STRUKTUR ATOM DAN SISTEM PERIODIK UNSUR
A.Struktur Atom
1. Teori kuantum
Pada tahun 1900 Max Planck mengemukakan suatu hipotesis yang dikenal dengan Teori Kuantum . Menurut Max Planck,pancaran radiasi eletromagnetik suatu benda disebut diskrit,berupa paket-paket kecil atau kuanta atau atau partikel yang disebut sebagai kuantum.Hipotesis Planck didukung oleh Einstein yang menyebut partikel radiasi Planck dengan sebutan foton. Setiap foton memiliki energi yang bergantung pada frekuensi atau panjang gelombang. Besar energi foton dapat dihitung dengan :
Keterangan : E = energi radiasi
h = tetapan Planck = 6,63 x 10-34 joule detik-1
ν = frekuensi (detik-1)
c = cepat rambat cahaya = 3 x 108m detik -1
λ = panjang gelombang (m)
2. Model Atom Bohr
Pada tahun 1913 , Niels Bohr seorang fisikawan dari Denmark berhasil mengungkapkan teori kuantum guna menggambarkan struktur atom. Meskipun atom hidrogen hanya memiliki satu elektron saja,tetapi atom hidrogen juga memiliki lintasan-lintasan elektronseperti atom-atom lain.Ini terjadi saat elektron unsur hidrogen berpindah-pindah lintasan sambil memancarkan atau menyerap energi. Bohr berhasil merumuskan jari-jari lintasan dan energi elektron pada atom hidrogen. Jari-jari lintasan ke-n dalam atom hidrogen dirumuskan sebagai berikut.
dimana n = kulit elektron : 1,2,3,,,,,
a0= 0,53 A (53 pm)
3. Hipotesis Louis de Broglie
Pada tahun 1924 ,fisikawan dari Prancis , Louis de Broglie mengemukakan hipotesis tentang gelombang materi . Menurut de Broglie cahaya dan partikel-partikel kecil , pada saat tertentu dapat bersifat sebagai benda yang tersusun atas partikel ,tetapi dapat pula sebagai gelombang.Hipotesis Planck melalui persamaan :
dimana λ = panjang gelombang
h = tetapan Planck
m = massa partikel
v = kecepatan
4. Mekanika Kuantum
Pada tahun1927 ,Erwin Schrodinger,ahli matematika dari Austria mengemukakan teori mekanika kuantum . menurutnya ,kedudukan elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti ,yang dapat ditentukan adalah probabilitas atau kemungkinan menemukan elektron . daerah dengan probabilitas terbesar menemukan elektron disebut orbital.
5. Bilangan Kuantum
a. Bilangan kuantum utama: kulit K untuk n=1,kulit L untuk n=2,kulit M untuk n=3,kulit N untuk n=4 dan begitu seterusnya . Secara nyata orbital dengan bilangan kuantum berbeda ,mempunyai tingkat energi yang berbeda.
b. Bilangan kuantum azimuth (â„“) : bilangan kuantum azimuth menyatakan subkulit.
Tabel jumlah subkulit pada setiap kulit
Kulit n Subkulit (â„“)
K
L
M
N 1
2
3
4 0
0,1
0,1,2
0,1,2,3
c. Bilangan kuantum magnetik (m) : menentukan orientasi orbital dalam ruang disekitar inti atom.
Tabel jumlah Orbital setiap subkulit
â„“ Subkulit Harga m Jumlah orbital
0
1
2
3 s
p
d
f 0
-1,0,+1
-2,-1,0,+1,+2
-3,-2,-1,0,+1,+2,+3 1
3
5
7
d. Bilangan kuantum spin (s)
Bilangan kuantum spin menyatakan arah putar elektron terhadap sumbunya (berotasi) sewaktu elektron berputar mengelilingi inti atom. Bilangan kuantum spin dinotasikan dengan s. Arah rotasi elektron ada 2 kemungkinan ,yaitu searah jarum jam dan berlawanan dengan jarum jam. Oleh karenanya ,bilangan kuantum spin (s) mempunyai 2 harga yaitu +½ dan -½.
6. Bentuk orbital dan orientasi orbital
a. Orbital s
Obital yang paling sederhana adalah orbital s. Orbital s berbentuk bola simetris .Ini berarti pada setiap jarak yang sama dari inti atom selalu ditemukan rapatan elektron yang sama. Semakin jauh dari inti atom .rapatan elektronnya semakin rendah.
2s
3s
Semua orbital s,baik 1s,2s,3s, dan seterusnya semuanya berbentuk bola ,tetapi berbeda ukurannya . Semakin besar harga bilangan kuantum,semakin besar pula ukuran orbital atomnya.
b. Orbital p
Rapatan elektron orbital p terdistribusi pada bagian yang berlawanan dengan inti atom. Inti atom terletak pada bagian simpul dengan kerapatan elektron nol.
Setiap subkulit p (â„“ = 1) terdiri atas 3 orbital yan setara ,sesuai dengan 3 harga m untuk â„“ = 1, yaitu -1,0,dan +1. Ketiga orbital p pada subkulit p ini dinamai dengan orbital px,py,pz, terletak di sepanjang garis yang memotong sumbu x,y,z.
c. Orbital d
Subkulit d (â„“=2) terdiri atas 5 orbital , tersebar diantara sumbu-sumbu ruang x,y, dan z.
Semua orbital d tersusun pada inti atom . Masing-masing orbital d dibedakan atas dxy,dxz,dyz,dx2- y2, dan dx2. Orbital dz2 mempnyai bentuk yang berbeda dari keempat orbital lainnya. Namun,energi orbital dz2 setara dengan energi orbital lainnya.
d. Orbital f
Setiap subkulit f terdiri atas 7 orbital. Orbital f (â„“ = 3) mempunyai 7 harga m ,yaitu -3,-2,-1,0,+1,+2,+3. Energi dari ketujuh orbital adalah setara.
7. Konfigurasi Elektron
Konfigurasi elektron dalam dalam orbital suatu atom sangatlah penting, karena konfigurasi elektron berpengaruh terhadap sifat-sifat kimia suatu unsur. Penentuan konfigurasi elektron suatu atom menganut tiga aturan ,yaitu:
a. Prinsip Aufbau
Menurut Aufbau,pengisian elektron ke dalam orbital selalu dimulai dari orbital dengan tingkat energi rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi. Apabila terdapat 2 subkulit dengan harga n + â„“ sama, elektron akan mengisi subkulit yang harga n-nya lebih kecil terlebih dahulu. Dengan demikian suatu atom selalu berada pada tingkat energi minimum.
Urutan-urutan tingkat energi dari tingkat energi rendah ke tingkat energi yang palint tinggi ,dapat dilihat pada diagram dibawah ini.
1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d
6s 6p
7s
Pengisian elektron ke dalam orbital dimulai dari orbital 1s,kemudian 2s,2p,dan seterusnya.
Urut-urutan pengisian elektron ke dalam orbital di atas sama dengan pengisian elektron berikut.
1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d.
b. Prinsip Larangan Pauli
Prinsip ini dikemukakan oleh Wolfgang Pauli pada tahun 1926. Menurut Pauli, dalam satu atom tidak boleh ada dua elektron yang mempunyai 4 bilangan kuantum yang sama.Dua buah elektron yang menempati satu orbital , kemungkinan mempunyai tiga bilangan kuantum yang sama. Oleh karenanya, bilangan keempat harus berbeda.
c. Kaidah Hund
Menurut hund , pengisian elektron ke dalam satu sub kulit , pada awalnya elektron menempati seluruh orbital dengan spin yang sama (½ penuh), baru kemudian berpasangan (penuh).Dalam penulisan konfigurasi elektron , ada beberapa hal yang dapat diterapkan.
ФPenulisan Konfigurasi Elektron dengan Lambang Gas Mulia
Penulisan konfigurasi elektron dengan lambang gas mulia dipakai untuk unsur-unsur bernomor atom besar.Misal: [Ar] 4s2 3d1
ФOrbital Penuh dan setengah Penuh
Berdasarkan hasil eksperimen ditemukan beberapa penyimpangan konfigurasi elektron dari azas Aufbau. Misalnya pada 24Cr. Konfigurasi elektron pada 24Cr : [Ar] 4s2 3d4 cenderung berubah menjadi [Ar] 4s1 3d5 . Ini berarti bahwa subkulit yang penuh (d10) atau setengah penuh (d5) bersifat lebih stabil.
ФEletron Valensi
Elektron valensi adalah jumlah elektron pada subkulit dengan n terbesar yang digunakan untuk pembentukan ikatan kimia .Dengan menuliskan konfigurasi elektron suatu unsur ,maka akan dapat ditentukan elektron valensinya. Misal:
19K : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
n terbesar = 4
subkulit 4s mempunyai 1 elektron sehingga elektron valensi 19K = 1
Elektron yang terletak pada subkulit yang mempunyai energi terbesar dinamakan elektron terakhir . Ini dikarenakan elektron tersebut diletakkan paling terakhir berdasarkan aturan Hund . Konfigurasi elektron terakhir dapat digunakan untuk menentukan nomor atom suatu unsur.
B. Sistem Periodik Unsur
1. Tabel Periodik Panjang
Sistem periodik bentuk panjang diperkenalkan oleh Henru G.J. Moseley. Moseley menyusun sistem periodik berdasarkan nomor atom. Dalam tabel periodik panjang unsur-unsur dibagi atas golongan,periode,dan golongan aktinida dan lantanida. Kesemuanya disusun dalam tabel periodik unsur.
a. Golongan
Golongan pada tabel periodik unsur menyatakan jumlah elektron yang terdapat dalam kulit terluar (elektron valensi). Unsur-unsur yang mempunyai elektron valensi sama akan menempati golongan yang sama. Dalam tabel periodik unsur terdapat delapan golongan. Setiap golongan dibedakan sebagai berikut.
1) Golongan utama yaitu golongan IA sampai dengan VIIIA.
2) Golongan transisi yaitu golongan IB sampai dengan VIIIB.
b. Periode
Periode dalam tabel periodik menyatakan banyaknya kulit atom yang dimiliki oleh unsur yang bersangkutan. Periode disusun dalam baris-baris mendatar dan disusun berdasarkan kenaikan nomor atom. Periode dalam tabel periodik panjang dibedakan menjadi empat sebagai berikut.
1) Periode pendek yaitu periode 1,2, dan 3.
2) Periode panjang yaitu periode 4 dan 5.
3) Periode sangat panjang yaitu periode 6.
4) Periode belum lengkap yaitu periode 7.
c. Golongan Aktinida dan Lantanida
Unsur Lantanida(La) terletak pada periode 6. Unsur-unsur yang sifatnya mirip dengn unsur lantanida disebut unsur-unsur lantanida. Unsur-unsur lantanida terletak pada golongan IIIB periode 6.
Unsur Aktinida (Ac) terletak pada periode 7. Unsur-unsur yang sifatnya mirip dengan unsur aktinida disebut unsur-unsur aktinida. Kedua golongan unsur ini dinamakan unsur-unsur transisi dalam atau unsur transuran.
2. Hubungan Sistem Periodik dengan Konfigurasi Elektron
Telah dijelaskan sebelumnya bahwa tabel periodik modern disusun berdasarkan kenaikan nomor atom dan kemiripan sifat. Nomor atom menyatakan jumlah elektron. Sementara itu, sebaran elektron dalam atom dinyatakan dengan konfigurasi elektron.
a. Periode
Tabel periodik panjang terdiri atas 7 periode. setiap periode dimulai dengan pengisian orbital ns dan diakhiri orbital np dengan konfigurasi penuh. Dengan demikian,periode dinyatakan dengan jumlah kulit. Nomor periode di atas ke bawah menunjukkan bilangan kuantum utama terbesar yang dimiliki oleh atom ujnsur yang bersangkutan. Oleh karena itu, Periode 1 memiliki n = 1,periode 2 memiliki n=2, dan seterusnya.
contoh:
Unsur 42Mo konfigurasi elektronnya 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d5 atau [Kr] 5s1 4d5
Kulit terbesar n=5,sehingga 42Mo dalam tabel periodik unsur berada pada periode 5.
Pembagian periode dalam tabel periodik panjang sebagai berikut.
1. Periode Pendek
Periode pendek terdiri atas periode 1,2,dan 3. Periode 1 terdiri atas 2 unsur dan periode 2 terdiri atas 8 unsur. Pada periode 2, elektron mulai mengisi orbital 2s dan orbital 2p hingga penuh. Sementara itu, periode 3 terdiri atas 8 unsur,tempat elektron mengisi orbital 3s dan 3p hingga penuh.
2. Periode Panjang
Periode panjang terdiri atas periode 4,5,dan 6. Elektron pada periode 4 mulai mengisi orbital 4s sampai dengan 4p, dengan tetap memperhatikan aturan Aufbau. Oleh karenanya setelah orbital 4s terisi penuh, elektron kemudian mengisi 3d baru 4p.
Pada periode 5, elektron mulai mengisi orbital 5s kemudian 4d,baru ke orbital 5p,kecuali pada pengisian orbital penuh dan setengah penuh seperti pada unsur Mo dan Ag.
Pengisian elektron untuk unsur-unsur pada periode 6, setelah orbital 6s terisi penuh elektron, kemudian elektron mengisi 1 orbital 5d baru ke orbital 4f. Pengisian orbital ini menghasilkan konfigurasi unsur-unsur lantanida. Selanjutnya elektron kembali mengisi orbital 5d dan akhirnya 6p. Setelah orbital 7s terisi penuh ,elektron mengisi 1 orbital 6d, kemudian 5f baru orbital 5d.
b. Golongan
Tabel periodik panjang terdiri atas 8 golongan yang terbagi menjadi 2 golongan yaitu golongan utama (A) dan golongan transisi (B). Nomor golongan ditentukan oleh jumlah elektron valensinya.
Berdasarkan letak elektron terakhir pada orbital dalam konfigurasi elekronnya, unsur-unsur dalam tabel periodik dibagi menjadi 4 blok yaitu blok s,p,d, dan f.
1. Blok s
Blok s ditempati oleh unsur-unsur golongan IA,IIA,dan helium. Konfigurasi elektron unsur-unsur blok s berakhir di orbital s.
Contoh: 19K : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
n terbesar : 4 → periode 4
jumlah elektron pada subkulit s = 1 → golongan IA
2. Blok p
Blok p ditempati oleh unsur-unsur golongan IIIA hingga VIIIA. Konfigurasi unsur-unsur ini berakhir di orbital p.
Contoh: 5B : 1s2 2s2 2p1
n terbesar : 2 → periode 2
Jumlah elektron pada subkulit s + p = 3 → golongan IIIA
3. Blok d
Blok d ditempati oleh unsur-unsur golongan transisi (B). Konfigurasi elektron unsur-unsur blok d berakhir di orbital d. Nomor golongsn unsur-unsurblok d ditentukan oleh banyaknya elektron pada subkulit d terakhir ditambah dengan elektron pada subkulit s terdekat subkulit d terakhir , dengan ketentuan sebagai berikut.
a) jika jumlah elektron pada subkulit d terakhir dan elektron pada subkulit s terdekat kurang dari 8,nomor golongannya adalah jumlah elektron tersebut.
b) Jika jumlah elektron pada subkulit d terakhir dan subkulit s terdekat = 8,9, atau 10 unsur yang bersangkutan termasuk golongan VIIIB
c) Jika jumlah elektron pada subkulit d terakhir dan subkulit s terdekat lebih dari 10, nomor golongan unsur yang bersangkutan diperoleh dari jumlah (d + s) - 10
4. Blok f
blok f ditempati oleh unsur-unsur golongan lantanida dan aktinida. Konfigurasi elektron terakhir unsur-unsur blok f terletak pada subkulit f. Jika harga n terbesar dalam konfigurasi elektron = 6 (periode 6) maka unsur tersebut merupakan golongan lantanida. Jika n terbesar dalam konfigurasi elektron = 7 (periode 7) maka unsur tersebut merupakan golongan aktinida
Contoh: 56Pr = [Xe] 6s2 4f3
n terbesar : 6 →periode 6 →lantanida
LATIHAN SOAL
1.Teori atom mekanika gelombang dikemukaan oleh…
a.Max planck d. Louis de broglie
b.Bohr e. Schrodinger
c.Heisenberg
2.Berikut ini yang tidak terletak pada golongan IA adalah…
a.3A d. 19D
b.6B e.37E
c.11C
3.Bilangan kuantum azimuth menyatakan…
a.Kulit utama
b.Orbitalnya
c.Sub kulitnya
d.Spin
e.Arah rotasi
4.Unsur A dengan nomor atom 29 terletak pada blok…
a.S d. f
b.P e. g
c.D
5.Konfigurasi elektron A2- =1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 . Nomor atom A adalah…
a.14 d. 20
b.16 e. 33
c.18
6.Atom M mempunyai konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p4 , atom oksigen cenderung membentuk ion…
a.O2+ d.O2-
b.O+ e. O–
c..O3+
7.Unsur yang elektron terakhirnya memiliki bilangan kuantum n =3, l=2, m=-2, s= +1/2 dalam system periodik terletak dalam periode ke…
a.4 golongan IVB d. 3 golangan IIB
b.3 golongan IIIB e. 4 golongan IIIB
c.4 golongan IIB
8.Kelompok unsur 21A, 25B, 39C, 40D, dan 47E, unsur – unsur yang terletak dalam satu periode adalah….
a.A, B dan C d. B, C dan D
b.A, C dan E e. C, D dan E
c.A, D dan C
9.Bilangan kuantum dari 34A adalah…
a.n= 4, l = 1, m=-1, s=-1/2
b.n= 3, l= 1, m=-1, s=+1/2
c.n= 3, l= 2, m=+1, s=-1/2
d.n= 4, l= 2, m=+1, s=+1/2
e.n= 4, l= 1, m=+1, s=+1/2
10.Unsur N yang terletak pada periode 4 golongan IVA mempunyai masa 49 maka tentukan jumlah neutronya…
a. 32 d. 16
b. 33 e. 18
c. 17
11.Unsur B konfigurasi elektron terakhirnya adalah 5p5 maka dalam SPU terletak pada….
a.Golongan VA periode 5 d. Golongan IIIA periode 4
d.GolonganVIIA periode 5 e. Golongan IIIA peiode 6
e.Golongan VB periode 5
12. Konfigurasi elektron 26X yang benar adalah…
a. [Ar] 4s2 3d1 d. [Ar] 4s1 3d7
b. [Ar] 4s2 3d5 e. [Ar] 3s2 3d10
c. [Ar] 4s2 3d6
13. Jumlah minimum energi atau momentum sudut yang dapat diubah dari suatu sistem disebut…
a. Radiasi elektromagnetik d. Spin
b. Medan magnet e. Unsur-unsur transisi
c. Kuantum
14. Suatu atom pada elektron terakhirnya mempunyai bilangan kuantum sebagai berikut n=3,
l=1, n=0, s=+1/2, atom tersebut mempunyai jumlah electron sebanyak…
a. 20 d . 17
b. 11 e. 24
c. 18
15. Banyaknya elektron maksimum yang dapat menempati kulit Ladalah…
a. 2 elektron d. 32 elektron
b. 8 elektron e. 48 elektron
c. 16 elektron
16. Banyaknya sub kulit tergantung pada bilangan kuantum…
a. Azimuth d. Magnetik
b. Utama e. Kulit
c. Spin
17. “Tidak ada 2 elektron dengan ke-4 bilangan kuantum yang sama”.Pernyataan tersebut
merupakan pernyataan dari…
a.Hund d. Bohr
b.Pauli e. Erwin Schrodinger
c.Auf Bau
18. Konfigurasi berikut ini yang menunjukkan konfigurasi elektron dari unsurgolongan lantanida adalah…
a. [Ar] 4s2 3d10 d. [Rn] 7s2 4f4
b. [Kr] 5s2 4d2 e. [Kr] 5s2 4d10 4p2
c. [Xe] 6s2 4f4
19. Elektron dalam mengelilingi inti berada pada tingkat energi (lintasan) tertentu merupakan pernyataan dari…
a. De Broglie d. Aufbau
b. Bohr e. Max Planck
c. W. Heisenberg
20.Banyaknya elektron maksimum pada kulit N adalah……elektron
a. 32 d. 24
b. 18 e. 2
c. 8
