STRUKTUR ATOM DAN MOLEKUL

PARTIKEL-PARTIKEL DASAR

Elektron, proton dan neutron, bersama dengan dua puluh partikel lainnya yang kurang dikenal merupakan dinding-dinding bangunan yang membentuk bahan.Elektron (G. J. Stoney, 1891)

Bermuatan negatif: 1,6 x 10-19 ColoumbMassa 9 x 10-28 g

Proton (J. J. Thomson, 1906)Massa 1,65 x 10-24 g

Neutron (J. Chadwich, 1932)Massa 1,67 x 10-24 g

Hukum Coloumb Hukum Coloumb secara kuantitatif dinyatakan sebagai

daya tolak-menolak antarmuatan sejenis dan adaya tarik-menarik antarmuatan berlainan jenis.

Hukum Coloumb menyatakan bahwa daya antar dua muatan berbanding lurus dengan hasil kali muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat dari jarak antara kedua muatan itu.

Dimana k adalah nilai kostanta, q1 dan q2 adalah harga dari kedua muatan dan r jarak antara kedua muatan.

Persamaan Einstein

Massa elekton meningkat sebanding dengan kecepatan partikel, tetapi perbedaannya hanya sedikit sekali hingga elektron mendekati kecepatan cahaya.

Maka massa elektron adalah (rest mass) massanya ketika bergerak dengan lambat dibanding kecepatan cahaya.

Massa elektron sebanding dengan 1/1.837 massa proton

STRUKTUR ATOM

Struktur dalam atom disusun oleh inti padat, partikel-partikel inti secara keseluruhan disebut Nukleon.

Struktur di luar inti terdistribusi dalam orbital-orbital yang tersusun secara skematik sesuai dengan teori Mekanika Kuantum.

Atom bermuatan netral sehingga jumlah elektron sama dengan proton.

Struktur Atom Nomor atom, menyatakan jumlah proton,

menentukan posisi unsur dalam tabel periodik. Nomor massa, adalah jumlah massa nukleon Isotop, merupakan atom-atom dengan nomor atom

sama tetapi nomor massa berbeda. Elektron valensi, merupakan elektron terluar dari

suatu atom, elektron ini menentukan sifat fisika dari atom dan menyebabkan atom dapat melakukan reaksi kimia.

Teori Kuantum

Teori Atom Teori Atom Archenius

Teori Atom Thomson

Teori Atom Rutherford Elektron bermuatan negatif berotasi mengitari inti, daya tarik

inti dimbangi oleh daya sentrifugal.

Teori Atom Modern Bohr Elektron berotasi pada suatu orbital tertentu. Setiap orbital memiliki tingkat energi tertentu. Jika terjadi penyerapan energi oleh elektron, maka

elektron pada keadaan dasar akan pindah ke orbital yang lebih tinggi, disebut sebagai keadaan tereksitasi.

Jika elektron kembali ke keadaan dasar maka akan memancarkan kelebihan energi dalam bentuk cahaya.

Perubahan energi yang terjadi pada perpindahan elektron akan menghasilkan spektrum garis dari atom yang dapat diamati melalui spektroskop.

Teori Kuantum

Mekanika Kuantum Ketidakpastian Heisenberg

Propabilitas

Persamaan Gelombang Schroedinger

Bilangan Kuantum

Susunan Berkala Unsur Susunan berkala Unsur

Konfigurasi Elektron dari Unsur Aturan Penggandaan Maksimum Hund Larangan Pauli

Radioaktifitas

Unsur berat (NA>83) menunjukkan suatu emisi radiasi spontan atau dikenal dengan Radioaktif. Unsur radioaktif memancarkan 3 jenis radiasi:Sinar alfa (α)

Partikel terdiri dari inti helium Membawa muatan positif ganda Daya ionisasi besar Memecah molekul menjadi elektron (-) dan residu (+) Tidak mudah dibelokkan Kecepatan rendah Interaksi dengan elektron membentuk atom helium netral

Radioaktifitas Sinar beta (β)

Mengandung elektron bermuatan negatif, negatron (β-) dan bermuatan positif, positron (β+)

Mudah dibelokkan Kecepatan lebih tinggi dibanding partikel α

Sinar gamma (γ) Terdiri dari radiasi elektromagnetik (foton berenergi tinggi) Tidak memiliki massa atau muatan Daya tembus paling kuat Berguna dalam pengobatan namun perlu penanganan khusus.

Radioaktifitas Unsur radioaktif dapat disintesis dari unsur bernomor

atom rendah yang cendrung stabil Radioaktif buatan dihasilkan dari pengubahan

kesetimbangan jumlah neutron-proton Reaksi ini dapat dilakukan dalam suatu Siklotron dan

reaktor batang uranium 235U. Pada siklotron, partikel gas terionisasi dipercepat dengan

medan magnet intensitas tinggi. Energi partikel yang dipercepat digunakan untuk menumbuk unsur sasaran yang akan dijadikan radioaktif. Reaksi diatas terjadi berdasarkan reaksi fisi inti. Energi yang dihasilkan sesuai dengan persamaan E = m.c2

Radioisotop dalam Farmasi dan Pengobatan

Isotop Waktu Paruh

Pancaran Radiasi

Energi Radiasi (meV)

Karbon 14 5.700 Tahun β- 0,155

Natrium 24 15,1 Jam β- dan γ 1,39 dan 1,38

Fosforus 32 14,3 Hari β- 1,70

Kobalt 60 5,27 Tahun β- dan γ 0,306 dan 1,17;1,33

Iodine 131 8,05 Hari β- dan γ 0,608 dan 0,36

Emas 198 2,70 Hari β- dan γ 0,96 dan 0,41

DAYA IKAT ANTARATOM

Daya ikat antaratom memberi petunjuk pada pembentukan molekul dan ion. Ikatan yang terbentuk dapat dipandang dari dua dasar teori, teori ikatan valensi dan teori orbital molekul. Teori ikatan valensi didasarkan pada teori kovalensi (G. N. Lewis). Sedangkan teori orbital molekul dipusatkan pada gambaran mekanika kuantum dari struktur atom.

Teori Ikatan Valensi Valensi adalah daya relatif atau kapasitas atom untuk

berikatan Valensi ditentukan oleh jumlah orbital elektron yang

berpengaruh terhadap sifat kimia atom. Valensi adalah elektron yang memiliki energi paling

tinggi, biasa berupa elektron terluar bisa elektron dari sub kulit lain.

Teori Ikatan Valensi Berdasarkan cara penggabungan elektron, dikenal 2 jenis

valensi, yaitu: ElektrovalensiSenyawa dibentuk dengan pepindahan elektron. Perpindahan

elektron menghasilkan suatu daya elektrostatik atau coulombik yang mengikat ion-ion membentuk kristal. Unsurnya dikatakan terikat oleh ikatan ionik atau elektrovalen.

Kovalensi,Senyawa dibentuk oleh pemakaian bersama elektron.

Kovalensi menjelaskan tentang ikatan dalam senyawa non-ionik. Ikatan kovalen koordinasi terbentuk jika semua elektron berasal dari satu atom.

Teori Orbital Molekul

Jika dua atom bergabung bersama, orbital atomnya tidak hanya akan saling tumpang-tindih, tetapi akan bersatu untuk menghasilkan orbital molekular dari elektron yang mengelilingi inti dari segenap molekul.Sama halnya dengan suatu atom yang mengandung serangkaian orbital atom yang berisi pasangan elektron dengan spin berlawanan, maka suatu molekul memiliki pula orbital molekular, yang masing-masingnya mampu menampung dua elektron berikatan

Peran Orbital Atom dalam Pembentukan Orbital Molekular

Superposisi dari orbital atom, awan elektron paling padat terdapat di antara inti atom, keadaan ini mengakibatkan terbentuknya ikatan stabil antar atom, orbital molekular berikatan.

Tumpang-tindih dari orbital atom mengakibatkan kekurangan awan elektron antara inti positif, mengakibatkan terjadinya saling tolak, Orbital molekular anti-ikatan ini mengakibatkan molekul tidak stabil

Elektron pada kulit sebelah dalam dari suatu atom, biasanya tidak terlibat dalam berikatan sehingga menghasilkan orbital molekular tidak berikatan.

Hibridisasi

Karbon dan senyawa lain yang memiliki struktur tetrahedral dapat digambarkan dengan fenomena yang dikenal sebagai hibridisasi.Konfigurasi elektron pada keadaan dasar dari karbon adalah:

1s2 2s2 2p2 ; atau 1s2 2s2 2px 2py

Dengan hanya 2 elektron tidak berpasangan, karbon diharapkan bersifat bivalen, namun pada kenyataannya karbon umumnya kuadrivalen.

Hibridisasi

Hal ini dapat terjadi dengan menganggap satu elektron 2s mengalami promosi ke orbital 2p, sehingga menghasilkan empat elektron tidak berpasangan pada kulit n = 2. Keempat orbital baru ini terbentuk dari penggabungan satu orbital 2s dan tiga orbital 2p. Proses penggabungan ini dikenal sebagai hibridisasi.

Resonansi dan Delokalisasi Resonansi merupakan penggambaran hipotesis yang hanya

berbeda dalam posisi-posisi yang akan ditetapkan untuk elektron.

Orbital molekular dilokalisir di antara inti atom karbon dalam heksagonal dan dikatakan sebagai orbital molekul terlokalisir.

Orbital 2pz yang tidak terhibridisasi dari keenam atom karbon bergabung untuk membentuk orbital molekular tidak terlokalisir.

Delokalisasi yang terjadi sepanjang molekul, berlangsung jika setiap atom memiliki paling sedikit satu elektron p yang tidak berhubungan dengan suatu ikatan tunggal.

Sifat Ikatan Elektronegatifitas• Menggambarkan daya tarik suatu atom terhadap elektron

dalam ikatan kovalen.• Semakin besar perbadaan harga elektronegativitas antara dua

unsur, ikatan yang terbentuk semakin bersifat ionik. Jari-jari kovalen, jari-jari van der Waals, dan jari-

jari kristal• Jari-jari kovelan: Jarak antar atom dalam ikatan kovalen.• Jari-jari van der Waals merupakan jarak terdekat antar kedua

inti setelah diimbangi daya tolak elektrostatik.• Jumlah dari dua jari-jari ionik akan menghasilkan jarak antar

inti.

Sifat Ikatan Energi Ikatan dan energi kisi• Harga rata-rata energi yang dibutuhkan untuk disosiasi

suatu molekul diatomik ke dalam dua atomnya disebut energi ikatan.

• Energi kisi atau energi kristal dari suatu senyawa ionik adalah energi yang dibutuhkan untuk memisahkan ion-ionnya.

DAYA IKAT ANTARMOLEKUL

Untuk mempertahankan molekul pada bentuk agregat dalam gas, cair dan padatan, diperlukan tenaga inter-molekular. Kohesi atau daya tarik antarmolekul sejenis dan adhesi atau daya tarik antarmolekul tidak sejenis merupakan perwujudan dari daya intra-molekular.Daya Tolak dan Daya TarikDaya van der Waals

Daya dipole-dipole Daya dipole-dipole induksi Daya dispersi atau daya London

Daya Ion-Dipole dan Ion-Induksi DipoleIkatan Hidrogen