Dept. Kimia FMIPA IPB

Struktur dan Sifat-sifat Atom

Bab 2

Sumber: Chang Bab 2.1–2.3, Bab 7, dan 8.2–8.5

Created by:TTK-WTW-BAF-PTSCreated by:TTK-WTW-BAF-PTS

IKHTISAR

A.A. Model Atom KlasikModel Atom Klasik1. Democritus1. Democritus2. John Dalton2. John Dalton3. Joseph John Thomson3. Joseph John Thomson4. Ernest Rutherford4. Ernest Rutherford

B.B. Dari Fisika Klasik ke Teori KuantumDari Fisika Klasik ke Teori Kuantum1. Radiasi Benda-Hitam1. Radiasi Benda-Hitam2. Kuantisasi Energi (Max Planck)2. Kuantisasi Energi (Max Planck)3. Efek Fotolistrik3. Efek Fotolistrik4. Dualisme Gelombang-Partikel4. Dualisme Gelombang-Partikel5. Spektrum Emisi Atom Hidrogen (Niels Bohr)5. Spektrum Emisi Atom Hidrogen (Niels Bohr)

C.C. Mekanika KuantumMekanika Kuantum1. Prinsip Ketidakpastian Heisenberg1. Prinsip Ketidakpastian Heisenberg2. Persamaan Schr2. Persamaan Schrödingerödinger3. Bilangan Kuantum3. Bilangan Kuantum4. Orbital Atom4. Orbital Atom

D.D. Konfigurasi ElektronKonfigurasi Elektron(Aturan Pengisian Elektron, Magnetisme, Tabel Periodik) (Aturan Pengisian Elektron, Magnetisme, Tabel Periodik)

E. E. Keragaman Periodik Sifat Fisis AtomKeragaman Periodik Sifat Fisis Atom1. Jejari Atom/Ion1. Jejari Atom/Ion2. Energi Ionisasi2. Energi Ionisasi3. Afinitas Elektron3. Afinitas Elektron

IKHTISAR

A. Model Atom Klasik

1. Democritus (abad ke-5 SM)

Materi tersusun dari partikel sangat kecil yang tidak dapat dibagi lagi

⇩Atomos

2. John Dalton (1808 M)

Pencetus teori atom modern. Teorinya dilandasi kejadian

kimiawi dan data kuantitatif serta ditunjang 2 percobaan

(Lavoisier dan Proust) dan 2 hukum alam (kekekalan massa dan nisbah tetap).

John Dalton (1766–1844)

Teori Atom Dalton

1. Unsur tersusun dari partikel sangat kecil yang disebut atom. Semua atom unsur tertentu adalah identik (sama ukuran, massa dan sifat kimianya). Atom unsur tertentu berbeda dari atom unsur yang lain.

2. Senyawa tersusun atas atom-atom dari 2 unsur atau lebih. Dalam setiap senyawa, nisbah jumlah atom dari setiap 2 unsur yang ada merupakan bilangan bulat atau pecahan sederhana.

Hukum Nisbah Tetap & Hukum Nisbah Berganda

3. Reaksi kimia hanya memisah, menggabungkan, atau menyusun ulang atom-atom, tanpa menciptakan atau memusnahkannya.

Hukum Kekekalan Massa

Teori Atom Dalton

Atom unsur X Atom unsur Y Senyawa unsur X dan Y

Hipotesis Pertama Hipotesis Kedua

8 X2Y16 X 8 Y+

Hipotesis Ketiga

Percobaan Lavoisier

2 Hg2 Hg((ll)) + O + O2(2(gg))2 Hg2 Hg((ll)) + O + O2(2(gg)) 2 HgO2 HgO((ss))2 HgO2 HgO((ss))

serbuk merahserbuk merahserbuk merahserbuk merah

Raksa dipanaskan dalam tanur dengan udara beroksigen. Setelah Raksa dipanaskan dalam tanur dengan udara beroksigen. Setelah beberapa hari, terbentuk serbuk merah merkuri(II) oksida. beberapa hari, terbentuk serbuk merah merkuri(II) oksida. Raksa dipanaskan dalam tanur dengan udara beroksigen. Setelah Raksa dipanaskan dalam tanur dengan udara beroksigen. Setelah beberapa hari, terbentuk serbuk merah merkuri(II) oksida. beberapa hari, terbentuk serbuk merah merkuri(II) oksida.

Memanaskan kembali serbuk merah HgO yang terbentuk menghasilkan Memanaskan kembali serbuk merah HgO yang terbentuk menghasilkan raksa serta gas Oraksa serta gas O22 dengan volume sebanyak yang terpakai. dengan volume sebanyak yang terpakai.Memanaskan kembali serbuk merah HgO yang terbentuk menghasilkan Memanaskan kembali serbuk merah HgO yang terbentuk menghasilkan raksa serta gas Oraksa serta gas O22 dengan volume sebanyak yang terpakai. dengan volume sebanyak yang terpakai.

Volume OVolume O22 yang terpakai oleh Hg diukur dari kenaikan tinggi yang terpakai oleh Hg diukur dari kenaikan tinggi

permukaan raksa dalam wadah udara dari A ke B.permukaan raksa dalam wadah udara dari A ke B.Volume OVolume O22 yang terpakai oleh Hg diukur dari kenaikan tinggi yang terpakai oleh Hg diukur dari kenaikan tinggi

permukaan raksa dalam wadah udara dari A ke B.permukaan raksa dalam wadah udara dari A ke B.

Hukum Kekekalan Massa

Massa bahan keseluruhan setelah reaksi kimia sama dengan sebelum reaksi

Materi tidak dapat diciptakan/dimusnahkan

atauatau

Percobaan Joseph Proust(Hukum Nisbah Tetap)

Proust (1799): Proust (1799): Sampel-sampel berbeda dari senyawa yang sama Sampel-sampel berbeda dari senyawa yang sama selalu mengandung nisbah massa yang sama dari selalu mengandung nisbah massa yang sama dari unsur-unsur penyusunnya.unsur-unsur penyusunnya.

Percobaan Percobaan ke-ke-

Sebelum Sebelum pemanasan pemanasan

(g Mg)(g Mg)

Setelah Setelah pemanasan pemanasan

(g MgO)(g MgO)Nisbah Mg/MgONisbah Mg/MgO

11 0,620,62 1,021,02 0,62/1,02 = 0,62/1,02 = 0,610,61

22 0,480,48 0,790,79 0,48/0,79 = 0,48/0,79 = 0,600,60

33 0,360,36 0,600,60 0,36/0,60 = 0,36/0,60 = 0,600,60

Hukum Nisbah Berganda (Dalton)

Nisbah oksigen dalam karbon monoksida dengan dalam karbon dioksida: 1:2

Jika 2 unsur dapat bergabung membentuk lebih dari 1 senyawa, Jika 2 unsur dapat bergabung membentuk lebih dari 1 senyawa, maka nisbah antara massa-massa dari unsur pertama dan suatu maka nisbah antara massa-massa dari unsur pertama dan suatu massa tetap dari unsur kedua akan berupa bilangan bulat yang kecilmassa tetap dari unsur kedua akan berupa bilangan bulat yang kecil

Hukum Nisbah Berganda

• Klorin (Cl) dan oksigen membentuk 4 senyawa biner yang berbeda. Analisis menghasilkan data berikut:

• Tunjukkan bahwa hukum proporsi ganda berlaku untuk semua senyawa tersebut

• Jika rumus senyawa A adalah kelipatan Cl2O, tentukan rumus senyawa B, C, dan D

3. Joseph John Thompson (1898)

J.J. Thomson (1856-1940)

Penemuan sinar katode:Penemuan sinar katode:Penemuan sinar katode:Penemuan sinar katode:

Atom tidak tak-Atom tidak tak-terbagi. Terdapat terbagi. Terdapat partikel subatomik partikel subatomik bermuatan negatif, bermuatan negatif, yaitu yaitu elektronelektron..

Atom tidak tak-Atom tidak tak-terbagi. Terdapat terbagi. Terdapat partikel subatomik partikel subatomik bermuatan negatif, bermuatan negatif, yaitu yaitu elektronelektron..

Model Atom Thomson

Atom secara keseluruhan netralAtom secara keseluruhan netral elektron elektron dalam atom tersebar merata seperti roti kismis.dalam atom tersebar merata seperti roti kismis.

((model atom ‘model atom ‘plum puddingplum pudding’ Thomson’ Thomson))

Atom secara keseluruhan netralAtom secara keseluruhan netral elektron elektron dalam atom tersebar merata seperti roti kismis.dalam atom tersebar merata seperti roti kismis.

((model atom ‘model atom ‘plum puddingplum pudding’ Thomson’ Thomson))

Sifat-sifat sinar katode (elektron):Sifat-sifat sinar katode (elektron):1.1. Tidak kasatmata, terlacak dari efek fluoresens yang ditimbulkan.Tidak kasatmata, terlacak dari efek fluoresens yang ditimbulkan.2.2. Melintas lurus dari katode ke anode.Melintas lurus dari katode ke anode.3.3. Dibelokkan oleh medan listrik ke kutub positif.Dibelokkan oleh medan listrik ke kutub positif.4.4. Dibelokkan oleh medan magnet. Dibelokkan oleh medan magnet.

Sifat-sifat sinar katode (elektron):Sifat-sifat sinar katode (elektron):1.1. Tidak kasatmata, terlacak dari efek fluoresens yang ditimbulkan.Tidak kasatmata, terlacak dari efek fluoresens yang ditimbulkan.2.2. Melintas lurus dari katode ke anode.Melintas lurus dari katode ke anode.3.3. Dibelokkan oleh medan listrik ke kutub positif.Dibelokkan oleh medan listrik ke kutub positif.4.4. Dibelokkan oleh medan magnet. Dibelokkan oleh medan magnet.

18 gC1076,1 em

e

Percobaan Tetes Minyak Milikan

Pengukuran massa elektron (e)

(Nobel Fisika tahun 1923)

C106022,1 19e

g1010,9 28em

Radioaktivitas

Penelitian tentang radioaktivitas:Penelitian tentang radioaktivitas:1.1. Wilhelm RWilhelm Röntgen: öntgen:

kaca/logam yang terpajan sinar katode memancarkan kaca/logam yang terpajan sinar katode memancarkan sinar-Xsinar-X

2.2. Antoine Becquerel & Marie Curie: Antoine Becquerel & Marie Curie: uranium secara spontan memancarkan radioaktivitasuranium secara spontan memancarkan radioaktivitas

Penelitian tentang radioaktivitas:Penelitian tentang radioaktivitas:1.1. Wilhelm RWilhelm Röntgen: öntgen:

kaca/logam yang terpajan sinar katode memancarkan kaca/logam yang terpajan sinar katode memancarkan sinar-Xsinar-X

2.2. Antoine Becquerel & Marie Curie: Antoine Becquerel & Marie Curie: uranium secara spontan memancarkan radioaktivitasuranium secara spontan memancarkan radioaktivitas

Percobaan Hamburan Partikel

Jika model atom Thomson betul, partikel Jika model atom Thomson betul, partikel yang yang bermuatan (+) hanya akan diteruskan oleh lempeng Au.bermuatan (+) hanya akan diteruskan oleh lempeng Au.

Jika model atom Thomson betul, partikel Jika model atom Thomson betul, partikel yang yang bermuatan (+) hanya akan diteruskan oleh lempeng Au.bermuatan (+) hanya akan diteruskan oleh lempeng Au.

4. Ernest Rutherford (1910)

Model Atom Rutherford

1.1. Massa atom terpusat pada Massa atom terpusat pada inti atominti atom yang sangat kecil. yang sangat kecil.

2.2. Muatan (+) seluruhnya terkumpul dalam inti.Muatan (+) seluruhnya terkumpul dalam inti.

3.3. Awan elektron sangat luas di sekitar inti dan menetralkan muatan Awan elektron sangat luas di sekitar inti dan menetralkan muatan

atomatom..

1.1. Massa atom terpusat pada Massa atom terpusat pada inti atominti atom yang sangat kecil. yang sangat kecil.

2.2. Muatan (+) seluruhnya terkumpul dalam inti.Muatan (+) seluruhnya terkumpul dalam inti.

3.3. Awan elektron sangat luas di sekitar inti dan menetralkan muatan Awan elektron sangat luas di sekitar inti dan menetralkan muatan

atomatom..

Terdapat partikel subatomik bermuatan positif, yaitu Terdapat partikel subatomik bermuatan positif, yaitu protonproton..

(dinamai demikian oleh Goldstein)(dinamai demikian oleh Goldstein)

Terdapat partikel subatomik bermuatan positif, yaitu Terdapat partikel subatomik bermuatan positif, yaitu protonproton..

(dinamai demikian oleh Goldstein)(dinamai demikian oleh Goldstein)

C106022,1 19p

g1067262,11840 24 ep mm

Atom H - 1 p; atom He - 2 p

Massa He/massa H seharusnya = 2

Nisbah yang diperoleh = 4

+ 9Be 1n + 12C + energi

Neutron (n) adalah netral (bermuatan = 0)

Massa n ~ massa p = 1,67 x 10-24 g

Penemuan neutron : Eksperimen Chadwick (1932)

Model Atom Rutherford

Model Atom Rutherford

Jari-jari atom ~ 100 pm = 1 x 10-10 m

Jari-jari inti atom ~ 5 x 10-3 pm = 5 x 10-15 m

“Jika atom seukuran Gelora Senayan, maka volume intinya akan sebanding dengan ukuran kelereng.”

Nomor Atom (Z) = jumlah proton dalam inti.

Nomor Massa (A) = jumlah total proton + neutron dalam inti.

= nomor atom (Z) + jumlah neutron.

Isotop: atom-atom dengan nomor atom sama, tetapi berbeda nomor massa.

H11 H (D)2

1 H (T)31

U23592 U238

92

XAZ

Nomor Massa

Nomor AtomLambang Unsur

Penulisan Lambang Unsur

B. Dari Fisika Klasik ke Teori Kuantum

1. Radiasi Benda-Hitam (Blackbody Radiation)

Suatu objek akan memancarkan radiasi elektromagnetik (EM) jika dipijarkan.

Benda-hitam dapat memancarkan dan menyerap semua frekuensi radiasi sama baiknya.

Fisika klasik (hukum Rayleigh-Jeans) tidak dapat menjelaskan distribusi radiasi benda-hitam hasil percobaan.

2. Kuantisasi Energi (Max Planck, 1900)

B. Dari Fisika Klasik ke Teori Kuantum

Energi radiasi EM yang dipancarkan atau diserap (termasuk oleh benda-hitam) tidak kontinu, tetapi diskret (terbatas pada nilai-nilai tertentu.

Pembatasan energi pada nilai tertentu ini disebut kuantisasi (pengkuantuman) energi.

Energi yang diizinkan ialah kelipatan bilangan bulat n dari kuantum energi, h:

c

nhnhE

h = tetapan Planck = 6,626 x 10-34 J det = frekuensi (Hz = det-1)c = kecepatan cahaya = 3,00 x 108 m det-1

= panjang gelombang (m)

h = tetapan Planck = 6,626 x 10-34 J det = frekuensi (Hz = det-1)c = kecepatan cahaya = 3,00 x 108 m det-1

= panjang gelombang (m)

Gelombang radio(tidak terlihat)

Foton memiliki frekuensi 6,0 x 104 Hz. Ubahlahfrekuensi ini menjadi panjang gelombang (nm). Apakah frekuensi ini dapat dilihat?

Latihan Soal

m1

nm10

det100,6

detm1000,3 9

14

18

c

= 5,0 x 1012 nm= 5,0 x 1012 nm

Jawaban:

sinar tampak: 400–700 nm sinar tampak: 400–700 nm

Jika tembaga disinari dengan elektron berenergi tinggi, sinar-X akan dipancarkan. Hitung energi foton (dalam joule) jika panjang gelombang sinar-X 1,54 Ǻ.

Latihan Soal

)m10(1,54

)detm1000,3det)(J10626,6(10-

1834

c

hE

= 1,29 x 1015 J= 1,29 x 1015 J

Jawaban:

3. Efek Fotolistrik

B. Dari Fisika Klasik ke Teori Kuantum

H. R. Hertz (1887): celah di antara elektrode logam menjadi konduktor yang lebih baik jika disinari

UV.

Efek fotolistrik: Terlepasnya elektron dari logam oleh radiasi UV.

Albert Einstein (1905):

EKEK elektron = elektron = hh - EB - EBEKEK elektron = elektron = hh - EB - EB

EB = EB = energi pengikatan elektron energi pengikatan elektron dalam logam (fungsi kerja)dalam logam (fungsi kerja)

EB = EB = energi pengikatan elektron energi pengikatan elektron dalam logam (fungsi kerja)dalam logam (fungsi kerja)

4. Dualisme Gelombang-Partikel

B. Dari Fisika Klasik ke Teori Kuantum

Maxwell (1903): Cahaya tampak terdiri dari gelombang EM.

Radiasi EM adalah emisi dan transmisi energi dalam bentuk gelombang EM.

Efek fotolistrik merupakan salah satu bukti bahwa gelombang mempunyai sifat partikel.

Louis de Broglie (1924):

(a) Elektron yang terikat pada inti berperilaku seperti gelombang berdiri (stasioner), serupa dengan senar gitar yang dipetik.

Apakah partikel juga memiliki sifat gelombang?

- Terdapat titik-titik simpul (node) dengan amplitudo nol. - Semakin banyak simpul seiring meningkatnya frekuensi.

Dualisme Gelombang-Partikel

(b) Agar terbentuk gelombang penuh, panjang gelombang elektron harus kelipatan bilangan bulat dari keliling orbit:

nr 2 nn = 1, 2, 3, … = 1, 2, 3, …nn = 1, 2, 3, … = 1, 2, 3, …

nn = 4 = 4(gelombang bertahan)(gelombang bertahan)

nn = 4 = 4(gelombang bertahan)(gelombang bertahan)

nn 4,5 4,5(gelombang lama-(gelombang lama-kelamaan hilang)kelamaan hilang)

nn 4,5 4,5(gelombang lama-(gelombang lama-kelamaan hilang)kelamaan hilang)

Dualisme Gelombang-Partikel

(c) Sifat partikel dan sifat gelombang dihubungkan oleh persamaan

mv

h

Jadi, sebagai gelombang, energi elektron tetap terkuantisasi.

Sebagaimana gelombang dapat berperilaku sebagai partikel, partikel juga dapat menunjukkan sifat gelombang.

(DUALISME GELOMBANG-PARTIKEL)

= panjang gelombang (m)m = massa partikel (kg)v = kecepatan partikel (m det-1)

Dualisme Gelombang-Partikel

Dualisme Gelombang-Partikel

Clinton Davisson & Lester Germer (1925):

(a) Berkas elektron yang ditembakkan ke kristal Ni akan didifraksikan dan menunjukkan pola khas seperti

difraksi sinar-X.

(b) Kemampuan elektron (partikel) untuk didifraksikan seperti sinar-X (gelombang) membuktikan sifat gelombang dari partikel.

Berapakah panjang gelombang Broglie (dalam nm) pada bola Ping-Pong seberat 2,5 g yang bergerak 15,6 m/det?

7.4

Latihan Soal

)detm kg)(15,6 10(2,5

detJ 106,62613

34

mv

h

= 1,7 x 10= 1,7 x 10-32-32 m m

= 1,7 x 10= 1,7 x 10-23-23 nm nm

= 1,7 x 10= 1,7 x 10-32-32 m m

= 1,7 x 10= 1,7 x 10-23-23 nm nm

Jawaban:

5. Spektrum Emisi Atom Hidrogen

B. Dari Fisika Klasik ke Teori Kuantum

Radiasi yang dipancarkan oleh suatu zat akan membentuk spektrum emisi.

Spektrum emisi radiasi dari matahari atau padatan yang dipanaskan kontinu pada seluruh rentang .

Sementara atom dalam fase gas menghasilkan spektrum garis pada nilai-nilai tertentu.

Spektrum garis inilah bukti langsung kuantisasi energi.

Spektrum garis khas bagi setiap atom. Spektrum garis atom hidrogen telah dijelaskan oleh Niels Bohr (1913).

Spektrum Garis Atom Hidrogen

Model Atom Bohr (1913)

(1) Elektron mengelilingi inti pada kecepatan tinggi dalam (1) Elektron mengelilingi inti pada kecepatan tinggi dalam orbit-orbit orbit-orbit melingkar tertentumelingkar tertentu, serupa gerak planet mengelilingi matahari., serupa gerak planet mengelilingi matahari.

(2) Tiap orbit memiliki energi tertentu ((2) Tiap orbit memiliki energi tertentu (terkuantisasiterkuantisasi):):

2H

1

nREn RRHH = tetapan Rydberg = 2,18 x 10 = tetapan Rydberg = 2,18 x 10-18-18 J J

nn = bilangan kuantum utama = 1, 2, 3, … = bilangan kuantum utama = 1, 2, 3, …

RRHH = tetapan Rydberg = 2,18 x 10 = tetapan Rydberg = 2,18 x 10-18-18 J J

nn = bilangan kuantum utama = 1, 2, 3, … = bilangan kuantum utama = 1, 2, 3, …

Tanda (–) Tanda (–) energi elektron energi elektron << elektron bebas ( elektron bebas (nn = = ))Tanda (–) Tanda (–) energi elektron energi elektron << elektron bebas ( elektron bebas (nn = = ))

nn = 1 = 1 keadaan dasar ( keadaan dasar (ground stateground state))nn = 2, 3, … = 2, 3, … keadaan tereksitasi ( keadaan tereksitasi (excited stateexcited state))nn = 1 = 1 keadaan dasar ( keadaan dasar (ground stateground state))nn = 2, 3, … = 2, 3, … keadaan tereksitasi ( keadaan tereksitasi (excited stateexcited state))

Model Atom Bohr (1913)

E = h

E = h

(3) Radiasi yang diserap atom akan mengeksitasi elektron (3) Radiasi yang diserap atom akan mengeksitasi elektron ke ke nn lebih tinggi. Ketika kembali ke lebih tinggi. Ketika kembali ke nn lebih rendah, lebih rendah, radiasi diemisikan.radiasi diemisikan.

Model Atom Bohr (1913)

22H

11

fi nnRhE

nnii = keadaan awal = keadaan awal

nnff = keadaan akhir = keadaan akhir

nnii < < nnff EE (+) (+)

energi diserapenergi diserapnnii < < nnff EE (–) (–)

energi dilepasenergi dilepas

nnii = keadaan awal = keadaan awal

nnff = keadaan akhir = keadaan akhir

nnii < < nnff EE (+) (+)

energi diserapenergi diserapnnii < < nnff EE (–) (–)

energi dilepasenergi dilepas

(UV)(UV)

(UV-Vis)(UV-Vis)

(IR)(IR)

(IR)(IR)

Perhitungan Bohr cocok dengan spektrum garis yang didapat untuk atom H.

Perhitungan Bohr cocok dengan spektrum garis yang didapat untuk atom H.

Latihan Soal

Jawaban:

Hitung panjang gelombang (dalam nm) dari suatu foton yang dipancarkan oleh atom hidrogen ketika elektron turun dari kondisi n = 5 menjadi kondisi n = 3.

22Hfoton

11

fi nnREE

2218

3

1

5

1 J1018,2

= –1,55 x 10= –1,55 x 10-19-19 J = –0,968 eV J = –0,968 eV= –1,55 x 10= –1,55 x 10-19-19 J = –0,968 eV J = –0,968 eV

)J1055,1(

)det m1000,3)(det J10626,6(19

1834

foton

hc

E

= 1280 nm= 1280 nm= 1280 nm= 1280 nm

1. Prinsip Ketidakpastian Heisenberg

C. Mekanika Kuantum

Dualisme sifat elektron menimbulkan masalah:

- Ukuran partikel subatomik seperti elektron sangat kecil.

- Untuk memastikan posisinya, diperlukan sinar dengan hampir sama dengan ukuran partikel sehingga dipastikan akan mengubah momentum dan energinya.

Werner Heisenberg (1927):

Mustahil secara bersamaan memastikan momentum dan posisi partikel.

2)(

hmvx

2. Persamaan Schrödinger

C. Mekanika Kuantum

Erwin Schrödinger (1926):

MEKANIKA KUANTUM / MEKANIKA GELOMBANG

Keadaan sistem dinyatakan dengan fungsi koordinat partikel yang disebut fungsi keadaan atau fungsi gelombang, .

2 menggambarkan rapat kebolehjadian (probability density), yaitu peluang menemukan elektron pada dimensi (sumbu, bidang, ruang, atau waktu) tertentu.

Persamaannya sangat rumit, dapat menjelaskan atom hidrogen dan dapat memperkirakan atom berelektron-banyak.

Persamaan Schrödinger

Secara umum, persamaan Schrödinger tak bergantung-waktu dalam ruang 3-dimensi untuk sistem 1-partikel dalam koordinat Cartesius dapat dituliskan sebagai

EH

EzyxVm

),,(2

22

2

2

2

2

2

zyx

dengandengandengandengan

Istilah orbital atom digunakan untuk menunjukkan daerah dengan peluang menemukan elektron di dalamnya.

3. Bilangan Kuantum

C. Mekanika Kuantum

Orbital atom dibentuk dari sekumpulan bilangan kuantum yang merupakan solusi matematis persamaan Schrödinger untuk atom hidrogen.

1. Bilangan kuantum utama (n): 1, 2, 3, …

energi orbital, jarak rerata elektron dari inti (ukuran orbital)

2. Bilangan kuantum momentum sudut (l): 0, 1, 2, …, (n–1)

bentuk orbital: l 0 1 2 3 4 5

Nama orbital s p d f g h

Bilangan Kuantum

3. Bilangan kuantum magnetik (ml):

–l, (–l + 1), …, 0, …, (+l – 1), +l

orientasi orbital dalam ruang (di slaid berikut)

4. Bilangan kuantum spin elektron (ms):

+ ½ spin up () atau (searah jarum jam)

– ½ spin down () atau (berlawanan arah jarum jam)

ms = +½ ms = +½ ms = –½ ms = –½

4. Orbital Atom

C. Mekanika Kuantum

kulitkulit

subkulitsubkulit

Orbital Atom

l = 0 (orbital s)

90% elektrondi dalam lingkaran

90% elektrondi dalam lingkaran

l = 1 (orbital p)

ml = ––1 ml = 0 ml = 1

Orbital Atom

Orbital Atom

l = 2 (orbital d)

ml = –2 ml = –1 ml = 0 ml = 1 ml = 2

Latihan Soal

Jawaban:

Berapa jumlah total orbital yang terkait dengan n = 3?

nn = 3 = 3nn = 3 = 3

ll = 0 = 0ll = 0 = 0

ll = 1 = 1ll = 1 = 1

ll = 2 = 2ll = 2 = 2

mmll = 0 = 0mmll = 0 = 0

mmll = –1 = –1mmll = –1 = –1

mmll = –1 = –1mmll = –1 = –1

mmll = –2 = –2mmll = –2 = –2

mmll = 0 = 0mmll = 0 = 0

mmll = +1 = +1mmll = +1 = +1

mmll = 0 = 0mmll = 0 = 0

mmll = +1 = +1mmll = +1 = +1

mmll = +2 = +2mmll = +2 = +2

ada 9 orbitalada 9 orbital

Konfigurasi elektron menunjukkan bagaimana elektron

tersebar di antara berbagai orbital atom.

1s1

Bilangan kuantum utama n Bilangan kuantummomentum sudut l

elektron dalam orbital atau subkulit

1s1

D. Konfigurasi Elektron

H11

Aturan Pengisian Elektron

1. 1. Prinsip Prinsip aufbauaufbau: : EElektron mengisi orbital berturut-turut dari yang lektron mengisi orbital berturut-turut dari yang

energinya terendah.energinya terendah.

Untuk atom dengan 1-elektron,Untuk atom dengan 1-elektron,energi orbital hanya ditentukanenergi orbital hanya ditentukanoleh bilangan kuantum utama:oleh bilangan kuantum utama:

Untuk atom dengan 1-elektron,Untuk atom dengan 1-elektron,energi orbital hanya ditentukanenergi orbital hanya ditentukanoleh bilangan kuantum utama:oleh bilangan kuantum utama:

2H

1

nREn

Aturan Pengisian Elektron

Untuk atom berelektron-banyak,Untuk atom berelektron-banyak,energi orbital juga ditentukan olehenergi orbital juga ditentukan olehbilangan kuantum momentum sudut.bilangan kuantum momentum sudut.

Untuk atom berelektron-banyak,Untuk atom berelektron-banyak,energi orbital juga ditentukan olehenergi orbital juga ditentukan olehbilangan kuantum momentum sudut.bilangan kuantum momentum sudut.

Aturan Pengisian Elektron

2. 2. Prinsip larangan PauliPrinsip larangan Pauli ( (Pauli exclusion principlePauli exclusion principle):):

Tidak ada elektron-elektron dalam 1 atom yang mempunyai Tidak ada elektron-elektron dalam 1 atom yang mempunyai

keempat bilangan kuantum sama.keempat bilangan kuantum sama.

Setiap orbital maksimum ditempati 2 elektron dengan spin berlawanan.Setiap orbital maksimum ditempati 2 elektron dengan spin berlawanan.

11ss2211ss22

He42

Aturan Pengisian Elektron

3. 3. Aturan HundAturan Hund: :

Susunan elektron yang paling stabil dalam subkulit adalah Susunan elektron yang paling stabil dalam subkulit adalah

susunan dengan jumlah spin sejajar terbanyak.susunan dengan jumlah spin sejajar terbanyak.

Elektron mengisi orbital-orbital dengan spin sejajar Elektron mengisi orbital-orbital dengan spin sejajar

hingga setengah-penuh sebelum mulai berpasanganhingga setengah-penuh sebelum mulai berpasangan

Elektron mengisi orbital-orbital dengan spin sejajar Elektron mengisi orbital-orbital dengan spin sejajar

hingga setengah-penuh sebelum mulai berpasanganhingga setengah-penuh sebelum mulai berpasangan

22ppxx1 1 22ppyy1 1 22ppzz0022ppxx1 1 22ppyy1 1 22ppzz00

C126

Aturan Pengisian Elektron

Magnetisme

Bila Bila spin elektron berpasanganspin elektron berpasangan (antisejajar, (antisejajar, ), efek magnetiknya ), efek magnetiknya

saling meniadakan saling meniadakan diamagnetikdiamagnetik (ditolak lemah oleh magnet). (ditolak lemah oleh magnet).

Bila Bila ada spin tak-berpasanganada spin tak-berpasangan (sejajar, (sejajar, atau atau ), efeknya saling ), efeknya saling

memperkuat memperkuat paramagnetikparamagnetik (ditarik oleh magnet). (ditarik oleh magnet).

Magnetisme

N147

O168

F199

eN2010

1s21s2 2s22s2 2p32p3

1s21s2 2s22s2 2p42p4

1s21s2 2s22s2 2p52p5

1s21s2 2s22s2 2p62p6

paramagnetikparamagnetik

diamagnetikdiamagnetik

KONFIGURASI ELEKTRON KEADAAN DASAR

KONFIGURASI ELEKTRON KEADAAN DASAR

KONFIGURASI ELEKTRON KEADAAN DASAR

KONFIGURASI ELEKTRON KEADAAN DASAR

Latihan Soal

Jawaban:

Tuliskan keempat bilangan kuantum untuk kedelapan elektron atom oksigen pada keadaan dasar.

ns1

ns2

ns2np

1

ns2np

2

ns2np

3

ns2np

4

ns2np

5 ns2np

6

d1 d5 d10

4f

5f

KONFIGURASI ELEKTRON DAN TABEL PERIODIK

E. Keragaman Periodik Sifat Fisis Atom

1. Jejari Atom/IonPeningkatan muatan inti efektifPeningkatan muatan inti efektif

Bertam

bah

nya ku

lit atom

Bertam

bah

nya ku

lit atom

Muatan Inti Efektif

Meskipun inti memiliki muatan sesuai nomor atomnya, Meskipun inti memiliki muatan sesuai nomor atomnya, ZZ, , terdapat terdapat efek pemerisaianefek pemerisaian

(1) dari tolakan dengan elektron pada subkulit yang sama atau(1) dari tolakan dengan elektron pada subkulit yang sama atau

(2) dari kulit bagian dalam yang telah terisi penuh.(2) dari kulit bagian dalam yang telah terisi penuh.

Kedua hal ini akan menurunkan muatan inti yang betul-betul Kedua hal ini akan menurunkan muatan inti yang betul-betul dirasakan oleh elektron pada kulit tertentu.dirasakan oleh elektron pada kulit tertentu.

Muatan positif inti yang betul-betul memengaruhi suatu elektronMuatan positif inti yang betul-betul memengaruhi suatu elektron disebut disebut muatan inti efektifmuatan inti efektif, , ZZeffeff::

ZZeff = tetapan pemerisaian (0 < = tetapan pemerisaian (0 < < < ZZ)) = tetapan pemerisaian (0 < = tetapan pemerisaian (0 < < < ZZ))

Jejari Atom

Tren periodik jejari atom tidak Tren periodik jejari atom tidak teramati pada golongan transisiteramati pada golongan transisiTren periodik jejari atom tidak Tren periodik jejari atom tidak

teramati pada golongan transisiteramati pada golongan transisi

Konfigurasi Elektron Ion

Atom kehilangan elektron sehingga kation memiliki konfigurasi gas mulia pada elektron terluarnya

Na [Ne]3s1 Na+ [Ne]

Ca [Ar]4s2 Ca2+ [Ar]

Al [Ne]3s23p1 Al3+ [Ne]

atau memperoleh elektron sehingga anion memiliki konfigurasi gas mulia pada elektron terluarnya.

H 1s1 H– 1s2 atau [He]

F 1s22s22p5 F– 1s22s22p6 atau [Ne]

O 1s22s22p4 O2– 1s22s22p6 atau [Ne]

N 1s22s22p3 N3– 1s22s22p6 atau [Ne]

isoelektronikisoelektronik

isoelektronikisoelektronik

Fe: [Ar]4s23d6

Fe2+: [Ar]4s03d6 atau [Ar]3d6

Fe3+: [Ar]4s03d5 atau [Ar]3d5

Mn: [Ar]4s23d5

Mn2+: [Ar]4s03d5 atau [Ar]3d5

Konfigurasi Elektron Ion

Kation logam transisi awalnya terbentuk dari pemindahan elektron dari orbital ns baru kemudian dari orbital (n–1)d.

Pembentukan kation memperbesar Zeff dan mengurangi jumlah kulit

jejari kation < atomnya

Sebaliknya, pembentukan anion menurunkan Zeff dan akan menambah jumlah kulit

jejari anion > atomnya.

Jejari Ion

Jejari Ion

Energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan 1 elektron

dari atom berwujud gas pada keadaan dasarnya.

I1 + X (g) X+

(g) + e–

I2 + X (g) X2+(g) + e–

I3 + X (g) X3+(g) + e–

I1 energi ionisasi pertama

I2 energi ionisasi kedua

I3 energi ionisasi ketiga

I1 < I2 < I3 karena bertambahnya Zeff

E. Keragaman Periodik Sifat Fisis Atom

2. Energi Ionisasi

Kulit n=1 penuh

Kulit n=2 penuh

Kulit n=3 penuhKulit n=4 penuh

Kulit n=5 penuh

Energi Ionisasi

Tren periodik energi ionisasi Tren periodik energi ionisasi berlawanan dengan jejari atomberlawanan dengan jejari atomTren periodik energi ionisasi Tren periodik energi ionisasi

berlawanan dengan jejari atomberlawanan dengan jejari atom

X (g) + e– X–(g)

F (g) + e– X–(g)

O (g) + e– O–(g)

H = –328 kJ mol-1 EA = +328 kJ mol-1

H = –141 kJ mol-1 EA = +141 kJ mol-1

Negatif dari perubahan energi yang terjadi ketika suatu elektron

diterima oleh atom suatu unsur dalam keadaan gas.

E. Keragaman Periodik Sifat Fisis Atom

3. Afinitas Elektron

Afinitas Elektron