ATOM, MOLEKUL DAN ION

(Chapter 2.1 - 2.4)

 2.1 Teori Atom 

 

    Pada abad kelima masehi, seorang filsuf Yunani bernama Democritus menyatakan keyakinannya bahwa semua materi terdiri dari partikel-partikel yang sangat kecil dan tidak dapat dibagi lagi, yang ia beri nama atomos (yang berarti tidak dapat dibagi atau tidak dapat dipecah/hancur). Walaupun gagasan Democritus tidak diterima oleh banyak orang sezamannya (terutama Plato dan Aristoteles), tetapi pendapat tersebut masih bertahan.

     Bukti eksperimental dari penyelidikan ilmiah awal abad delapan belas memberikan dukungan untuk gagasan "atomisme", kemudian secara bertahap memunculkan definisi modern unsur dan senyawa.  

 Teori Atom Dalton 

        Pada tahun 1808, seorang ilmuwan dan guru sekolah Inggris bernama John Dalton memformulasikan definisi yang tepat tentang satuan penyusun materi yang tidak dapat dibagi lagi yang disebut atom.

       John Dalton mengemukakan teori atom didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum susunan tetap (hukum prouts) dan hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier).

Menurut Prouts: “Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap.”

Menurut Lavosier: “Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi”.

     Karya Dalton menandai awal dari era kimia modern. Hipotesis tentang sifat materi yang menjadi dasar teori atom Dalton dapat diringkas sebagai berikut

1. Unsur-unsur tersusun dari partikel-partikel sangat kecil yang disebut atom. 
2. Semua atom dari unsur yang sama adalah identik, memiliki ukuran, massa, dan sifat kimia yang sama. Atom-atom suatu unsur berbeda dari atom-atom unsur lainnya. 
3. Senyawa tersusun atas atom-atom lebih dari satu unsur. Dalam senyawa apa pun, rasio jumlah atom dari dua unsur yang ada adalah bilangan bulat sederhana. 
4. Reaksi kimia hanya melibatkan pemisahan, kombinasi, atau penataan ulang atom; atom tidak dapat diciptakan ataupun dihancurkan. 

         Dari gambar di atas dijelaskan teori atom Dalton, atom dari unsur yang sama adalah identik, tetapi atom dari suatu unsur berbeda dengan atom semua unsur lainnya. (b) Senyawa terbentuk dari atom unsur X dan Y. Dalam hal ini, rasio atom unsur X dan atom unsur Y adalah 2:1. Perhatikan bahwa reaksi kimia hanya menghasilkan penataan ulang atom, bukan dalam penghancuran atau penciptaannya.

Berdasarkan dari kedua hukum tersebut, john Dalton mengemukakan pendapatnya tentang teori atom sebagai berikut:

• Atom adalah bagian terkecil dari materi yang tidak dapat dibagi-bagi lagi.
• Atom digambarkan sebagai bola pejal yang memiliki ukuran sangat kecil.
• Atom-atom bergabung dan terbentuk senyawa. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen

     Teori Dalton menjelaskan hukum perbandingan berganda cukup sederhana: Senyawa berbeda yang terdiri dari unsur-unsur yang sama berbeda dalam jumlah atom dari setiap jenis yang bergabung. Sebagai contoh, karbon membentuk dua senyawa stabil dengan oksigen, yaitu karbon monoksida dan karbon dioksida. Teknik pengukuran modern menunjukkan bahwa satu atom karbon bergabung dengan satu atom oksigen dalam karbon monoksida dan dengan dua atom oksigen dalam karbon dioksida. Dengan demikian, rasio oksigen dalam karbon monoksida terhadap oksigen dalam karbon dioksida adalah 1:2. Hasil ini konsisten dengan hukum perbandingan berganda

Hipotesis dalton adalah cara lain untuk menyatakan hukum kekekalan massa, yaitu bahwa materi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan. Karena materi tersusun dari atom yang tidak berubah selama reaksi kimia, maka massanya juga harus tetap. Pandangan jenius Dalton tentang sifat materi adalah stimulus utama bagi kemajuan pesat kimia selama abad kesembilan belas.

 

Kelebihan: Mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom.

Kelemahan: Teori atom menurut Dalton ini belum mampu menerangkan bahwa larutan dapat menghantarkan arus listrik. 

 Berikut beberapa contoh atom pada tabel di bawah ini:

No	Lambang	Nama
1	H	Hidrogen
2	Li	Litium
3	Na	Natrium
4	K	Kalium
5	Rb	Rubidium
6	Be	Berilium
7	Ca	Kalsium
8	Sr	Stronsium
9	B	Boron
10	Al	Aluminium
11	C	Karbon
12	Si	Silikon
13	Sn	Timah
14	Pb	Timbal
15	N	Nitrogen
16	P	Fosfor
17	O	Oksigen
18	S	Belerang
19	F	Fuor
20	Cl	Klor

 2.2 Struktur Atom

        

Elektron

       Sebuah tabung sinar katoda dengan medan listrik yang tegak lurus terhadap arah sinar katoda dan medan magnet eksternal. Simbol N dan S menunjukkan kutub magnet utara dan selatan. Sinar katoda akan menghantam ujung tabung di A di hadapan medan magnet, di C di hadapan medan listrik, dan di B ketika tidak ada medan eksternal yang hadir atau ketika efek medan listrik dan medan magnet saling menghilangkan.

       Dalam beberapa percobaan, dua pelat bermuatan listrik dan magnet ditambahkan ke bagian luar tabung sinar katoda. Ketika medan magnet hidup dan medan listrik mati, sinar katoda mengenai titik A. Ketika hanya medan listrik yang menyala, sinar tersebut mengenai titik C.Ketika medan magnet dan listrik mati atau ketika keduanya hidup Tetapi seimbang sehingga mereka membatalkan pengaruh satu sama lain, sinar tersebut mengenai titik B. Menurut teori elektromagnetik, benda bermuatan bergerak berperilaku seperti magnet dan dapat berinteraksi dengan medan listrik dan magnet yang dilaluinya. Karena sinar katoda ditarik oleh pelat yang membawa muatan positif dan ditolak oleh pelat yang membawa muatan negatif, ia harus terdiri dari partikel bermuatan negatif. Kita tahu partikel bermuatan negatif ini sebagai elektron. Gambari bawah menunjukkan pengaruh magnet batang pada sinar katoda.

 (a) Suatu sinar katoda yang dihasilkan dalam tabung vakum. Sinar itu sendiri tidak terlihat, tetapi fluoresensi lapisan seng sulfat pada kaca menyebabkannya tampak hijau. (b) Sinar katoda dibelokkan ke bawah ketika sebuah batang magnet dibawa ke arahnya. (c) Ketika polaritas magnet terbalik, sinar membelok ke arah yang berlawanan.

        Seorang fisikawan Inggris bernama J. J. Thomson menggunakan tabung sinar katoda dan pengetahuannya tentang teori elektromagnetik untuk menentukan rasio muatan listrik terhadap massa elektron secara individu. Angka yang didapatkan adalah -1,759 x 10⁸ coulomb/gram, di mana C adalah singkatan dari coulomb, yang merupakan satuan muatan listrik. 

        Setelah itu, dalam serangkaian percobaan yang dilakukan antara tahun 1908 dan 1917, R. A. Millikan berhasil mengukur muatan elektron dengan ketepatan yang tinggi. Karyanya membuktikan bahwa muatan pada setiap elektron sama persis. Dalam eksperimennya, Millikan memeriksa gerakan tetesan kecil minyak yang bermuatan listrik statis dari ion di udara. Dia menangguhkan tetesan minyak di udara dengan menerapkan medan listrik serta mengikuti gerakan Animasi mereka melalui mikroskop. Menggunakan pengetahuannya tentang elektrostatik, Millikan menemukan muatan elektron adalah -1,6022 x 10⁻¹⁹ coulomb. Dari data ini ia menghitung massa elektron:

massa elektron =              muatan

                                      muatan/massa

                             =        -1.6022 X 10^-19 C 

                                     -1.76 X 10^8 C/g

                             =       9.10 X 10^-28 g

.

Radioaktivitas

          Tahun 1895, Wilhelm Rontgen memerhatikan sinar katoda menyebabkan kaca dan logam memancarka sinar yang sangat tidak biasa. Karena sinar ini tidak bisa dibelokkan oleh magnet, membuktikan bahwa sinar ini tidak mengandung partikel bermuatan seperti sinar katoda. Rontgen menyebutnya dengan sinar x karena sifatnya yang tidak diketahui. Kemudian, Antoine Becquerel dan salah satu siswanya menemukan bahwa, seperti sinar X, sinar dari senyawa uranium sangat energik dan tidak bisa dibelokkan oleh magnet, tetapi berbeda dengan sinar X karena muncul secara spontan. Sejak itu, setiap elemen yang secara spontan memancarkan radiasi disebut radioaktif.

        Tiga jenis sinar yang dipancarkan oleh unsur radioaktif. sinar β terdiri dari partikel bermuatan negatif (elektron) dan karena itu tertarik oleh pelat bermuatan positif. Kebalikannya berlaku untuk sinar α bermuatan positif dan tertarik ke pelat bermuatan negatif. Karena sinar γ tidak memiliki muatan, jalurnya tidak terpengaruh oleh medan listrik eksternal.

Tiga jenis sinar yang dihasilkan oleh peluruhan atau pemecahan zat radioaktif seperti uranium (gambar 2.5). 

a. Sinar alfa (α) terdiri dari partikel bermuatan positif, disebut partikel α, dan karena itu dibelokkan oleh pelat bermuatan positif. 

b. Sinar beta (β), atau βpartikel, adalah elektron dan dibelokkan oleh pelat bermuatan negatif. 

c. sinar gamma (γ), Jenis radiasi radioaktif ketiga terdiri dari sinar berenergi tinggi seperti sinar X, sinar tidak memiliki muatan dan tidak dipengaruhi oleh medan luar.

Proton dan Inti

        Pada awal 1900-an, dua sifat atom menjadi jelas: atom mengandung elektron, dan bersifat netral secara muatan. Untuk menjaga netralitas muatannya, atom harus mengandung muatan positif dan negatif dalam jumlah yang sama. Oleh karena itu, Thomson mengusulkan bahwa atom dapat dianggap sebagai lingkup materi positif yang seragam di mana elektron tertanam seperti kismis dalam kue. Model "plum-pudding" adalah model yang diterima selama beberapa tahun.

.

        Pada tahun 1910, Ernest Rutherford, melakukan penyelidikan menggunakan partikel alfa untuk menyelidiki struktur atom. Rutherford dan dua rekannya melakukan serangkaian percobaan menggunakan lembaran emas tipis dan logam lain sebagai target partikel alfa dari sumber radioaktif. Rutherford kemudian menjelaskan bahwa "sebagian besar atom pasti merupakan ruang kosong. Ini menjelaskan mengapa sebagian besar partikel α melewati lembaran emas dengan sedikit atau tanpa defleksi. Muatan positif atom, menurut Rutherford, semuanya terkonsentrasi di inti, yang merupakan inti pusat padat di dalam atom. Ketika sebuah partikel α mendekati inti dalam percobaan hamburan, ia mengalami gaya tolak yang besar dan karena itu terjadi defleksi yang besar. Selain itu, partikel aα yang bergerak langsung menuju inti akan ditolak sepenuhnya dan arahnya akan dibalik."

Neutron

     Model struktur atom Rutherford meninggalkan satu masalah besar yang tidak terpecahkan. Diketahui bahwa hidrogen, atom paling sederhana, hanya mengandung satu proton dan atom helium mengandung dua proton. Oleh karena itu, perbandingan massa atom helium dengan atom hidrogen harus 2: 1. (Karena elektron jauh lebih ringan daripada proton, kontribusinya terhadap massa atom dapat diabaikan.) Namun kenyataannya, rasionya adalah 4: 1.  Setelah beberapa percobaan yang dibuktikan oleh James Chadwick dan didapatkan dalam inti helium ada dua proton dan dua neutron, tetapi dalam inti hidrogen hanya ada satu proton dan tidak ada neutron, oleh karena itu, rasionya adalah 4:1.

         Gambar di atas menunjukkan lokasi partikel dasar (proton, neutron, dan elektron) dalam sebuah atom. Ada partikel subatom lainnya, tetapi elektron, proton, dan neutron adalah tiga komponen fundamental dari atom yang penting dalam kimia.

 2.3 Nomor Atom, Nomor Massa, Isotop

      Nomor atom (Z) adalah jumlah proton dalam inti setiap atom unsur. Dalam atom netral jumlah proton sama dengan jumlah elektron, sehingga nomor atom juga menunjukkan jumlah elektron yang ada dalam atom netral.

      Nomor massa (A) adalah jumlah total neutron dan proton yang ada dalam inti atom suatu unsur. Kecuali untuk hidrogen, yang memiliki satu proton dan tidak ada neutron, semua inti atom mengandung proton dan neutron. Secara umum, nomor massa diberikan oleh

nomor massa     = jumlah proton + jumlah neutron

        = nomor atom + jumlah neutron

Jumlah neutron dalam atom sama dengan selisih antara nomor massa dan nomor atom atau (A-Z). 

      Isotop adalah atom yang memiliki nomor atom yang sama tetapi nomor massa yang berbeda. Atom-atom suatu unsur yang diberikan tidak semuanya memiliki massa yang sama. Sebagian besar unsur memiliki dua atau lebih isotop.

Rumusnya :.

Contoh soal: Tentukan jumlah proton, elektron, dan netron pada atom oksigen berikut.

 

 

Jawab:
Nomor masa, A = 16
Nomor atom, Z = 8
Jumlah proton, p = Z = 8
Jumlah elektron, e = Z = 8
Jumlah netron, n = A – Z = 16 – 8 = 8
Jadi jumlah proton 8, jumlah elektron 8, dan jumlah netron 8.

  2.4 Tabel Periodik

         Tabel periodik adalah alat yang berguna yang menghubungkan sifat-sifat unsur dengan cara yang sistematis dan membantu kita untuk membuat prediksi tentang sifat kimia.   .

        Tabel periodik modern di mana unsur-unsur disusun berdasarkan nomor atom  (ditunjukkan di atas simbol unsur) dalam baris horisontal yang disebut periode dan dalam kolom vertikal yang dikenal sebagai golongan, sesuai dengan kesamaan dalam sifat kimianya. 

        Unsur-unsur dapat dibagi menjadi tiga kategori-logam, non logam, dan metaloid. Sebuah logam adalah konduktor panas dan konduktor listrik yang baik, sementara non logam biasanya merupakan konduktor panas dan listrik yang buruk. Metaloid memiliki sifat-sifat yang bersifat intermediet antara logam dan non logam. menunjukkan bahwa sebagian besar unsur yang dikenal adalah logam; hanya 17 unsur non logam, dan 8 unsur adalah metaloid. Dari kiri ke kanan sepanjang periode, sifat fisika dan sifat kimia unsur-unsur berubah secara bertahap dari logam menjadi non logam.

        Tabel periodik modern.Unsur-unsur disusun menurut nomor atom (di atas simbol-simbolnya). Dengan pengecualian hidrogen (H), non logam yang terletak di ujung kanan tabel. Dua baris logam di bawah kerangka utama tabel secara konvensional ditetapkan untuk menjaga tabel agar tidak terlalu lebar. Sebenarnya, cerium (Ce) harus mengikuti lanthanum (La), dan thorium (Th) harus berada tepat setelah actinium (Ac). Penunjukan golongan 1–18 telah direkomendasikan oleh International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) tetapi belum digunakan secara luas. Dalam teks ini, digunakan notasi AS standar untuk nomor golongan (1A – 8A dan 1B – 8B). Belum ada nama yang ditetapkan untuk unsur 112–116, dan 118. Unsur 117 belum disintesis.

     Format tabel periodik:

1. Masing-masing unsur terdapat dalam satu kotak yang berisi nomor atom, lambang unsur, dan nomor massa. Kotak-kotak tersebut berurut dari kiri ke kanan berdasarkan kenaikan nomor atom.
2. Kotak-kotak tersebut tersusun membentuk barisan horizontal (periode) dan barisan vertikal (golongan). Setiap periode diberi nomor dari 1 hingga 7. Setiap golongan diberi nomor dari 1 hingga 8 dengan huruf A atau B. Pada sistem IUPAC baru, setiap golongan diberi nomor dari 1 hingga 18 tanpa huruf A atau B. Unsur-unsur dalam satu golongan yang sama pada tabel periodik akan memiliki kemiripan sifat.
3. Unsur-unsur golongan 1A−8A (golongan 1−2, 13−18) merupakan unsur golongan utama. Unsur-unsur golongan 1B−8B (golongan 3−12) merupakan unsur logam transisi. Dua deret unsur di bagian bawah, yakni lanthanida dan aktinida, disebut unsur logam transisi dalam.