STRUKTUR ATOM DAN TABEL
PERIODIK
1
1. TEORI ATOM
Lima belas abad S.M. Democritus (filusuf Yunani):
“ Semua materi terdiri dari zat yang sangat kecil,
berupa partikel yang tidak dapat dibagi lagi
atom ( a= tidak, tomos = terbagi)”
3
Teori Atom Dalton (1808)
Kimia modern diawali dengan
Teori Atom Dalton
• Semua materi terdiri dari partikel kecil yang
tidak dapat dibagi lagi yang disebut atom
• Atom dari unsur yang sama identik (massa,
sifat kimia dan ukuran)
• Senyawa terdiri dari atom-atom dari unsur
yang berbeda yang bergabung dengan
perbandingan bilangan bulat yang sederhana
• Dalam reaksi kimia atom tidak diciptakan atau
hilang.
4
Teori Atom Dalton
• Hukum Perbandingan Tetap ( J. Proust, 1799)
• Hukum Kelipatan Perbandingan
• Hukum Kekekalan Massa (Lavoiseir, 1774)
5
2. Struktur Atom
Namun.....
Mulai tahun 1850 – abad 21
serangkaian penelitian menemukan
partikel subatomik :
• Elektron
• Proton
• Neutron
6
Elektron
7
Tabung Sinar Katoda
a. “Gas discharge tubes”
b. Pembelokan sinar
katoda menuju logam
yang bermuatan positif
8
J.J.Thomson (1856 – 1940). Ahli fisika dari Inggris yang
mendapatkan Penghargaan Nobel pada tahun 1906
untuk menemukan elektron
Dengan mengatur kekuatan
medan magnet dan listrik,
Thomson dapat menghitung
perbandingan muatan dan
massa elektron. (e/m) yaitu
–1,76 x 108 coulomb/gram.
9
Robert Andrew Milikan (1868 – 1953). Ahli fisika dari
Amerika yang mendapatkan Penghargaan Nobel di
bidang fisika pada tahun 1923 untuk menemukan
muatan elektron
Karena e = - 1,6022 x 10-19 C, maka m = 9,10 x 10-28 kg
10
RADIOAKTIVITAS
Antoine Becquerel
(1852 – 1908) Ahli
fisika dari Prancis
yang mendapatkan
Penghargaan Nobel
di bidang fisika
pada tahun 1903
untuk menemukan
radioaktivitas dari
uranium
11
Proton
dan
Nukleus
12
Setelah menemukan
elektron,
J.J. Thomson
mengajukan Model
Atom, yang dikenal
dengan Model Atom
Thompson - Roti
Kismis. Elektron
(kismis) tersebar di
dalam badan atom
yang bermuatan
positif (roti)
13
Ernest Rutherford (1871 – 1937). Ahli fisika dari New
Zealand yang mendapatkan Penghargaan Nobel di
bidang kimia pada tahun 1908 untuk menemukan
struktur atom yang memiliki nukleus
14
Rutherford mengusulkan bahwa seluruh muatan
positif atom terpusat di inti atom (nukleus) yang
menjadi pusat massa atom. Partikel yang
bermuatan positif dalam nukleus disebut proton.
Penelitian yang lain menemukan massa proton =
1,67262 x 10-24 g
(kira-kira 1840 kali massa elektron)
15
Neutron
16
Penemuan Rutherford meninggalkan satu
masalah......
Perbandingan jumlah proton H dan He 1 : 2
namun...
Perbandingan massa H dan He 1 : 4
Bagaimana Saudara menjelaskan
fenomena ini ?
17
Penelitian Chadwick (1932), menemukan partikel
yang bermuatan netral dengan massa hampir
sama dengan proton NEUTRON
H mengandung 1 proton
He mengandung 2 proton dan 2 neutron
maka...
Perbandingan massa H dan He 1 : 4
18
Proton dan neutron
Proton dan neutron
terpaketkan
dalam
inti
atom
dengan
ukuran yang sangat
kecil.
Elektron
bagaikan awan yang
mengelilingi nukleus.
19
3. Nomor Atom, Nomor Massa dan Isotop
A
X
Z
X = Lambang unsur
Z = nomor atom (= jumlah proton)
A = Nomor Massa ( = jumlah proton + neutron)
Isotop Atom dengan Z sama A beda
20
4. Teori Kuantum (Max Planck, 1900)
•Planck mengatakan : Atom dan molekul
dapat menyerap atau mengemisikan energi
dengan jumlah yang terdiskritkan.
•Satuan terkecil dari energi tersebut disebut
kuantum
•Energi yang diserap atau diemisikan dalam
bentuk radiasi elektromagnetik
21
• Setiap kuantum memiliki energi sebesar
E = h.
E = energi (J)
h = konstanta Planck ( 6,63 x 10-34 J.s)
= frekuensi radiasi (s-1)
Untuk memahami Teori Kuantum Planck, kita harus
memahami sifat-sifat gelombang.
22
Sifat Gelombang (rambatan energi)
(panjang gelombang) = Jarak antara 2 bukit
(atau lembah)
(frekuensi) = jumlah getaran perdetik
x=c
C = konstanta kecepatan cahaya ( 3x 10-8 m/s)
23
Radiasi Elektromagnetik
Radiasi elektromagnetik : emisi atau transmisi energi
dalam bentuk gelombang elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik : gelombang yang memiliki
komponen medan listrik dan medan magnet.
24
Jenis Radiasi Elektromagnetik
25
TEORI ATOM
HIDROGEN BOHR
26
Element from The Sun
27
Spektrum Emisi
Spektrum emisi : spektrum garis atau kontinu dari radiasi
yang diemisikan oleh suatu zat
Spektrum garis: emisi cahaya dengan panjang gelombang
tertentu Spektrum emisi atom
Spektrum kontinu: emisi cahaya dengan panjang
gelombang yang berkelanjutan
Spektrum emisi molekul
28
Spektrum Emisi Garis (diskontinu)
29
Spektrum Emisi Kontinu
30
31
• Elektron berputar dalam jalur orbit
• Elektron tunggal atom hidrogen hanya dapat berada
pada orbit-orbit tertentu yang memiliki energi tertentu
• Radiasi terjadi ketika elektron berpindah dari orbit yang
memiliki energi lebih besar ke yang lebih kecil.
32
Energi yang dimiliki elektron :
En = - RH ( 1/n2)
RH = konstanta Rydberg : 2,18 x 10-18 J
n= bilangan kuantum utama (kulit) n = 1,2,3,...
Jika elektron berpindah dari na – nz , maka :
En = Ez – Ea
En = RH {( 1/na2) - ( 1/nz2)}
Radiasi emisi En = h.
33
34
35
BILANGAN KUANTUM
Dalam mekanika kuantum, tiga bilangan kuantum
diperlukan untuk menggambarkan distribusi elektron dalam
suatu atom, yaitu :
1. Bilangan Kuantum Utama (n)
2. Bilangan Kuantum Momentum Sudut/Azimut (l)
3. Bilangan Kuantum Magnetik (m)
Tiga bilangan kuantum ini dapat menunjukan tempat orbital
sebuah elektron berada.
Bilangan kuantum yang ke empat :
4. Bilangan kuantum spin (s),
menggambarkan sifat suatu elektron sehingga
dapat mengidentifikasi lebih spesifik lagi
38
Bilangan Kuantum Utama, n
Menunjukkan …
• Tingkat energi suatu orbital.
• Jarak rata-rata suatu elektron dengan inti atom
• n = 1,2,3, …
n
=
1
2
3
4
...
Kulit
K
L
M
N
...
39
Bilangan Kuantum Momentum Sudut
(azimuth) , l
Menyatakan …
• Bentuk orbital, l = 0 orbital s (bola)
l = 1 orbital p (balon terpilin)
l = 2 orbital d
l = 3 orbital f
• Sub kulit, pada kulit ke n, harga l yang mungkin
l = 0 s/d (n-1)
Pada n = 1 l = 0
( 1s)
1 sub kulit
n = 2 l = 0,1
(2s dan 2p)
2 sub kulit
n = 3 l = 0,1,2
( 3s, 3p, 3d)
3 sub kulit
n = 4 l = 0,1,2,3
( 4s, 4p, 4d, 4f)
4 sub kulit 40
Orbital s
Orbital p
41
Bilangan Kuantum Magnetik , m
Menggambarkan …
Arah orientasi ruang orbital,
Pada sub kulit l, maka nilai m yang
mungkin :
-l, (-l + 1),…,0,…,(+l –1), +l
Pada sub kulit s, l = 0 m = 0
(tidak punya arah orientasi ruang)
Pada sub kulit p, l = 1 m = -1, 0, +1
(punya 3 orbital dengan arah orientasi
ruang px,
py, pz)
42
Bilangan Kuantum Spin , s
s = 1/2
s = - 1/2
Dalam satu orbital, dapat diisi max 2 elektron yang
memiliki arah rotasi yang berlawanan
43
Tabel Hubungan n,l,m,s
44
Jumlah Maksimum Elektron
45
Orbital-orbital Atom
Orbital s
Orbital d
Orbital p
46
Energi Orbital
47
Urutan orbital berdasarkan tingkat energi
48
Konfigurasi Elektron
49
Prinsip Larangan Pauli
Dua buah elektron tidak mungkin memilki empat bilangan
kuantum yang sama keempat-empatnya
Dari tiga kemungkinan konfigurasi elektron He di bawah
ini, mana yang benar ? Berapakah empat bilangan
kuantum untuk masing-masing elektron ?
He
1s2
1s2
1s2
50
Paramagnetik dan Diamagnetik
Zat Paramagnetik Dipengaruhi medan magnet (ada
elektron yang tidak berpasangan)
Zat Diamagnetik Tidak dipengaruhi medan magnet
(elektron berpasangan semua)
51
Aturan Hund
Konfigurasi elektron dengan arah elektron yang paralel
pada orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama
adalah lebih stabil
52
Prinsip Aufbau (“membangun”)
Elektron mengisi orbil atom satu demi satu dimulai dari
orbital dengan energi yang lebih rendah terlebih dahulu
Kestabilan penuh – Kestabilan setengah penuh
Silahkan Saudara buat konfigurasi
24Cr
24Cr
dan
29Cu
!
[Ar] 4s1 3d5
1 3d10
Cu
[Ar]
4s
29
Nb : Kita dapat menggunakan lambang gas mulia untuk
menyingkat konfigurasi elektron
53
Konfigurasi Elektron dan Tabel Periodik
54
Tabel Periodik
Lavoisier ( 1789) 26 unsur
1870 60 unsur
Sekarang 114 unsur
Data tentang unsur perlu diorganisir agar mudah
dipelajari dan dipahami
55
Mulanya, unsur dibagi jadi dua kelompok besar :
• Logam kilap, dapat ditempa, penghantar panas dan
listrik, membentuk senyawa dengan oksigen yang
bersifat basa
• Nonlogam tidak mempunyai sifat khas, tidak
menghantar panas dan listrik (kecuali grafit) dan
membentuk oksida asam
56
Triade Dobereiner ( 1817)
Menemukan tiga unsur dengan kemiripan sifat dan ada
hubungannya dengan massa atom relatif, seperti :
Litium
Kalsium
Klor
Natrium
Stronsium
Brom
Kalium
Barium
Yod
Diamatinya bahwa Ar Br 80, kira-kira sama dengan
setengah dari jumlah Ar klor (35) dan Yod (127).
Ar Br = ½ ( 35 + 127) = 81
57
Hukum Oktaf Newlands (1865)
John Newlands menemukan hubungan lain antara sifat
unsur dan massa atom relatifnya….
Jika ia menyusun unsur berdasarkan kenaikkan Ar, maka
setiap unsur kedelapan mempunyai sifat mirip dengan
unsur yang pertama Hukum Oktaf
(sama halnya dengan oktaf dalam nada musik)
Li
Be
B
C
N
O
F
Na Mg Al Si
P
S
Cl
K
Mn Fe
Ca Cr Ti
58
Mendeleyev dan Meyer (1868)
Menyempurnakan susunan unsur Newlands dengan
menyelidiki lebih detil sifat fisika dan kimia dari unsurunsur yang sudah ditemukan.
Beberapa perbaikannya antara lain :
1. Selisih Ar dua unsur berurutan sekurang-kurangnya
dua satuan
2. Unsur-unsur transisi disediakan jalur khusus
3. Beberapa tempat dikosongkan untuk unsur-unsur
yang belum ditemukan saat itu (Ar = 44, 68, 72 dan
100)
59
4. Koreksi Ar Cr bukan 43,3 tapi 52,0
5. Tanpa eksperimen mengubah valensi boron dan
aluminium dari 2 menjadi 3
6. Ia meramal sifat unsur yang belum dikenal seperti
ekasilikon (Ge)
60
Keuntungan dari daftar Mendeleyef dalam memahami
sifat unsur :
1. Sifat kimia dan fisika unsur dalam satu golongan
berubah secara teratur.
2. Valensi tertinggi yang dapat dicapai unsur sama dengan
nomor golongan.
3. Sifat Li mirip dengan Mg. Sifat Be mirip dengan Al. Sifat
B mirip dengan Si. Kemiripan ini dikenal sebagai
hubungan diagonal.
4. Mendeleyey meramal sifat unsur-unsur yang belum
ditemukan
5. Daftar ini tidak mengalami perubhan setelah ditemukan
unsur-unsur gas mulia He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, diantara
tahun 1890 – 1900.
61
Tabel Periodik Modern
1. Daftar ini disusun berdasarkan konfigurasi elektron
2. Unsur dalam suatu jalutr vertikal mempunyai struktur
elektron terluar yang sama oleh karena itu mempunyai
sifat kimia yang mirip. Jalur ini disebut “golongan”.
3. Ada perubahan sifat kimia secara teratur dalam suatu
jalur horisontal “perioda”.
62
Tabel Periodik Modern
Nama golongan : 1. Sistem IA-IIA-B-IIIA-VIIIA
2. Sistem baru (1985) 1 - 18
63
Logam, Nonlogam dan Metaloid
64
Sifat Periodik
1. Jari-jari Atom
Jarak dari inti atom ke elektron terluar ( ½ kali
ikatan kovalen molekul unsur diatomik)
Jari -jari atom
berkisar :
70 Ao s/d 290 Ao
1 Ao = 1.10-10 m
(1 Angstrom)
65
Variations in atomic and ionic radii in the periodic table.
Value are in picometers
66
Ukuran Ion
67
2. Energi ionisasi
Energi ionisasi (EI) adalah energi yang dibutuhkan untuk
memindahkan satu elektron dari keadaan terisolasi,
atom gas atau ion dalam keadaan dasar.
X(g) X+
(g)
+ e-
Energi ionisasi umumnya meningkat dari bawah ke atas
pada satu golongan dan meningkat dari kiri kekanan
dalam satu perioda.
68
Grafik energi ionisasi pertama terhadap
nomor atom
69
70
3. Afinitas elektron
Afinitas elektron (EA) adalah jumlah energi yang
Dikeluarkan karena penambahan elektron pada atom gas
atau ion dalam keadaan dasar.
X(g) + e- X-
(g)
Afinitas elektron menjadi lebih eksotermik dari kiri ke kanan
pada tabel periodik dan dari bawah ke atas.
71
72
