Pertemuan 2 Atom, Molekul, dan Ion Oleh: Bunyamin, ST

Teori Atom Gagasan tentang atom sudah dimulai sejak abad ke-5 SM. Democratus mengungkapkan bahwa semua materi terdiri atas partikel yang sangat kecil dan tidak dapat dibagi lagi yang dinamakan atomos (= sesuatu yang tidak dapat dibagi lagi). Gagasan dari democratus ini kemudian menjadi dasar dari penyelidikan tentang atom pada masa modern.

Teori Atom Dalton Merupakan awal teori atom modern. Oleh:John Dalton tahun 1808. Teori atom Dalton dapat dirangkum sebagai berikut; Unsur terdiri dari partikel terkecil yang disebut atom. Atom suatu unsur adalah identik, yaitu mempunyai ukuran, massa dan sifat kimia yang sama. Atom satu unsur tertentu berbeda dari unsur atom yang lain. Senyawa tersusun atas atom-atom dari dua unsur atau lebih. Reaksi kimia: pemisahan, penggabungan atau penyusunan ulang atom-atom.

Penjelasan Teori pertama belum mampu mendefinisikan secara pasti bagaimana gambaran struktur atom. Teori yang ke-2 menunjukkan adanya hukum perbandingan tetap (law of define proportion) dan hukum perbandingan berganda (law of multiple proportion) yg menyatakan bahwa jika dua unsur dapat bergabung membentuk lebih dari satu senyawa maka perbandingan massa dari salah satu unsur, dimana massa unsur yang lain tetap, adalah sebagai bilangan bulat yang kecil. Teori yang ke-3 menunjukkan hukum kekekalan massa (law of conservation of mass = materi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan).

Contoh Hukum perbandingan tetap Misalkan molekul C dg rumus molekul AB2 terbentuk dari dari 1 atom A dan 2 atom B. Maka perbandingan jumlah atom A : B = 1 : 2 ini tetap. Jumlah molekul C Jumlah atom A Jumlah atom B 1 2 10 20

Contoh Hukum Perbandingan Berganda Dalam 3,66 gram karbon dioksida (CO2) ditemukan 2,66 gram karbon dan 1 gram oksigen. Sedangkan dalam karbonmonoksida (CO) yang bermassa 2,33 gram terdapat 1,33 gram karbon dan 1 gram oksigen. Massa oksigen dijaga tetap. Dapat ditunjukkan bahwa perbandingan massa karbon dlm karbon dioksida dg massa karbon dlm karbon monoksida adalah 2,66:1,33=2:1 (bulat dan kecil).

Struktur Atom Teori Dalton bahwa atom tidak dapat dibagi lagi gugur karena serangkaian percobaan yang dilakukan oleh ilmuwan mulai tahun 1850-an yg menunjukkan bahwa atom sesungguhnya memiliki struktur internal yang lebih kecil lagi yang disebut dengan sub atom. Partikel sub atom tersebut terdiri atas; elektron, proton dan neutron.

Elektron dan Model Atom JJ Thomson Diawali dengan penelitian radiasi (pemancaran dan perambatan energi) melalui ruang dalam bentuk gelombang. Penyelidikan lebih lanjut atom menggunakan tabung sinar katoda. Percobaan tabung sinar katoda pertama kali dilakukan William Crookes (1875). Hasil eksperimennya adalah ditemukannya seberkas sinar yang muncul dari arah katoda menuju ke anoda yang disebut sinar katoda. Joseph John Thomson (1897) melanjutkan eksperimen William Crookes yaitu pengaruh medan listrik dan medan magnet dalam tabung sinar katoda Hasil percobaannya membuktikan bahwa ada partikel bermuatan negatif dalam suatu atom karena sinar tersebut dapat dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik. Partikel tersebut disebut oleh thomson dengan corpuscle. oleh G. Johnstone Stoney partikel tersebut disebut dengan electron.

Medan Magnet dihidupkan Listrik dihidupkan Gambar Model Tabung Katoda Thomson

Thomson akhirnya berkesimpulan bahwa; Atom sebenarnya tidak berbentuk masiv (berbentuk bulatan yang pejal) akan tetapi tersusun atas komponen-komponen penyusun atom Di alam atom berada dalam keadaan yang stabil dan memiliki muatan yang netral, dengan demikian Thomson lebih lanjut mengasumsikan bahwa di dalam atom itu sendiri pasti terdapat bagian yang bermuatan positif Model atom thomson akhirnya disebut dengan plum pudding model (=model atom kismis)

Model Atom Thomson

Proton, Inti dan Model Atom Rutherford Pada tahun 1909 Hans Geiger dan Ernest Marsden dengan petunjuk dari Ernest Rutherford (murid dari thomson) melakukan eksperimen di Laboratorium Fisika Universitas Manchester untuk membuktikan kebenaran dari teori atom yang dikemukakan oleh Thomson. Eksperimen ini melibatkan penembakan partikel alfa (inti atom helium atau ion helium dengan muatan positip) yang diemisikan oleh unsur Radium pada lempengan logam emas tipis dan kemudian mendeteksi partikel alfa yang telah melewati lempengan logam emas tersebut dengan menggunakan layar yang dilapisi seng sulfida (ZnS) sebagai detektor. Rutherford berpendapat bahwa apabila struktur atom yang dikemukakan oleh Thomson adalah benar maka sebagian besar berkas partikel alfa akan melewati lempengan logam emas dan sebagian kecil sekali yang akan didefleksi.

Rancangan Percobaan Rutherford

Akan tetapi hasil eksperimen Rutherford sangat mengejutkan, walaupun sebagian besar berkas partikel alfa melewati lempengan logam emas, terdapat banyak berkas partikel alfa yang didefleksi dengan sudut yang besar (lebih dari 90o), bahkan terdapat berkas partikel alfa yang direfleksi kembali kearah sumber tanpa pernah menyentuh layer detector (perhatikan gambar). Setelah merunut pola-pola partikel alfa yang ditembakkan ke lempeng logam emas, maka Rutherford mengambil kesimpulan bahwa sebagian besar ruang dalam atom adalah “ruang kosong”, dan terdapat massa yang terkonsentrasi pada pusat atom yang bermuatan positif dimana ukurannya 10.000 kali lebih kecil dibanding ukuran keseluruhan bagian atom, dan elektron mengelilingi inti atom tersebut seperti planet-planet kita mengelilingi matahari.

Hasil Pengujian Atom Rutherford

Rutherford menyimpulkan bahwa Sebagian besar berkas partikel alfa yang dapat melewati lempengan logam emas menunjukan bahwa partikel alfa ini melewati ruang kosong yang ada di dalam atom sehingga dengan mudah partikel alfa ini melewati ruang kosong tersebut tanpa hambatan yang berarti. Berkas partikel alfa yang didefleksi menunjukan bahwa partikel alfa tersebut berada pada posisi yang dekat dengan inti atom yang bermuatan positif. Muatan positif dengan muatan positif akan saling tolak menolak, hal inilah yang menyebabkan partikel alfa dibelokan dengan sudut yang besar. Berkas partikel alfa yang di refleksi kembali (dipantulkan kembali) menunjukan bahwa partikel alfa tersebut bertumbukkan dengan inti atom yang bermuatan positif. Inti atom emas mempunyai massa dan muatan positif yang lebih besar disbanding dengan massa dan muatan partikel alfa, hal inilah yang membuat partikel alfa di pantulkan kembali.

Model Atom Rutherford

Neutron Prediksi dari Rutherford memacu W. Bothe dan H. Becker (1930) melakukan eksperimen penembakan partikel alpha pada inti atom berilium (Be). Ternyata dihasilkan radiasi partikel berdaya tembus tinggi. Eksperimen ini dilanjutkan oleh James Chadwick (1932). Ternyata partikel yang menimbulkan radiasi berdaya tembus tinggi itu bersifat netral atau tidak bermuatan dan massanya hampir sama dengan proton.

Proton Neutron Tabel Massa dan Muatan Partikel Sub Atom Partikel Massa (gr) Muatan satu satuan (coloumb) Satuan Muatan Elektron 9,10939 x10-28 -1,6022x10-19 -1 Proton 1,67262x10-24 + 1,6022x10-19 +1 Neutron 1,67493x10-24

Nomor Atom, Nomor Massa dan Isotop Suatu atom memiliki sifat dan massa yang khas satu sama lain. Dengan penemuan partikel penyusun atom dikenal istilah nomor atom (Z) dan nomor massa (A). Jumlah proton dalam suatu atom disebut nomor atom. Atom bersifat netral memiliki jumlah proton sama dengan jumlah elektronnya sehingga nomor atom juga menunjukan jumlah elektron. Identitas kimia suatu atom dapat ditentukan berdasarkan nomor atomnya.

Nomor Massa Seperti diuraikan sebelumnya massa elektron sangat kecil, dianggap nol sehingga massa atom ditentukan oleh inti atom yaitu proton dan neutron. Atom oksigen mempunyai nomor atom 8 dan nomor massa 16, sehingga atom oksigen mengandung 8 proton dan 8 neutron. Nomor Massa (A) = Jumlah Proton + Jumlah Neutron                                     Atau Jumlah neutron = Nomor massa – Nomor atom Penulisan lambang atom unsur menyertakan nomor atom dan nomor massa.

A = Nomor Massa Z = Nomor Atom X= Lambang Unsur Contoh Artinya Nomor massa Fe 56 dan nomor atomnya 26 sehingga Jumlah protonnya 26 Jumlah elektron 26 jumlah neutronnya (A-Z) 56-26 = 30.

Isotop Atom yang mempunyai nomor atom yang sama tetapi memiliki nomor massa yang berbeda disebut dengan isotop. Setiap isotop satu unsur memiliki sifat kimia yang sama karena jumlah elektronnya sama. Isotop-isotop unsur ini dapat digunakan untuk menentukan massa atom relatif (Ar), atom tersebut berdasarkan kelimpahan isotop dan massa atom semua isotop.             

Tabel Periodik Tabel periodik adalah tabel yang berisi pengelompokan unsur-unsur berdasar sifat dan kimia, dimana unsur- unsur yang memiliki kemiripan dikelompokkan bersama. Dalam tabel periodik unsur-unsur disusun berdasarkan nomor atomnya dalam baris horizontal yang disebut periode. Sedangkan berdasarkan kemiripan sifat kimianya unsur disusun dalam kolom yang disebut golongan atau group. Tabel periodik memuat nomor atom dan massa atomnya.

Molekul Molekul adalah agregat (kumpulan) yang terdiri dari sedikitnya dua atom dalam susunan tertentu yang terikat bersama oleh gaya-gaya kimia (=disebut juga ikatan kimia) Kumpulan atom bisa berasal dari atom yang berbeda (senyawa) atau atom yang sejenis. Molekul yang mengandung 2 atom disebut dengan molekul diatomik. Unsur-unsur yang ada pada golongan 7A dan unsur (F,Cl,Br,I,At) termasuk dalam kategori molekul diatomik. Contoh lain molekul diatomik adalah HCl,CO dan lain-lain. Molekul yang mengandung lebih dari dua atom disebut molekul poliatomik.

Ion Ion adalah sebuah atom atau sekelompok atom yang mempunyai muatan total positif atau negatif. Jumlah proton yang bermuatan positif dalam inti suatu atom tetap selama selama proses peubahan kimia (reaksi kimia), tetapi elektron yang bermuatan negatif bisa hilang dan bertambah. Atom netral yang kehilangan satu atau lebih elektronnya akan menghasilkan kation (=ion dengan muatan total positif). Contoh Natrium (Na) dapat dengan mudah kehilangan satu elektronnya untuk menjadi kation natrium, yang ditulis sebagai Na+ Atom Na ion Na+ 11 proton 11 proton 11 elektron 10 elektron

Kebalikan dari kation adalah anion yang muatan totalnya adalah negatif akibat adanya kenaikan jumlah elektron. Misalkan atom klorin (Cl) dapat memperoleh tambahan satu elektron untuk menjadi ion klorida (Cl-), Sehingga Atom Cl Ion Cl- 17 proton 17 proton 17 elektron 18 elektron Natrium klorida (NaCl) atau garam dapur disebut sebagai senyawa ionik karena dibentuk dari kation dan anion. Atom dapat kehilangan atau memperoleh satu atau lebih elektron. Sebagai tambahan dua atom atau lebih dapat bergabung membentuk sebuah ion yang mempunyai muatan total positif atau negatif Jika atom yang terbentuk dari satu atom disebut ion monoatomik, sedang jika ion terbentuk dari lebih 2 atom disebut ion poliatomik

Rumus Kimia Rumus kimia adalah tanda yang digunakan untuk menyatakan komposisi (unsur dan rasio) dari senyawa baik senyawa molekul maupun senyawa ion. Rumus kimia menunjukkan: Cara atom-atom berikatan Jumlah atom relatif suatu unsur di dlm unit rumus Jumlah mol relatif bermacam-macam unsur Prosentase massa yg dapat dihitung darinya Rumus kimia ada 2 macam yaitu rumus molekul rumus empiris. Rumus molekul adalah rumus yang menunjukkan jumlah eksak dari atom-atom setiap unsur di dalam unit terkecil. Contoh H2O adalah rumus molekul untuk air O2 adalah rumus molekul untuk oksigen O3 adalah rumus molekul untuk ozon

Rumus empiris adalah rumus yang menunjukkan komposisi penyusun molekul pada perbandingan angka bulat yang paling sederhana. Contoh H2O2 adalah rumus molekul dari hidrogen peroksida dan rumus emprisnya adalah 2:2 = 1:1

Penamaan Senyawa Selain menggunakan rumus kimia senyawa juga disebut dengan nama. Penamaan senyawa ini menurut aturan yang telah dibuat oleh kimiawan. Aturan penamaan senyawa berdasarkan kategori senyawa, dimana senyawa dapat dikategorikan dalam 3 bagian besar, yaitu Senyawa ionik Senyawa molekular Asam dan basa

Aturan Penamaan Senyawa Ionik Senyawa ionik adalah senyawa yang terbentuk dari kation (= ion positif dari atom logam) dan anion( ion negatif dari atom non logam). Aturan Penamaan untuk senyawa biner (terbentuk dari 2 unsur) sebagai berikut; Kation logam mengambil namanya dari nama unsurnya dan diletakkan di awal. Anion diberinama dengan mengambil bagian awal dari nama unsur dan ditambah dengan “ida” Contoh NaCl berarti natrium klorida ZnI2 rumus dari Seng Iodida KBr lambang untuk Kalium Bromida dll Untuk senyawa tersier (tersusun dari 3 jenis atom) kata ‘ida” juga digunakan untuk nama anionnya. Contoh LiOH lambang dari Litium Hidroksida. KCN lambang dari Kalium cianida

Jika logam yang membentuk kation bisa membentuk lebih dari satu kation maka digunakan aturan sistem stok dimana setelah nama logam diberi angka romawi sesuai jumlah muatannya. Contoh Fe bisa kehilangan 2 atau 3 atomnya sehingga Fe2+ disebut besi (II) Fe3+ disebut besi (III)

Aturan Penamaan Senyawa Molekular Senyawa molekuler adalah senyawa yang mengandung unit molekular yang terpisah. Biasanya senyawa ini disusun atas unsur-unsur non logam. Penamaan senyawa molekular hampir sama dengan senyawa ionik, pertama untuk unsur pertama disebut nama unsurnya dan yang kedua disebut nama dasar unsur dan ditambah “ida”. Contoh HCl berarti Hidrogen klorida SiC rumus dari Silikon Karbida Jika senyawa terbentuk dari atom yang jumlahnya lebih dari satu maka di depan nama ditambah dengan awalan yang menunjukkan jumlah dengan angka yunani (kecuali 1 biasanya awalan mono dihilangkan). Contoh CO2 rumus dari karbon dioksida N2O4 rumus dari Dinitrogen tetroksida (awalan huruf akhir “a” jika digandeng dengan oksida “a” dihilangkan). Awalan huruf yunani tidak digunakan untuk unsur hidrogen (H) biasanya senyawa yang mengandung H disebut dengan nama umum yang tidak sistemik.

Aturan Penamaan Asam Basa Asam adalah zat yang menghasilkan ion hidrogen (H+) ketika dilarutkan dalam air. Rumus untuk asam tersusun satu atau lebih atom hidrogen dan sebuah gugus anion. Penamaan asam adalah dengan memberi nama “asam” di awal kemudian ditambah dengan nama anion diakhiri dengan “ida” Contoh HCl (Asam Klorida) HBr(Asam Bromida) Asam yang mengandung hidrogen, oksigen dan unsur lain(=disebut unsur pusat) disebut asam okso. Rumus asam okso biasanya dimulai dari H,unsur pusat dan O. Contoh HNO3 rumus untuk Asam nitrat H2SO4 rumus dari asam sulfat H2CO3 rumus dari asam karbonat

Seringkali jumlah Oksigen dalam asam okso berbeda, aturan yang digunakan Seperti gambar berikut Asam okso Anion okso Penghilangan ion H+ asam per-at asam at asam it Asam hipo it +(O) -(O) per-at at it hipo it +(O) -(O) Aturan penamaanna anion dari asam okso (=disebut anion okso seperti gambar sebelah kiri

Contoh HClO3 adalah asam klorat jika atom O bertambah satu HClO4 maka namanya asam perklorat HNO3 adalah asam nitrat HNO2 adalah asam nitrit H3PO4 asam fosfat PO4 adalah fosfat Basa adalah zat yang menghasilkan ion hidroksida (OH_) ketika dilarutkan dalam air.