Atomic Structure

48
ATOMIC STRUCTURE Suriati Eka Putri, S.Si, M.Si KIMIA ANORGANIK I

description

Bahan Ajar Mata Kuliah Kimia Anorganik I di Prodi Kimia Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Makassar

Transcript of Atomic Structure

Slide 1

ATOMIC STRUCTURESuriati Eka Putri, S.Si, M.SiKIMIA ANORGANIK I

Asumsi Dasar Teori DaltonAtom merupakan partikel kecil yang tidak bisa dihancurkan dan dibagi. Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecilAtom suatu unsur sama memiliki sifat yang sama, sedangkan atom unsur berbeda, berlainan dalam massa dan sifatnya. Reaksi kimia hanyalah reorganisasi dari atom-atom, sehingga tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia.Teori DaltonHukum Lavoiser (Hukum Kekekalan Massa)Massa zat sebelum dan setelah reaksi adalah samaHukum Proust (Hukum Perbandingan Tetap)Perbandingan massa unsur-unsur yang menyusun suatu zat adalah tetap

Model Atom ThomsonSetelah ditemukannya elektron oleh J.J Thomson, disusunlah model atom Thomson yang merupakan penyempurnaan dari model atom Dalton.

Atom terdiri dari materi bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis.

Model Atom RutherfordRutherford menemukan bukti bahwa dalam atom terdapat inti atom yang bermuatan positif, berukuran lebih kecil daripada ukuran atom tetapi massa atom hampir seluruhnya berasal dari massa intinya.

Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan berada pada pusat atom serta elektron bergerak melintasi inti (seperti planet dalam tata surya).

Ketidakmampuan untuk menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke inti atom akibat gaya tarik elektrostatis inti terhadap elektron.

Menurut teori Maxwell, jika elektron sebagai partikel bermuatan mengitari inti yang memiliki muatan yang berlawanan maka lintasannya akan berbentuk spiral dan akan kehilangan tenaga/energi dalam bentuk radiasi sehingga akhirnya jatuh ke inti.Model Atom RutherfordKelemahan

Model Atom Niels Bohr

Atom terdiri dari inti yang bermuatan positif dan di sekitarnya beredar elektron-elektron yang bermuatan negatif.

Elektron beredar mengelilingi inti atom pada orbit tertentu yang dikenal sebagai keadaan gerakan yang stasioner (tetap) yang selanjutnya disebut dengan tingkat energi utama (kulit elektron) yang dinyatakan dengan bilangan kuantum utama (n).

Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi akan tetap sehingga tidak ada cahaya yang dipancarkan.

Hanya dapat menerangkan spektrum dari atom atau ion yang mengandung satu elektron dan tidak sesuai dengan spektrum atom atau ion yang berelektron banyak.Tidak mampu menerangkan bahwa atom dapat membentuk molekul melalui ikatan kimia.Model Atom Niels BohrKelemahanElektron hanya dapat berpindah dari lintasan stasioner yang lebih rendah ke lintasan stasioner yang lebih tinggi jika menyerap energi. Sebaliknya, jika elektron berpindah dari lintasan stasioner yang lebih tinggi ke rendah terjadi pelepasan energi.

Pada keadaan normal (tanpa pengaruh luar), elektron menempati tingkat energi terendah (disebut tingkat dasar = ground state).Spektrum elektromagnetik

Kimia Dasar. Suriati Eka Putri, S.Si, M.Si

Spektrum hidrogen sangat menarik karena terdiri dari sederetan garis-garis yang diberi nama : H : garis merah H : garis hijau H : garis biru H : garis ungu

HHHH3971A4103A4342A4863A6565A3971A4103A6565ASpektrum atom Hidrogen

Spektrum atom Hidrogen

Garis spektrum atom HidrogenRumus umum :

n = 1 untuk deret Lyman (Ultra Violet) n = 2 untuk deret Balmer (Cahaya tampak) n = 3 untuk deret Paschen (Infra merah dekat)n = 4 untuk deret Bracket (Infra merah) n = 5 untuk deret Pfund (Infra merah jauh)

R = tetapan Rydberg ~109679 cm-1

Latihan SoalHitunglah panjang gelombang garis ke-1 dan ke-2 deret Lyman dan deret Paschen !

Hitunglah panjang gelombang garis ke-3 dan ke-4 deret Balmer dan Pfund !

Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diizinkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen

Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke yang lainnya dengan melibatkan sejumlah energi menurut Planck

Lintasan stasioner yang diizinkan mencerminkan sifat-sifat elektron yang mempunyai besaran yang khas. Momentum sudut harus merupakan kelipatan bulat dari h/2 atau menjadi nh/2.Gagasan Bohr dalam menggabungkan teori klasik dan kuantum

Lintasan yang diizinkan untuk elektron dinomori n = 1, n = 2, n = 3, dst. dinamakan bilangan kuantum, sedangkan huruf K, L, M, N dinamakan lintasanJari-jari orbit diungkapkan dengan 12, 22, 32, 42, n2. Untuk orbit tertentu dengan jari-jari minimum a0 = 0,53 Jika elektron tertarik ke inti dan dimiliki oleh orbit n, energi dipancarkan dan energi elektron menjadi lebih rendah.

Model atom hidrogenJari-jari lintasan stasioner+ Ze- er

Energi total elektron dalam tiap lintasan adalah sebagai berikut :

Energi elektron pada lintasan :n = 1 E= -13,60 eVn = 2 E= - 3,40 eVn = 3 E= - 1,51 eVn = 4 E= - 0,85 eVn = 5 E= - 0,54 eVn = 6 E= - 0,38 eVn = 7 E= - 0,28 eVn = ~ E= - 0 eV

Kelemahan Teori BohrKeberhasilan teori Bohr terletak pada kemampuannya untuk meeramalkan garis-garis dalam spektrum atom hidrogenSalah satu penemuan lain adalah sekumpulan garis-garis halus, terutama jika atom-atom yang dieksitasikan diletakkan pada medan magnetStruktur garis halus ini dijelaskan melalui modifikasi teori Bohr tetapi teori ini tidak pernah berhasil memerikan spektrum selain atom hidrogenDualitas Gelombang - PartikelNewton mengajukan bahwa cahaya mempunyai sifat seperti sekumpulan patikel yang terdiri dari aliran partikel berenergiHuygens menyatakan bahwa cahaya terdiri dari gelombang energiPembuktian dengan pengukuran kecepatan cahaya pada berbagai medium menunjukkan cahaya berkurang kecepatannya dalam medium yang lebih rapatTetapi Einstein menganggap bahwa foton cahaya bersifat sebagai partikel untuk menjelaskan efek fotolistrikTimbul gagasan baru bahwa cahaya mempunyai dua macam sifat sebagai gelombang dan sebagai partikelTahun 1924 Louise de Broglie menyatakan Tidak hanya cahaya yang memperlihatkan sifat-sifat partikel, tetapi partikel-partikel kecil pun pada saat tertentu dapat memperlihatkan sifat-sifat gelombangUsulan ini dibuktikan tahun 1927 dimana gelombang materi (partikel) dijelaskan secara matematikPanjang gelombang de Broglie dikaitkan dengan partikel berhubungan dengan momentum partikel dan konstanta Planck.

Panjang gelombang dinyatakan dengan meter, massa dalam kilogram, kecepatan dalam meter per detik. Konstanta Planck dinyatakan dalam kg m2 s-2.Prinsip KetidakpastianHukum Fisika klasik dianggap berlaku universal dan dapat menjelaskan kejadian yang akan datang berdasarkan keadaan awalTahun 1920 Niels Bohr dan Werner Heisenberg berusaha menentukan sampai seberapa jauh kecepatan yang diperoleh dalam penentuan sifat-sifat sub-atomikDua peubah yang ditentukan dalam menentukan sifat ini adalah kedudukan partikel (x) dan momentumnya (p).Kesimpulan dari pemikiran ini ialah bahwa dalam penentuan sub-atomik selalu terdapat ketidakpastian

x. v ~ h/mPersamaan ini dikenal dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg dan menyatakan bahwa kedudukan dan momen tak dapat diukur dengan ketepatan tinggi sekaligusSeandainya diameter elektron 10-14 m, cahaya dengan ini akan mempunyai frekuensi 3 x 1022 det-1 dan energi per foton adalah 2 x 10-11 J. Energi ini jauh melampaui energi yang diperlukan untuk mengionkan elektron dalam hidrogenHal ini menyebabkan usaha untuk melihat dalam atom dengan menggunakan sistem cahaya justru akan mengganggu pengukuran

Model Atom Moderna) Louis Victor de BroglieMenyatakan bahwa materi mempunyai dualisme sifat yaitu sebagai materi dan sebagai gelombang

b) Werner HeisenbergMengemukakan prinsip ketidakpastian untuk materi yang bersifat sebagai partikel dan gelombang. Jarak atau letak elektron-elektron yang mengelilingi inti hanya dapat ditentukan dengan kemungkinan kemungkinan saja

c) Erwin Schrodinger (menyempurnakan model Atom Bohr)Berhasil menyusun persamaan gelombang untuk elektron dengan menggunakan prinsip mekanika gelombang. Elektron-elektron yang mengelilingi inti terdapat di dalam suatu orbital yaitu daerah 3 dimensi di sekitar inti dimana elektron dengan energi tertentu dapat ditemukan dengan kemungkinan terbesar.Dikembangkan berdasarkan teori mekanika kuantum yang disebut mekanika gelombang; diprakarsai oleh 3 ahli :

Partikel Dasar Penyusun Atom

Latihan SoalHitunglah panjang gelombang elektron yang sedang bergerak dengan kecepatan kira-kira 10 % kecepatan cahaya !

2. Hitunglah ketidakpastian kecepatan elektron bila kita ingin menentukan posisinya sedemikian rupa sehingga X = 25 pm !

Bilangan KuantumBilangan KuantumUtama (n)Bilangan KuantumAzimuth (l)Bilangan KuantumMagnetik (m)Bilangan KuantumSpin (s)Menunjukkan lintasan elektron dalam atom (jumlah kulit)Menunjukkan sub kulit dimana elektron bergerakMenunjukkan orientasi orbital dalam ruangan dan juga menunjukkan banyaknya orbital pada subkulitMenunjukkan arah putaran elektron dalam orbital

Menunjukkan letak elektron pada kulit atau tingkat energi utama.

n = 1 disebut Kulit Kn = 2 disebut Kulit Ln = 3 disebut Kulit Mn = 4 disebut Kulit Nn = 5 disebut Kulit On = 6 disebut Kulit Pn = 7 disebut Kulit Q

Bilangan kuantum utama (n)

Menunjukkan letak elektron dalam subkulit, serta jugamenggambarkan jumlah subkulit.

Nilai (l) adalah dari 0 sampai (n-1) untuk :n = 1 maka = 0 l = 0, disebut subkulit sharpn = 2 maka = 0, 1 l = 1, disebut subkulit principlen = 3 maka = 0, 1, 2 l = 2, disebut subkulit diffusen = 4 maka = 0, 1, 2, 3 l = 3, disebut subkulit fundamental

Bilangan kuantum Azimut (l)

Menunjukkan orientasi orbital dalam ruangan dan jugamenunjukkan banyaknya orbital pada subkulit.Untuk setiap l, harga m = -l sampai dengan +l.

Contoh :l = 0 maka m = 0l = 1 maka m = -1, 0, +1l = 2 maka m = -2, -1, 0, +1, +2,l = 3 maka m = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

Bilangan kuantum magnetik (m)

Menunjukkan arah putaran elektron dalam orbital.Pada orbital maksimum terdapat dua elektrondengan arah yang berlawanan.Nilai s adalah -1/2 dan +1/2

Karena elektron hanya mempunyai 2 nilai spin, makasuatu orbital atom tidak mungkin mengandung lebihdari 2 elektron.

Bilangan kuantum spin (s)

Cara yang mudah untuk menghitung jumlah elektron total yang terdapat dalam suatu tingkatan energi adalah 2n2.

Merupakan susunan elektron dalam atom atau molekul.Suatu subkulit dituliskan dalam notasi nxy, dimana:n melambangkan jumlah kulit atomx melambangkan subkulit atomy menunjukkan jumlah elektron pada subkulit atom Subkulit atom akan dituliskan berurutan sesuai dengan peningkatan energi.Konfigurasi Elektron

Contoh: Helium (He)1s2 Angka 1 menunjukkan prinsip bilangan kuantum (n) yang menggambarkan tingkatan energi.Huruf s merupakan bilangan kuantum momentum angular yang menggambarkan bahwa ada 2 elektron atom helium menempati orbital s.Eksponen 2 menunjukkan jumlah elektron total pada orbital atau subkulit.

Konfigurasi Elektron

a. Prinsip Aufbaub. Prinsip Hundc. Prinsip Pauli

Untuk mengetahui susunan atom - atom tata ruang elektron dalam atom perlu diikuti aturan sebagai berikut :

Bila suatu atom pada kondisi ground state (energi orbitalnya paling rendah), konfigurasi elektronnya mengikuti prinsip Aufbau.Pengisian orbital atom oleh elektron sesuai dengan energi relatifnya; orbital dengan energi lebih rendah akan terisi elektronlebih dahulu

Contoh:11Na : 1s2 2s2 2p6 3s1 21Sc : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1Prinsip Aufbau

Berdasarkan susunan elektronnya: suatu atom stabil apabila orbitalnya terisi elektron penuh atau setengah penuh

Contoh:

Prinsip Hund

Subkulit d yang berisi setengah penuh atau penuh (5 elektron) akan lebih stabil dibandingkan subkulit s atau subkulit berikutnya. Hal ini dikarenakan energi yang dibutuhkan elektron untuk mempertahankan elektron setengah penuh pada subkulit d lebih kecil daripada subkulit s yang penuh.Prinsip Hund

Tidak ada dua elektron dalam suatu atom yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama.

Bila 2 elektron dalam suatu atom memiiki nilai bilangan n, l dan m yang sama, maka kedua elektron tersebut pasti memiliki nilai bilangan s yang berbeda.Prinsip PauliSuatu atom oksigen mempunyai 8 elektron. Tuliskan keempat bilangan kuantum untuk masing-masing elektron pada ground state!Gambarkan diagram orbital untuk elemen Cr dan Cu!Tuliskan konfigurasi elektron untuk potassium dan kalsium! Tentukan pula keempat bilangan kuantumnya !

Oksigen

1s2 2s2 2p4ElektronnlmsOrbital1100+1/21s2100-1/23200+1/22s4200-1/2521-1+1/26210+ 1/2 2px, 2py, 2pz7211+1/2821-1-1/2

EFEK PERISAI DAN PENETRASIAtom He muatan inti +2Atom H muatan inti +1 muatan inti efektif = muatan inti = +1

42He karena ada 2 e- sehingga 1e- memperisai e- yang lain saling memperisai e- yang lain terhadap gaya tarik intiElektron pada kulit terluar tidak memperisai elektron pada kulit dalamnya.

Zef = muatan inti yang sebenarnya konstanta perisai = Z -

untuk atom polielektron

EFEK PERISAI DAN PENETRASIATURAN SLATERUntuk ns atau npBuat dulu konfigurasi elektron, pengisian elektron tetap mengikuti aturan Aufbau hanya urutannya tetap berdasarkan kulitnya (1s)(2s 2p)(3s 3p)(3d)(4s 4p)(4d)(4f)2. Elektron dalam kelompok di atasnya tidak memperisai sama sekali elektron yang bersangkutan3. Elekton yang berada pada ns np yang sama memberikan kontribusi 0,35, kecuali bagi elektron 1s hanya sebesar 0,304. Elektron yang berada pada (n-1) memberikan kontribusi 0,855. Elektron yang berada pada (n-2), (n-3) dst memberika kontribusi 1,0

Untuk nd atau nf6. Semua elektron yang berada di sebelah kiri memberikan kontribusi 1,0

EFEK PERISAI DAN PENETRASIContoh konkrit:Pada He nilai E ionisai I