STRUKTUR ATOM

STRUKTUR ATOMPius Dore OlaPendapat tentang Partikel MateriDemokritus: materi bersifat diskontinyu (jika suatu materi dibagi dan terus dibagi maka akhirnya diperoleh partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi = disebutAtom).PlatodanAristoteles, pembagian materi bersifat kontinyu(pembagian dapat berlanjut tanpa batas).Kedua pendapat ini hanya berdasarkan pemikiran filosofis.

Pendapat tentang Partikel MateriDalton:Materi terdiri dari partikel yang tak dapat dibagi lagi yang tak dapat diciptakan dan dimusnahkan: AtomAtom suatu unsur tertentu adalah sama dalam semua hal dan berbeda dari atom unsur lain.Jika atom-atom bergabung membentuk senyawa, perbandingan atom-atom merupakan angka yang sederhana.Didasarkan pada eksperimen, Dalton dikenalsebagai bapak Ilmu Kimia Modern.Apa kelemahan teori atom Dalton ?

Teori atom Dalton mengandung hal-hal yang sekarang tidak benar, namun beberapa bagian dari teori ini masih tetap dipertahankan.

Ternyata Atom dapat dibagi (mengandung partikel yang lebih kecil)

Partikel Dasar Penyusun AtomDengan cara tertentu atom dapat dibagi menjadi pertikel yang lebih kecilSaat ini dikenal 35 partikel subatom (banyak yang tidak stabil).Tiga partikel yang penting: elektron, proton dan netron.ElektronMerupakan partikel terkecil dibandingkan dengan proton dan netron.Muatan: 1,602 x 10-19 C.Perubahan kimia merupakan hasil perpindahan atau pembagian elektron antar atom.Michael Faraday (1832-1833), elektrolisis larutan elektrolit: materi mempunyai sifat-sifat listrik dan ada hubungan dengan aliran listrik. ElektronJonson Stonly (1874), memperkenalkan istilah elektron: satuan muatan listrik yang terdapat dalam atom.Penyelidikan untuk membuktikan adanya elektron dilakukan dengan menggunakan sinar katoda, ditemukan oleh Julius Plucker (1859).Dengan menggunakan sinar katoda W. Crookes (1879) dan J.J. Thomson (1897), sinar katoda terdiri atas partikel bermuatan listrik negatif dan disebut elektron.ElektronJ.J. Thomson, berhasil menetapkan angka perbandingan muatan terhadap massa (e/m), yaitu -1,759 x 10-8 c/g.

Keterangan:Sinar katode merambat lurus dari katode, kecuali dikenai gaya dari luar seperti medan listrik dan medan magnet.Bermuatan negatif karena ditarik oleh lempeng bermuatan positif, dan disebut elektron.Sinar ini sama, tak tergantung pada bahan katoda dan gas yang ada dalam katoda.ElektronMuatan elektron ditemukan oleh J.J. Townsend (1897), dan kemudian J.J. Thomson danR.A. Milikan yang didasarkan pada sebutir tetes minyak yang bermuatan dalam medan listrik. Percobaan Tetesan minyakTetesan minyak yang diamatiPlat bermuatan (+)Plat bermuatan (-)Sinar XLubang kecilTetesan minyakAtomizer Mikroskop Percobaan Tetesan minyakElektron yang berasal dari pengionan udara oleh sinar-X ditangkap oleh tetesan minyak.Tetsan minyak bermuatan negatif ini, dibiarkan jatuh diantara 2 lempeng horisontal.Karena tiap tetes dapat menangkap satu atau lebih elektron maka, muatan dari tiap tetesan tidak akan sama, namun merupakan kelipatan dari 1,6 x 10-19 c, yang merupakan muatan elektron.Dari harga e/m J.J. Thomson maka dapat dihitung massa elektron:

m = -1,6 x 10-19 C -1,759 x 108 C/g = 9,11 x 10-28 g ProtonDitemukan oleh E. Goldstein (1886).Adanya sinar katode dalam tabung gas menyebabkan elektron dari atom gas terlepas dan membentuk ion bermuatan positif. Ion-ion ini bergerak berlawanan arah dengan sinar katoda.Partikel ini mempunyai massa 1836 kali massa elektron dengan muatan 1,602 x 10-19 C.NetronKarena atom bersifat netral, maka jumlah proton=jumlah netron.Kenyataan: massa dari semua proton < berat atom.Rutherford menduga atom mengandung partikel lain yang tidak bermuatan dengan massa sebesar massa proton.James Chadwick menemukan partikel ini dan menamakannya: netron.Chadwick mendapatkan bahwa netron mempunyai massa: 1,675 x 10-24 g.PartikelNotasiMassaMuatanSesungguhnyaRelatif thd protonSesungguhnyaRelatif thd protonProtonp1,67 x 10-24g1 sma1,6 x 10-19C+1Neutronn1,67 x 10-24g1 sma00Elektrone9,11 x 10-28g5,4 x 10-4 sma-1,6 x 10-19C-1Nomor Massa dan IsotopKebanyakan unsur memiliki atom dengan massa yang berbeda, isotop.

XAZA adalah nomor massaZ adalah nomor atomNomor massa= jumlah proton + jumlah neutron= nomor atom + jumlah neutron Kelimpahan Isotop dan Spektroskopi MassaSpektrometer massa merupakan instrumen yang mengukur rasio muatan-massa suatu partikel bermuatanAccelerating plates+-MagnetElectron gunGas inletIon 42He+Ion 126C+Detektor kolektorSlit Spektrum Massa Neon-20Berapakah Ar Neon?20212223Kelimpahan relatifMassa0.9090.0030.088Model Atom ThomsonAtom adalah suatu materi berbentuk bola bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron-elektron. Atom bersifat netral, yaitu muatan positif dan muatan negatif jumlahnya sama

Thomsons Atomic Model

Model Atom RutherfordBerdasarkan hasil percobaan hamburan sinar yang dilakukan oleh mahasiswanya yang bernama Hans Geiger dan Ernest Marsden sekitar tahun 1909, Rutherford mencoba mengemukakan model atom yang dapat menumbangkan model atom Thomson. Sinar yang berasal dari zat radioaktif polonium dikenakan terhadap lempeng emas yang tipis, ternyata berkas sinar yang memiliki kecepatan 10.000 mil det-1 hampir semuanya dapat menembus lempeng emas, hanya sebagian kecil yang dibengkokkan dan dipantulkan kembali. Secara skematik percobaan hamburan sinar dapat digambarkan seperti Gambar

Sebagian besar partikel a dapat melalui foil, hal ini menandakan bahwa ada ruang kosong disekeliling inti atom. Adanya prtikel a yang dibelokan dan dipantulkan menunjukkan bahwa inti bermuatan positif dan massa atom terpusat diinti.Berdasarkan perhitungan diameter ruang kosong suatu atom berkisar 10.000 sampai 100.000 kali lebih besar daripada diameter intiRutherford menyimpulkan bahwa: atom merupakan bola yang berongga dengan massa atom terpusatkan pada inti atom yang sangat kecil yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif.

Kelemahan.....Tidak sesuai dengan teori fisika klasik: pertikel yang bermuatan yang bergerak di bawah pengaruh gaya tarik, seharusnya terus menerus kehilangan energi. Oleh karena itu, elektron harus melintasi jalan berbentuk spiral dan akhirnya bersatu dengan inti. Ini berarti atom akan musnah. Kenyataanya atom ada.Model Atom BohrDidasarkan pada adanya penemuan spektrum atom hidrogen.Balmer menemukan bahwa: garis-garis spektrum atom hidrogen terdapat didaerah sinar tampak dengan panjang gelombang: 6562,8; 4861,3; 4110,7....., yang dapat dinyatakan dengan ungkapan:

R adalah tetapan Rydberg= 109.677,76 cm-1.Model Atom BohrElektron bergerak mengelilingi inti atom dalam lintasan yang berbentuk lingkaran. Lintasan yang diperlukan adalah lintasan dimana momentum sudut elektron merupakan kelipatan dari nh/2, (h=tetapan Planck).Karena momentum sudut yang bergerak dengan kecepatan v adalah lintasan dengan jari-jari r adalah mvr, maka: mvr = nh/2 .

Model Atom BohrBila elektron bergerak dalam satu lintasan kuantumnya maka elektron tidak memancarkan energi (keadaan stasioner).Bila elektron berpindah dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat yang lebih rendah maka akan terjadi radiasi energi: E2-E1 = hv

Fsp = Fc

Untuk n = 1, maka r= 0,0529 AJadi secara umum: r = 0,0529 n2 AEnergi lintasanEtotal = Ekinetik + Epotensial

Substitusikan nilai e, maka:

Dengan mensubstitusikan harga-harga tetapan maka akan diperoleh:

Energi transisi jika elektron berpindah dari n=1 ke n=2

Dengan, RH = disebut tetapan Rydberg.Nilai RH dari teori atom Bohr = 109.737,3 cm-1.Kekurangan model atom BohrHanya cocok untuk atom atau ion berelektron satu, tidak cocok untuk atom atau ion dengan dua elektron atau lebih.Untuk mengatasi: dikembangkan model atom mekanika gelombang atau mekanika kuantum.Model atom mekanika gelombangDidasarkan pada: sifat dualisme materi (de Broglie, 1924) dan prinsip ketidakpastian Heizenberg (1925).Sifat dualisme materiMateri dapat bersifat sebagai gelombang dan sebagai partikel.Sebagai gelombang, suatu materi memiliki panjang gelombang: = h/mvDari rumus, semakin kecil massa partikel, semakin besar (semakin bersifat gelombang).Elektron: suatu partikel yang kecil, lebih baik dianggap sebagai gelombang dari pada sebagai partikel (sesuai anggapan Bohr).

Prinsip Ketidakpastian HeizenbergUntuk suatu partikel yang bergerak, pada waktu yang bersamaan tidak mungkin untuk dapat mengetahui baik kecepatan maupun kedudukan secara tepat. Elektron adalah suatu partikel yang bergerak, jadi tidak mungkin untuk menentukan kedudukan dan kecepatannya secara tepat.Yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron.Daerah dengan kebolehjadian tinggi menemukan elektron disebut orbital.

Teori Mekanika Gelombang1926,Schodinger mengembangkan suatu persamaan gelombang yang menggambarkan perilaku dan energi elektron pada suatu atom.

Persamaan tersebut jika diselesaikan, akan menghasilkan 3 buah ANU yang kemudian disebut bilangan kuantum.V = Energi potensial partikel (elektron)E = Energi total partikelm = massa partikel = fungsi gelombang

Bilangan KuantumBilangan kuantum utama, nmenjelaskan ukuran suatu arbital dan besarnya energin = 1, 2, 3, .Bilangan kuantum azimut, lBilangan sub-kulit yang terdapat pada tingkat kuantum utama. Menjelaskan bentuk orbitalnyal = 0 sampai n-1Bilangan KuantumMagnetik, mlMenjelaskan arah proyeksi suatu orbit dalam space.ml = -l sampai +lDengan mengetahui tiga bilangan tersebut kita mengetahui gambaran semua orbitalBilangan Kuantum

Bentuk orbital

Orbital d

Salah satu dari orbital f

Bilangan kuantum SpinJika seberkas sinar dari atom-atom netral jika dilewatkan pada medan magnet, diperoleh bahwa sinar tersebut terpecah menjadi dua berkas yang terpisah, separuh dibelokan dalam satu arah dan separuh lain dibelokan dalam arah yang berlawanan.Interprestasi: atom-atom berkelakuan seperti magnet-magnet kecil yang berputar pada sumbunya dengan dua spin yang berlawanan.Bilangan kuantun spin, s = +1/2 dan -1/2

Konfigurasi elektronPengisian elektron dalam orbital atom memenuhi beberapa kaidah: prinsip Aufbau, Larangan PauliAturan HundAturan penuh setengah penuhPrinsip AufbauElektron dalam atom sedapat mungkin memiliki energi terendah.Oleh karena itu maka pengisian elektron dimulai dari orbital yang tingkat energinya terendah.Tinggi rendahnya tingkat energi orbital ditentukan oleh n + l.Orbital yang mempunyai energi tinggi adalah yang (n+l)-nya besar.Jika dua orbital mempunyai n + l yang sama maka, ditentukan oleh n.Contoh: 2s > 1s, 4p > 3d

Larangan PauliTidak mungkin terdapat dua elektron dalam satu atom yang mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama.Aturan HundPada orbital yang tingkat energinya sama, elektron belum berpasangan sebelum semua orbital terisi satu elektron.Aturan penuh dan setengah penuhPenuh > penuh > tidak penuhContoh: [Ar] 3d5, 4s1 bukan [Ar],3d4 , 4s2 [Ar], 3d10, 4s1 bukan [Ar], 3d9, 4s2

Cara pengisian elektron