E Learning MAN 1 Medan: Struktur Atom

Kompetensi

Setelah mempelajari materi ini, Anda diharapkan mampu:
1. Mendeskripsikan melalui gambar/model tentang perkembangan teori model atom
2. Mendeskripsikan melalui gambar dan menjelaskan partikel dasar atom
3. Menjelaskan hubungan partikel dasar atom denga nomor atom dan nomor massa
4. Menentukan jumlah proton, neutron, elektron, nomor atom dan nomor massa dalam suatu atom
5. Menentukan konfigurasi elekton dan elektron valensi suatu unsur
6. Mengidentifikasi perbedaan unsur-unusr yang saling berisotop, isobar, dan isoton
7. Menentukan massa atom relatif suau unsur

Materi

Perkembangan Teori Atom

Teori Atom Dalton

Dalton Seorang filsafat Yunani, Leucippus, berpendapat bahwa materi tersusun atas butiran-butiran kecil. Pendapat ini dikembangkan oleh muridnya, Democritus, yang menyatakan bahwa materi tersusun atas partikel-partikel yang tak dapat dibagi lagi, yaitu atom.

John Dalton membuktikan pemikiran filsafat Yunani tersebut dengan menyatakan bahwa pemikiran Democritus tidak bertentangan dengan Hukum Kekekalan Massa dan Hukum Perbandingan Tetap.

John Dalton

Kemudian pada tahun 1803 John Dalton mengemukakan teori atomnya:

Materi tersusun dari partikel-partikel terkecil yang disebut atom.
Unsur adalah materi yang tersusun dari atom-atom yang sejenis dengan massa dan sifatnya sama.
Unsur yang berbeda memiliki atom-atom dengan massa dan sifat yang berbeda.
Senyawa adalah materi yang tersusun minimal 2 jenis atom dari unsur-unsur berbeda, dengan perbandingan tetap dan tertentu. Dalam senyawa, atom-atom berikatan melalui ikatan antar atom.
Atom tidak dapat dimusnahkan. Reaksi kimia hanyalah penataan ulang atom-atom yang bereaksi.

Model Atom Dalton

Seiring perkembangan teknologi, teori atom Dalton terbukti tidaklah sepenuhnya benar. Penelitian selanjutnya mengarah bahwa ternyata atom dapat dibagi menjadi bagian-bagian kecil lain yang merupakan partikel dasar atom itu sendiri yaitu proton, elektron baru disusul neutron. Artinya atom bukanlah bagian terkecil dari suatu materi.

Model Atom Dalton

Teori Atom J.J. Thomson

Setelah penemuan proton oleh Goldstein di tahun 1886 dan elektron oleh J.J. Thomson di tahun 1897. Kemudian pada tahun 1898 J.J Thomson mengemukakan model atomnya. Model atom Thomson menyatakan bahwa atom berbentuk bulat dimana muatan listrik positif yang tersebar merata dalam atom dinetralkan oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif yang berada di antara muatan positif.

J.J Thomson

Model atom Thomson

Model atom Thomson didasarkan pada asumsi bahwa massa elektron lebih kecil dari massa atom, dan elektron merupakan partikel penyusun atom. Karena atom bermuatan netral, maka elektron yang bermuatan negatif akan menetralkan suatu muatan positif dalam atom. Hal ini mendukung keberadaan proton dalam atom.

Model Atom J.J Thomson

Model atom Thomson diuji oleh penelitian yang dilakukan oleh Philipp Lenard pada tahun 1903, yang mempelajari tentang pengaruh fotolistrik. Ia mengamati perilaku elektron yang menembus lempeng alumunium yang sangat tipis dengan cara memodifikasi tabung sinar katode dan menempatkan lempeng tersebut di dalamnya. Jika model atom Thomson benar, maka akan ada banyak berkas elektron yang dibelokkan setelah menembus lempeng alumunium, hal ini disebabkan elektron telah kehilangan energi yang banyak karena menabrak elektron yang tersebar merata dalam muatan positif atom.

Akan tetapi, ia mengamati bahwa sebagian besar elektron tidak dibelokkan. Hal ini membuktikan bahwa model atom Thomson yang menyatakan bahwa elektron tersebar merata dalam muatan positif atom, adalah tidak benar.

Teori Atom Rutherford

Pada tahun 1911 Ernest Rutherford bermaksud melanjutkan penelitian Philipp Lenard, hanya saja Rutherford mengganti partikel elektron dengan partikel dan lempeng alumunium dengan lempeng emas.

Setelah penembakan partikel terhadap lempeng emas, Rutherford menyimpulkan:

Sebagian besar ruang dalam atom adalah ruang hampa/kosong. Hal ini didasarkan adanya berkas partikel yang tidak dibelokkan atau tetap diteruskan.
Adanya suatu bagian yang sangat kecil dan padat dalam atom yang disebut inti atom. Hal ini dibuktikan oleh partikel yang dipantulkan kembali oleh atom dengan jumlah yang kecil.
Adanya muatan inti yang sejenis dengan muatan partikel yaitu muatan positif (proton). Hal ini didasarkan adanya berkas partikel yang dibelokkan akibat terjadi gaya tolak-menolak dengan muatan listrik yang sejenis.

Hasil penelitian Rutherford sekaligus menggantikan model atom Thomson, Rutherford mengajukakan model atom yang menyatakan bahwa atom tersusun dari inti yang bermuatan positif dikelilingi oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif, seperti planet mengelilingi matahari. Massa atom terpusat pada inti dan sebagian besar volum atom merupakan ruang hampa/kosong. Karena atom bersifat netral, maka jumlah muatan positif dalam inti (proton) harus sama dengan jumlah elektron.

Tidak beberapa lama Rutherford mengajukan model atomnya, ternyata terdapat beberapa kelemahan. Model atom Rutherford bersifat tidak stabil karena bertentangan dengan hukum fisika klasik Maxwell. Berdasarkan hukum tersebut, jika ada partikel bermuatan (elektron) mengelilingi inti atom yang memiliki muatan yang berlawanan (proton) maka elektron akan memiliki percepatan dan memancarkan energi berupa gelombang elektromagnetik, dengan demikian lama kelamaan elektron akan kehilangan energinya. Akibatnya, jari-jari lintasan semakin kecil, hingga suatu saat elektron akan bergabung inti atom. Padahal kenyataannya, atom bersifat stabil sehingga elektron tidak bergabung dengan inti atom.

Selang waktu 2 tahun dari penelitian Rutherford, pada tahun 1913, Niels Bohr berhasil memperbaiki kelemahan model atom Rutherford, melalui percobaannya terhadap spektrum atom hidrogen.

Bohr berpendapat jika elektron bergerak mengelilingi inti atom berbentuk spiral (seperti yang disampaikan Rutherford) adalah benar, maka energi yang dipancarkan elektron akan menghasilkan spektrum yang bersifat kontinu. Akan tetapi, hasil pengamatan Bohr terhadap spektrum atom menggunakan spektrometer bahwa spektrum bersifat diskrit (terputus-putus). Hal ini menandakan bahwa elektron hanya memancarkan energi dengan panjang gelombang tertentu atau dengan besaran energi tertentu.

Teori Atom Bohr

Bohr Sehingga menurut Bohr, adanya spektrum yang bersifat diskrit menandakan bahwa elektron berada pada lintasan-lintasan tertentu berdasarkan tingkat energinya. Hal ini dibuktikan dengan menggunakan teori kuantum Planck, hingga akhirnya Bohr mengemukakan postulatnya menjelaskan kestabilan atom dan spektrum atom hidrogen.

Setiap elektron dalam atom mengelilingi inti dalam lintasan tertentu yang stationer disebut orbit/kulit.
Elektron dapat berpindah dari kulit yang satu ke kulit yang lain dengan memancarkan atau menyerap energi.

Niels Bohr

Model atom Bohr dapat menjelaskan kestabilan atom dan spektrum atom hidrogen. Akan tetapi model ini mempunyai beberapa kelemahan, antara lain:

Hanya dapat menjelaskan spektrum atom hidrogen dengan akurat, belum dapat menjelaskan spektrum atom yang lebih kompleks.
Asumsi elektron mengelilingi inti atom dalam lintasan lingkaran belum tentu benar, dapat saja berbentuk elips.
Belum dapat menjelaskan adaya garis halus pada spektrum atom hidrogen.

KONFIGURASI ELEKTRON
Model atom Bohr memperkenalkan adanya kulit atom sebagai lintasan elektron mengelilingi inti atom dengan tingkat energi tertentu.Perhatikan gambar 1 disamping, inti atom dikelilingi oleh elektron yang tersebar di tiga kulit dengan jumlah elektron disetiap kulit berbeda-beda. Bohr menyatakan bahwa lapisan kulit tersusun berdasarkan urutan tingkat energinya, artinya kulit K memiliki tingkat energi paling rendah jika dibandingkan kulit L dan dan kulit M. Susunan elektron dalam kulit-kulit elektron disebut sebagai konfigurasi elektron.

Kulit atom selanjutnya disimbolkan dengan n, berturut-turut n = 1, n = 2, n = 3 dinamakan kulit K, L, M, dst., dengan jumlah elektron maksimal disetiap kulitnya mengikuti persamaan

Konfigurasi elektron menurut Bohr

ELEKTRON VALENSI
Elektron valensi adalah jumlah elektron pada kulit atom terluar. Unsur-unsur yang memiliki jumlah elektron valensi memiliki kemiripan sifat kimia. Kesamaan elektron valensi beberapa unsur

Unsur-unsur Li, Na dan K memiliki kemiripan sifat kimia, begitu juga F, Cl dan Br.

Pendahuluan

rut

Model atom J.J Thomson Rutherford Niels Bohr

Tahukah Anda kalau pengamatan suatu atom tidak dapat dilakukan dengan mata telanjang melainkan berdasarkan pengamatan jejak, warna nyala dan difraksi atom yang sudah tentu membutuhkan teknologi. Perkembangan teknologi telah mengubah segalanya, bermula dari sekedar teori sampai pembuktian bentuk atom yang nyata hingga pembuktian bentuk atom berdasarkan spektrum atom hidrogen.

Teori atom bermula dari pemikiran filsuf yunani yakni Democritus dan kemudian dibuktikan oleh John Dalton berdasarkan hukum kekekalan massa dan hukum perbandingan tetap. Teori atom Dalton ini mendorong penelitian tentang adanya partikel dasar penyusun atom yaitu proton, elektron dan neutron. Berdasarkan penemuan tersebut, Rutherford mengemukakan model atom berdasarkan percobaan penembakan sinar terhadap lempeng emas.

Kelemahan model atom Rutherford pun disempurnakan oleh Niels Bohr melalui penelitiannya pada spektrum atom hidrogen, hingga Niels Bohr mengemukakan postulatnya tentang model atom .

Partikel Dasar Atom

ELEKTRON
Teori atom Dalton menyatakan bahwa atom merupakan bagian terkecil dari materi. Pada kenyataannya, atom dapat dibagi menjadi partikel penyusunnya yaitu elektron, neutron dan proton. Hal ini dibuktikan berdasarkan penelitian tentang arus listrik pada gas bertekanan rendah. Penelitian dimulai pada tahun 1855 oleh Heinrich Geissler, yang berhasil merancang tabung gelas bertekanan rendah yang disebut tabung Geissler. Pada tahun 1859, Julius Plucker menggunakan tabung Geissler alam percobaan elektrolisis gas, didalam tabung ia memasang 2 plat elektrode, elektrode pada kutub positif disebut anode, sedangkan elektrode pada kutub positif disebut katode. Setelah diberi tegangan tinggi, ia mengamati adanya berkas sinar yang dipancarkan dari katode. Namun Plucker menganggap sinar tersebut sebagai cahaya listrik biasa.

Pada tahun 1876, Eugene Goldstein, menggunakan teknik yang sama dengan Plucker, namun ia menamakan berkas sinar yang dipancarkan dari katode sebagai sinar katode. Pertanyaan yang muncul adalah apakah sinar katode itu sebagai gelombang elektromagnetik atau partikel?

Wiliam Crookes, pada tahun 1880, memodifikasi tabung Geissler untuk membuat vakum lebih baik, tabung ini disebut sebagi tabung Crookes. Pengamatan Crookes tehadap karakteristik sinar katode dapat disimpulkan sebagai berikut:

Sinar katode merambat lurus.
Sinar katode membawa muatan karena dibelokkan dalam medan magnet.
Sinar katode memiliki massa karena dapat memutar kincir kecil dalam tabung.
Sinar katode menyebabkan materi seperti gas dan zat lain berpijar.
Akhirnya Crookes menyimpulkan bahwa sinar katode adalah partikel bermuatan.

Pada tahun 1891, George Johnston Stoney, berpendapat bahwa sinar katode adalah partikel, ia menamakan sebagai elektron. Pada tahun 1897, J.J. Thomson membuktikan bahwa sinar katode adalah merupakan berkas partikel, dengan menggunakan tabung sinar katode khusus.

PROTON

Pada tahun 1886, Eugene Goldstein, membuktikan adanya muatan positif. Pembuktian dilakukan menggunakan tabung sinar katode dimana plat katode telah diberi lubang. Ia mengamati jalannya sinar katode yang merambat menuju anode, tenyata terdapat sinar lain yang bergerak dengan arah berlawanan melewati lubang pada plat katode. Oleh karena arahnya berlawanan, maka sinar tersebut haruslah terdiri dari muatan positif.

NEUTRON

Penemuan partikel neutron diawali oleh penelitian Rutherford, dalam eksperimennya ia berusaha menghitung jumlah muatan positif dalam inti atom dan massa inti atom dan ia mendapati bahwa massa inti atom hanya setengah dari massa atom. Pada tahun 1920, William Draper Harkins, berasumsi bahwa terdapat partikel lain dalam inti atom selain proton, partikel itu bermassa hampir sama dengan proton dan tidak bermuatan, ia menyebutnya sebagai neutron. Hingga tahun 1932, James Chadwick, membuktikan keberadaan partikel neutron.

Adanya penemuan neutron ini, membuat strukur atom semakin jelas, bahwa atom tersusun atas inti atom dengan elektron mengelilingi pada lintasan kulitnya. Inti atom terdiri dari proton yang bermuatan positif dan neutron yang tidak bermuatan. Sedangkan elektron bermuatan negatif.

Nomor Massa Dan Nomor Atom

Contoh penulisan notasi unsur.

Massa Atom Relatif

Massa atom relatif diartikan sebagai perbandingan massa atom unsur tersebut relatif terhadap massa atom unsur lainnya. Berdasarkan pengukuran massa atom dari berbagai unsur menggunakan spektrometer unsur menunjukkan bahwa unsur karbon lebih stabil dengan kelimpahan unsur paling banyak di alam, sehingga digunakanlah karbon isotop 12 (C-12)sebagai perbandingan. Pengukuran massa atom tidak menggunakan satuan gram karena dinilai tidak praktis dan terlalu kecil, akhirnya disepakati menggunakan satuan massa atom (sma) yang senilai dengan 1/12 massa atom C-12.

Sehingga secara umum

Contoh soal:

Klorin di alam adalah campuran dari 2 isotop, yaitu Cl-35 dan Cl-37 dengan perbandingan 76% Cl-35 dan 24% Cl-37. Jika massa atom Cl-35, hitunglah massa atom rata-rata dari unsur Cl?

Massa atom rata-rata unsur