Struktur Atom

Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur yang masih mempunyai sifat-sifat unsur itu sendiri. Atom terdiri dari inti atom dan kulit atom.

1. Inti Atoma. Partikel penyusun inti atom terdiri dari proton yang menentukan

nomor atom dan neutron yang menentukan nomor massa.b. Neutron adalah atom-atom yang nomor atomnya sama, tapi massanya

berbeda.c. Isobar adalah atom-atom yang nomor atomnya berbeda tapi nomer

massanya sama.2. Kulit Atom

Kulit atom terdiri dari elektron. Elektron digambarkan melalui konfigurasi elektron.

3. Atom digambarkan menurut pandangan beberapa ahli:1) Dalton

a. Setiap unsur terdiri atas partikel yang sudah tak terbagi yang dinamai atom.

b. Atom-atom dari suatu unsur adalah identik. Atom-atom dari unsur yang berbeda mempunyai sifat-sifat yang berbeda, termasuk mempunyai massa yang berbeda.

c. Atom dari suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain, tidak dapat dimusnahkan atau diciptakan. Reaksi hanya merupakan penataan ulang atom-atom.

d. Senyawa terbentuk ketika atom-atom dari dua jenis unsur atau lebih bergabung dengan perbandingan tertentu.

2) J.J ThompsonAtom terdiri dari materi bermuatan positif dan elektron-elektron yang terbesar di dalamnya bagaikan kismis dalam roti kismis. Penelitian mengenai atom antara lain didasarkan pada eksperimen yang dilakukan dengan tabung (kaca) hampa atau tabung sinar katode. Sir William Crookes merancang suatu tabung hampa yang merupakan penyempurnaan dari tabung sinar katode yang disebut tabung Crookes.Jika dua kawat deberi potensial listrik yang tinggi kemudian didekatkan, akan terjadi bunga api dari satu kawat ke kawat yang lain. Bila ujung kawat ditaruh dalam tabung hampa akan terihat adanya bara hijau kekuningan dari arah katode. Sinar ini disebut sinar katode.Sifat-sifat sinar katode disimpulkan oleh Plucker, Hittorf, Crookes dan Thompson sebagai berikut:a. Sinar katode dipancarkan oleh katode dalam sebuah tabung hampa

bila dilewati arus listrik.b. Sinar katode berjalan dalam garis lurus.

c. Sinar katode bila membentur gelas atau benda tertentu akan mengeluarkan cahaya sehingga dapat disimpulkan bahwa sinar katode terdiri atas partikel-partikel.

d. Sinar katode dibelokkan oleh medan listrik dan magnet ke arah partikel yang diketahui bermuatan negatif.

e. Sifat sinar katode tidak dipengaruhi oleh bahan elektrode (besi, platina, dan lain-lain).Dari kelima sifat diatas, disimpulkan bahwa sinar katode terdiri dari partikel-partikel yang bermuatan negatif dan diberi nama elektron oleh J.J Thompson.J.J Thompson berhasil menentukan harga ratio muatan elektron terhadap massa elektron (e/m) yaitu sebesar -1,76 x 108 coulomb/gram. Sementara R>A>Millikan (1917) berhasil menentukan harga muatan mutlak dari elektron yaitu sebesar -1,6022 x 10-19coulomb. Dengan demikian massa elektron dapat dihitung yaitu sebesar 9,1 x 10-28 gram.

Pada tahun 1886 Eugene Goldstein dengan memakai tabung Crookes yang dilubangi katodenya, dapat mengamati sinar yang menembus lubang-lubang tersebut. Sinar ini disebut sinar saluran. Ternyata sinar saluran ini terdiri dari partikel-partikel bermuatan positif.Partikel tersebut memiliki muatan yang sama dengan elektron tetapi nilainya positif (+1,76 x 10-19 coulomb). Partikel ini kemudian diberi nama proton. Massa proton dihitung oleh J.J Thompson yaitu sebesar 1,67 x 10-24 gram atau hampir 1840 kali massa elektron.

Pada tahun 1932 James Chadwick berhasil menemukan partikel subatom yang ketiga yang disebut neutron. Neutron adalah partikel yang tidak bermuatan (= 0) dan massanya hampir sama dengan massa proton (1,674 x 10-24 gram).

3) RutherfordAtom terdiri dari inti yang pejal dan bermuatan positif serta elektron-elektron yang beredar mengitarinya pada lintasan yang jauh, sehingga sebagian besar dari atom merupakan ruang hampa.Model atom Rutherford ini memiliki beberapa kelemahan, antara lain:a. Lintasan akan berbentuk spiral

Hal ini tidak sesuai dengan teori fisika klasik yang menyatakan bahwa bila suatu partikel bermuatan (elektron) mengelilingi inti, maka energinya akan berkurang. Suatu saat elektron akan jatuh ke inti dan atom menjadi tidak stabil. Padahal pada kenyataannya atom stabil.

b. Tidak dapat menerangkan spektrum hidrogen

Menurut Rutherford spektrum atom adalah spektrum kontinue. Kenyataannya spektrum atom adalah spektrum garis. Artinya bila suatu atom menyala hanya akan memancarkan warna-warna tertentu.

4) Niels BohrElektron beredar mengitari inti pada lintasan-lintasan tertentu bagaikan planet-planet mengitari matahari. Elektron dapat berpindah dari lintasan yang satu kelintasan yang lainnya dengan memancarkan atau menyerap energi. Selama elektron berada dalam lintasannya, tidak terjadi penyerapan atau pemancaran enargi.Model atom Bohr ini memiliki kelemahan karena tidak dapat menerangkan spektrum atom yang lebih rumit dantidak dapat menjelaskan pengaruh medan magnet dalam atom hidrogen. Bohr hanya mampu menerangkan spektrum atom hirogen.Pada perkembangan selanjutnya, model atom Bohr disempurnakan oleh ahli fisika bernama Louis de Broglie. Sehingga muncul teori atom modern.

5) Teori Atom ModernMenurut Broglie, selain bersifat partikel, elektron dapat bersifat gelombang, sedangkan menurut Niels Bohr berpendapat bahwa elektron adalah partikel. Pendapat de Broglie dikembangkan oleh Erwin Schrodinger dan Werner Karl Heisenberg melahirkan teori atom modern. Teori ini dikenal dengan nama Teori Atom Mekanika Kuantum. Prinsip dasar teori mekanika kuantum adalah gerakan elektron dengan mengelilingi inti bersifat gelombang. Teori mekanika kuantum digunakan untuk menjelaskan sifat atom dan molekul.Berdasarkan teori mekanika kuantum, keberadaan elektron dalam lintasan tidak dapat ditentukan dengan pasti, yang dapat diketahui hanya daerah kebolehjadian ditemukannya elektron. Elektron berada dalam orbital, yaitu daerah dengan peluang terbesar menemukan elektron.

1. Mekanika Kuantuma. Teori kuantum Max Planck: “radiasi elektromagnet bersifat

diskrit, terdiri atas paket-paket kecil/kwanta atau partikel”.b. Mekanika kuantum didasarkan pada dualisme sifat elektron,

yaitu sebagai partikel.c. Partikel radiasi oleh Einstein disebut dengan foton.d. Tiap foton mempunyai energi yang bergantung pada frekuensi

atau panjang gelombang.

Panjang gelombang berbanding terbalik dengan energi, bisa digambarkan menggunakan rumus sebagai berikut:

E = h f atau E = h −¿ ∁λ

Dimana, E : energi radiasi dan h : tetapan Planck = 6,63 x 10-34 J.det

Semakin besar panjang gelombang, semakin kecil energinya. Energi terbesar dimiliki oleh gelombang ungu, sedangkan sinar yang memiliki energi terkecil dimiliki oleh sinar merah.

Louise de Broglie kemudian mengemukakan hipotesis tentang gelombang materi bahwa “partikel yang bergerak sangat cepat mempunyai ciri-ciri gelombang”. Hipotesis tersebut dijabarkan seperti pada rumus sebagai berikut:

λ= hmv

Dimana, λ : panjang gelombang m : massa partikel v : kecepatan h : tetapan planck

Berdasarkan teori atom mekanika kuantum yang diajukan oleh Erwin Schrodinger bahwa “kedudukan elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti, yang dapat ditentukan adalah kemungkinan menemukan elektron sebagai fungsi jarak dari inti atom”. Pada teori mekanika kuantum dikenal dengan istilah yang disebut dengan orbital. Orbital digambarkan berupa awan yang tebal tipisnya menyatakan besar kecilnya kemungkinan ditemukan elektrondi daerah tersebut.

Heisenberg mengemukakan bahwa metode eksperimen yang digunakan untuk menentukan posisi atau momentum suatu partikel seperti elektron dapat menyebabkan perubahan, baik pada posisi, momentum, atau keduanya.

Teori yang diajukan oleh Werner Heisenbeg tersebut menguatkan teori atom mekanika kuantum. Berdasarkan teori mekanika kuantum yang telah berhasil siajukan oleh schordinger dan teori prinsip ketidakpastian Heisenberg menghasilkan model atom mekanika kuantum sebagai berikut:

a. Posisi elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti.

b. Atom memiliki kulit elektron.c. Setiap kulit elektron memiliki subkulit elektron.d. Setiap subkulit elektron memiliki sub-sub kulit elektron

(orbital).

2. Bilangan KuantumMenurut mekanika gelombang, setiap tingkat energi dalam atom diasosiasikan dengan satu atau lebih orbital. Orbital dalam satu subkulit mempunyai tingkat energi yang sama. Orbital dari subkulit berbeda tetapi dari kulit yang sama mempunyai tingkat energi yang hampir sama.

Untuk menyatakan kedudukan, bentuk, seta orientasi suatu orbital digunakan empat bilangan kuantum, yaitu :

a. Bilangan kuantum pertama (n)Menyatakan tingkat energi utama atau kulit atom.

Bilangan kuantum utama adalah bilangan bulat positif.Harga n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 (sampai saat ini baru

tujuh)Harga n : 1 2 3 4 56 7Lambang kulit : K L M N OP QJumlah elektron maksimum pada tiap kulit dapat

ditentukan menggunakan rumus: 2n2 (n = jumlah kulit).

b. Bilangan kuantum Azimuth (l)Bilangan kuantum ini menyatakan subkulit. Nilai

bilangan kuantum azimuth dihubungkan dengan bilangan kuantum utama.

l= 0 sampai (n-1), yaitu 0, 1, 2, ... (n-1)Karena nilai l selalu dimulai dari 0, 1, dan seterusnya, maka l= 0 terdapat pada semua kulit.

Harga l : 0 1 2 3Lambang subkulit : s p d f

s (sharp), p (principal), d (diffuse), f (fundamental).Hubungan kulit dengan subkulit (orbital):Kulit K (n = 1) maka hanya mengandung orbital 1s.Kulit L (n = 2) maka hanya mengandung orbita 2s dan 2p.

Kulit M (n = 3) maka haya mengandung orbital 3s, 3p, dan 3d.Kulit N (n = 4) maka hanya mengandung orbital 4s, 4p, 4d, dan 4f.

c. Bilangan kuantum Magnetik (m)Menyatakan orbital mana yang ditempati elektron

pada suatu subkulit. Nilai m bergantung pada bilangan kuantum azimuth.

m= -1 s/d +1misal, l= 0, maka m = 0 hanya terdapat 1 orbital.

l= 1, maka m = -1, 0, +1, terdapat 3 orbital, dst.

d. Bilangan kuantum Spin (s)Bilangan yang menyatakan arah putaran elektron

pada sumbu orbital. Selain berputar mengelilingi inti atom, elektron juga mengalami rotasi/berputar pada sumbunya, yaitu searah dan berlawanan arah dengan

jarum jamdengan nilai s = +12

dan s = -12

.

Jumlah maksimum elektron pada setiap orbital adalah dua elektron, dengan spin yang berlawanan arah sehingga terbentuk medan magnet yang berlawanan pula. Elektron digambarkan dengan tanda panah.

s = +12

digambarkan dengan tanda panah ke atas ↑

s = -12

digambarkan dengan tanda panah ke bawah ↓

jika orbital terisi penuh elektron digambarkan

Dapat disimpulkan bahwa kedudukan suatu elektron dalam suatu atom dinyatakan oleh empat bilangan kuantum, sebagai berikut:a. Bilangan kuantum utama (n) menyatakan kulit

utamanya.b. Bilangan kuantum azimuth (l) menyatakan

subkulitnya.c. Bilangan kuantum magnetik (m) menyatakan

orbitalnya.d. Bilangan kuantum spin (s) menyatakan spin atau

arah rotasinya.

↑↓

3. Bentuk OrbitalSetiap orbital dicirikan oleh 3 bilangan kuantum n, l, dan m,

dimana orbital memiliki ukuran, bentuk, dan orientasi tertentu dalam ruang. Kumpulan orbital-orbital dengan bilangan kuantum utama (n) yang sama disebut kulit. Jumlah orbital dalam kulit dapat ditentukan dengan rumus n2.

a. Orbital sBentuk orbital s berupa bola simetris dan hanya memiliki 1 macam orbital.

b. Orbital pOrbital p berjumlah tiga buah yang terletak di subkulit p. Ketiganya mepunyai tingkat energi yang sama, namun arah ruangnya berbeda. Ketiga orbital tersebut yaitu, px, py, dan pz. Setiap orbital berbentuk seperti balon terpilin yang digambarkan menggunakan koordinat Cartesius dengan sumbu x, y, dan z.

c. Orbital dOrbital d berjumlah lima buah, terletak di subkulit d, dan digambarkan dengan empat buah bola lonjong. Orbital tersebut yaitu: dxy, dxz, dyz, dx

2-y2, dz

2.

4. Konfigurasi ElektronSuatu cara penulisan yang menunjukkan distribusi elektron

dalam orbital-orbital pada kulit utama dan subkulit disebut konfigurasi elektron. Elektron tersusun dalam atom menurut tiga aturan, sebagai berikut:

a. Prinsip AufbauPengisian elektron pada orbital dimulai dari subkulit dengan tingkat energi yang rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi.Pengisian elektron pada orbital atau subkulit akan lebih jelas dengan menggunakan diagram sebagai berikut:

S maksimum berisi 2 elektronP maksimum berisi 6 elektronD maksimum berisi 10 elektron F maksimum berisi 14 elektronUrutan tingkat energi subkulit sesuai dengan diagram tersebut:1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s, dan seterusnya sesuai arah garis panah.

b. Kaidah HundPengisian orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama (orbital dalam satu sub kulit) mula-mula elektron secara paralel menempati orbital secara sendiri-sendiri baru kemudian berpasangan.Contoh:

3Li → 1s2 2s1

7N→ 1s2 2s2 2p3

Cara menulis konfigurasi elektron suatu unsur adalah sebagai berikut:

1H = konfigurasi elektron 1s2

5B = konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p1

↑↓ ↑

↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑

12Mg = konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p6 3s2

21Sc = konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

Konfigurasi suatu atom akan semakin panjang seiring dengan penambahan nomor atomnya. Karena alasan tersebut, penulisan konfigurasi elektron dapat disingkat dengan menggunakan unsur gas mulia/glongan VIIIA yang terdekat dengan unsur yang disingkat.Misal:

5B = [He] 2s2 2p

12Mg = [Ne] 3s2

21Sc = [Ar] 4s2 3d1 dan seterusnya.

c. Larangan PauliMenyatakan bahwa tdak ada dua elektron dalam satu orbital yang mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama. Dua elektron yang mempunyai bilangan kuantum utama, azimuth, dan magnetik yang sama dalam satu orbital, harus mempunyai spin yang berbeda.Contoh:

2He → 1s2 pada elektron pertama n=1 l=0 m=0

s=-12

5. Konfigurasi Elektron IonIon bermuatan (+) terbentuk dari atom netral dengan melepas elektron sesuai muatan. Elektron yang dilepas adalah elektron dari kulit terluar.Misal:

28Ni → [Ar] 3d8 4s2

Ni2+ → [Ar] 3d8 Ion bermuatan (-) terbentuk dari atom netral dengan menangkap elektron sesuai muatan.Misal:

17Cl → [Ne] 3s2 3p5

Cl- → [Ne] 3s2 3p6

↑↓