton)dengan, E = energi radiasih = tetapan Planck = 6,63 10-34 J s
4. 4. B. Model Atom Niels BohrMenurut Bohr, spektrum garis menunjukkan bahwa elektron dalam atom hanyadapat beredar pada lintasan-lintasan dengan tingkat energi tertentu. Lintasaneletron tersebut berupa lingkaran dengan jari-jari tertentu yang disebut sebagaikulit atom. Setiap kulit ditandai dengan suatu bilangan yang disebut bilangankuantum (n).Bilangan kuantum (n) 1 2 3 4 dan seterusnyaLambang kulit K L M N dan seterusnyaBohr berhasil merumuskan jari-jari lintasan dan energi elektron pada atomhidrogen sebagai berikut.r = n2 an 0dengan n = 1, 2, 3, . . .a = 0,53 (53 pm)Energi elektron pada lintasan ke- n adalah:E = -nHRHn2R = tetapan (2,179 10-18 J)
5. 5. C. Hipotesis Louis de BroglieLouis de Broglie, seorang ahli fisika dari Perancis, mengemukkangagasannya tentang gelombang materi. Kalau cahaya memliki sifat partikel,maka partikel juga memilki sifat gelombang. Menurut dr Broglie, gerakanpartikel mempunyai ciri-ciri gelombang. Sifat gelombang dari partikel tersebutdinyatakan dalam persamaan:
6. 6. D. Azas Ketidakpastian WernerHeisenbergMenurut Heisenberg, tidak mungkin menentukan posisi danmomentum elektron secara bersamaan dengan ketelitian tinggi.Heisenberg merumuskan hubungan ketidakpastian momentumsebagai berikut.
7. 7. E. Model Atom Mekanika KuantumPada tahun 1926, Shrdinger mengajukkan suatu persamaan, kini disebutpersamaan gelombang Shrdinger, untuk mendeskripsikan keberadaanelektron dalam atom.Dalam teori atom mekanika kuantum, posisi elektron tidak dipastikan. Halyang dapat dikatakan tentang posisi elektron adalah peluang menemukanelektron pada setiap titik dalam ruang di sekitar inti.Istilah lain untuk menyatakan peluang menemukan elektron adalahdensitas elektron.
8. 8. F. Bilangan-Bilangan Kuantum1. Bilangan Kuantum Utama (n).Bilangan kuantum utama menentukan tingkat energi orbital atau kulitatom. Bilangan kuantum utama dapat mempunyai nilai semua bilanganbulat positif, yaitu 1, 2, 3, 4, dan seterusnya.2. Bilangan Kuantum Azimut (l).Bilangan kuantum azimut menyatakan subkulit. Bilangan kuantumazimut dapat mempunyai nilai semua bilangan bulat mulai dari 0 sampaidengan (n - 1) untuk setiap nilai n.Nilai l = 0 sampai dengan (n - 1)3. Bilangan Kuantum Magnetik (m).Bilangan kuantum magnetik menyatakan orientasi orbital dalamruang. Bilangan kuantum magnetik dapat mempunyai nilai semua bilanganbulat mulai dari -l sampai dengan +l, termasuk nil (0).Nilai m = - l, 0, hingga +l
9. 9. 1. Orbital sG. Bentuk dan Orientasi Orbital
10. 10. 2. Orbital p
11. 11. 3. Orbital d
12. 12. H. Atom dengan Banyak ElektronUrutan-urutan tingkat energiUrutan-urutan tingkat energi subkulit, 1s-2s-2-3s-4s 3d-4p-5s dan seterusnyasesuai dengan arah garis berpanah
13. 13. I. Bilangan Kuantum Spin danAzas Larangan PauliAzaz Larangan Pauli:Dalam sebuah atom, tidak boleh ada dua elektron yang mempunyaikeempat bilangan kuantum (n, l , m, dan s) yang sama.
14. 14. J. Konfigurasi Elekron dan Elektron ValensiAzas AufbauAzas aufbau menyatakan bahwa pengisian orbital dimulai dari tingkat energiyang lebih rendah kemudian ke tingkat energi yang lebih tinggi.Azas HundMenurut Hund, pada mengisian orbital-orbital dengan tingkat energi yangsama, yaitu orbital-orbital dalam satu subkulit, mula-mula elektron akanmenempati orbital secara sendiri-sendiri dengan spin yang pararel, barukemudian berpasangan.Menyingkat Penulisan Konfigurasi Elektron dengan MenggunakanKonfigurasi Elektron Gas MuliaNa (Z = 11) : 1s2 2s2 2p6 3s1Sc (Z = 21) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2Na (Z = 11) : [Ne] 3s1Sc (Z = 21) : [Ar] 3d1 4s2
15. 15. Elekron ValensiElektron valensi adalah elektron yang dapat digunakan untuk pembentukanikatan kimia. Kulit valensi Golongan utama:ns dan ps Golongan transisi(n - 1)d dan nsContohKulit valensi dan jumlah elektron valensi unsur-unsur Cl (Z = 17)Cl (Z = 17)Konfigurasi elektron Cl (Z = 17): 1s2 2s2 2p6 3s 2 3p5 atau [Ne] 3s2 3p5Kulit valensi: 3s dan 3pJumlah elektron valensi: 2 + 5 = 7
16. 16. II. SISTEM PERIODIK
17. 17. A.Sistem Periodik dan KonfigurasiElektronGolonganUtamaElektronValensiGolonganTambahanElektronValensilAllAlllAlVAVAVlAVllAVllAns1ns2ns2 np1ns2 np1ns2 np3ns2 np4ns2 np5ns2 np6lllBlVBVBVlBVllBVlllBlBllB(n - 1) d1ns2(n - 1) d2ns2(n - 1) d3ns2(n - 1) d5ns1(n - 1) d5ns2(n - 1) d6, 7,8ns2(n - 1) d10ns1(n - 1) d10 ns2Oleh karena elektron valensi khas bagi setiap unsur, maka kitadapat menentukan letak unsur dalam sistem periodik berdasarkanelektron valensinya, atau sebaliknya.
18. 18. B. Blok s, p, d, dan fHubungan sistem periodik dengan konfigurasi elektron diringkaskanpada gambar
19. 19. III. IKATAN KIMIA
20. 20. A. Geometri Molekul1. Teori Domain ElektronTeori domain elektron adalah suatu cara meramalkan geometri molekulberdasarkan tolak-menolak elektron-elektron pada kulit luar atom pusat.Domain elektron berarti kedudukan elektron atau daerah keberadaan elektron.Jumlah domain elektron ditentukan sebagai berikut.1. Setiap elektron ikatan (apakah ikatan tunggal, rangkap, atau rangkap tiga)merupakan satu domain.2. Setiap pasangan elektron bebas merupakan satu domain.
21. 21. Prinsip-prinsip dasar teori domain elektron adalah1. Antardomain elektron pada kulit luar atom pusatsaling tolak-menolak, sehingga domain elektronakan mengatur diri (mengambil formasi)sedemikian rupa sehingga tolak menolak diantaranya menjadi minimum.2. Pasangan elektron bebas mempunyai gaya tolakyang sedikit lebih kuat daripada pasanganelektron ikatan.3. Bentuk molekul hanya ditentukan oleh pasanganelektron terikat.
22. 22. 2. Merumuskan Tipe MolekulTipe molekul ditentukan dengan cara sebagi berikut atom pusat dinyatakan dengan lambang A, setiap domain elektron ikatan dinyatakan dengan X, dan setiap domain elektron bebas dinyatakan dengan E.
23. 23. Tipe molekul dapat ditentukan dengan langkah-langkahsebagai berikut.1. Senyawa Biner Berikatan Tunggaldengan,EV = jumlah elektron valensi atom pusatX = jumlah domain elektron ikatan (jumlah atomyang terikat pada atom pusat)E = jumlah domain elektron bebas2. Senyawa Biner Berikatan Rangkap atau Ikatan KovalenKoordinatE =(EV - X)2E =(EV - X)2
24. 24. 3. Menentukan Geometri MolekulGeometri molekul dapat ditentukan mengikuti langkah-langkah berikut ini.1. Menentukan tipe molekul.2. Menentukan geometri domain-domain elektron di sekitar atom pusatyang memberi tolak minimum.3. Menetapkan domain elektron terikat dengan menuliskan lambang atomyang bersangkutan.4. Menentukan geometri molekul setelah mempertimbangkan pengaruhpasangan elektron bebas.ContohMolekul IF3AX E3 2 I FI FFFIFFLangkah 1 Langkah 2 Langkah 3 Langkah 4Planar bentuk T
25. 25. B. Molekul Polar dan NonpolarMolekul dikatakan bersifat nonpolar jika distribusi rapatan dalam molekulterbesar secara merata. Molekul dikatakan bersifat polar jika distribusi rapatanelektron tidak merata.Suatu molekul akan bersifat polar jika memenuhi dua syarat berikut.a. Ikatan dalam molekul bersifat polar. Secara umum, ikatan antaratom yangberbeda dapat dianggap polar.b. Bentuk molekul tidak simetris, sehingga pusat muatan positif tidak berhimpitdengan pusat muatan negatif.
26. 26. C. HibridisasiOrbital Asal Orbital Hibrida Bentuk Orbital Hibrida Gambars, p sp linears, p, p sp2 segitiga sama sisis, p, p, p sp3 tetrahedrons, p, p, p, d sp3d bipiramida trigonals, p, p, p, d,sp3d2 oktahedron
27. 27. D. Gaya Tarik Antarmolekul1. Gaya tarik-menarik Dipol Sesaat-Dipol Terimbas(Gaya London = Gaya Depresi )Gaya depresi adalah gaya tarik-menarik antara molekul-molekul dalam zatyang nonpolar.2. Gaya Tarik Dipol-dipolGaya dipol-dipol adalah gaya antarmolekul dalam zat yang polar. Gaya tarikdipol-dipol lebih kuat dibandingkan gaya depresi (gaya London), sehingga zatpolar cenderung mempunyai titik cair dan titik didih lebih tinggi dibandingkanzat nonpolar yang massa molekulnya kira-kira sama.3. Gaya Tarik Dipol-dipol TerimbasGaya antarmolekul seperti ini terjadi antara molekul polar dengan molekulnonpolar.
28. 28. E. Ikatan HidrogenIkatan hidrogen adalah gaya tarik-menarik antara atom hidrogen yang terkaitpada suatu atom berkeelektronegatifan besar dari molekul lain di sekitarnya.Ikatan hidrogen jauh lebih kuat daripada gaya-gaya van der Waals.
29. 29. F. Gaya-gaya van der waalsGaya antarmolekul secara kolektif disebut juga gaya van der Waals. Namundemikian, ada kebiasaan untuk melakukan pembedaan yang tujuannya untukmemperjelas gaya antarmolekul dalam suatu zat sebagai berikut. Istilah gaya London atau gaya dispersi digunakan, jika gayaantarmolekulitulah satu-satunya, yaitu untuk zat-zat yang nonpolar. Misalnya untuk gasmulia, hidrogen, dan nitrogen. Istilah gaya van der Waals digunakan untuk zat yang mempunyai dipol-dipoldi samping gaya dispresi, misalnya hidrogen klorida dan aseton.