STRUKTUR ATOM

PENGERTIAN Atom = atomos = tidak dapat dibagi Adalah partikel terkecil dari suatu meteri yang tidak dapat dibagi menjadi bagian yang lebih kecil dan masih mempunyai sifat materi tersebut

STRUKTUR ATOM Elektron (-1e0) : J.J. Thomson Partikel Penyusun Atom Elektron (-1e0) : J.J. Thomson Proton (+1p1) : Eugene Goldstein Neutron (0n1) : James Chadwick

Model Atom Dalton Bola pejal yang sangat kecil Partikel terkecil unsur (yang masih punya sifat unsur) Atom unsur sama, sifat & massa sama Atom unsur berbeda, sifat & massa beda Tak dapat diciptakan / dimusnahkan (bukan radioaktif / bukan reaksi inti) Dalam senyawa atom-atom berikatan, perbandingan sederhana

Model Atom Thomson e Bola pejal (+) Di dalamnya elektron (–) e e e e

Model Atom Rutherford + e Inti atom (+) Dikelilingi e (–) Lintasan e = kulit + e

Model Atom Niels Bohr + + Kulit = tingkatan energi (berlapis) e dapat pindah kulit dengan menyerap/ melepas energi + +

Model Atom Mekanika Kuantum (Mekanika Gelombang) Tiap tingkat energi (kulit) terdiri satu/beberapa subtingkat energi (subkulit) Tiap subtingkat energi (subkulit) terdiri satu/beberapa orbital Tiap orbital dapat ditemukan paling banyak 2 elektron Posisi/kedudukan elektron tidak dapat ditentukan dengan pasti (ketidakpastian Heisenberg) Kebolehjadian/kemungkinan ditemukannya elektron dalam orbital dapat ditentukan dari bilangan kuantumnya

Bilangan Kuantum Kedudukan elektron dalam atom dapat diterangkan dengan persamaan fungsi gelombang Schrödinger () Penyelesaian  diperoleh 3 Bilangan: Bilangan Kuantum Utama (n) Bilangan Kuantum Azimuth (l) Bilangan Kuantum Magnetik (m) 2 elektron dalam 1 orbital dibedakan dengan Bilangan Kuantum Spin (s)

Bilangan Kuantum Utama (n) Menunjukkan tingkat energi elektron (kulit) n = 1 2 3 4 5 6 7 … Kulit = K L M N O P Q

Bilangan Kuantum Azimuth (l) Menunjukkan subtingkat energi elektron (subkulit) l = 0, …, sampai (n – 1) l = 1 2 3 … Subkulit = s p d f

Bilangan Kuantum Magnetik (m) Menunjukkan orbital m = – l, …, sampai + l l = 2 m = –2 –1 +1 +2 Orbital = d l = m = Orbital = s l = 1 m = –1 +1 Orbital = p l = 3 m = –3 –2 –1 +1 +2 +3 Orbital = f

Bilangan Kuantum Spin (s) Menunjukkan arah putar pada porosnya (spin) s = + ½ atau = ↑ s = – ½ atau = ↓

Konfigurasi Elektron Aturan Aufbau 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, …

Konfigurasi Elektron 2. Aturan Hund 8O = 1s2, 2s2, 2p4 1s 2s 2p (Salah) ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ ↑↓ ↑↓

Konfigurasi Elektron 3. Aturan Larangan Pauli Bilangan Kuantum 8 elektron O : e1 : n = 1, l = 0, m = 0, s = + ½ e2 : n = 1, l = 0, m = 0, s = – ½ e3 : n = 2, l = 0, m = 0, s = + ½ e4 : n = 2, l = 0, m = 0, s = – ½ e5 : n = 2, l = 1, m = –1, s = + ½ e6 : n = 2, l = 1, m = 0, s = + ½ e7 : n = 2, l = 1, m = +1, s = + ½ e8 : n = 2, l = 1, m = –1, s = – ½

Konfigurasi Elektron LANGMUIR BURY Elektron mengisi kulit baru setelah yg lebih dalam penuh. Maksimal e tiap kulit : 2, 8, 8, 18, 18, 32 BURY Elektron terluar tidak lebih dari 8. Kulit tidak berisi lebih dari 8 e, kecuali kulit yg lebih luar telah terisi. Maksimal e tiap kulit : 2, 8, 18, dan 32

Soal 1. a. Tuliskan konfigurasi elektron 15P b. Ada berapa elektron dalam orbital 3p ? Tuliskan semua bilangan kuantumnya 2. a. Tuliskan konfigurasi elektron 20Ca c. Ada berapa elektron dalam orbital 4s ? Tuliskan semua bilangan kuantumnya

Elektron Bagian atom yang bermuatan negatif pertama kali ditemukan oleh Joseph John Thomson Elektron ditemukan dengan menggunakan tabung kaca yang bertekanan sangat rendah yang tersusun oleh: Plat logam sebagai elektroda pada bagian ujung tabung Katoda, elektroda dengan kutub negatif dan anoda, elektroda dengan kutub positif.

Sinar Katoda Sifat-sifat sinar katoda : Sinar katoda dipancarkan oleh katoda dalam sebuah tabung hampa bila dilewati arus listrik (aliran listrik adalah penting) Sinar katoda berjalan dalam garis lurus Sinar tersebut bila membentur gelas atau benda tertentu lainnya akan menyebabkan terjadinya fluoresensi (mengeluarkan cahaya). Dari fluoresensi inilah kita bisa melihat sinar, sinar katoda sendiri tidak tampak. Sinar katoda dibelokkan oleh medan listrik dan magnit; sehubungan dengan hal itu diperkirakan partikelnya bermuatan negatif Sifat-sifat dari sinar katoda tidak tergantung dari bahan elektrodanya (besi, platina dsb.)

Pembelokan sinar katoda dalam medan magnit Sinar katoda tidak tampak, hanya melalui pengaruh fluoresensi dari bahan sinar ini dapat dilacak. Berkas sinar katoda dibelokkan oleh medan magnit. Pembelokkan ini menunjukkan bahwa sinar katoda bermuatan negatif.

Pengamatan J.J. Thomson (1856-1940) Kode C = Katoda; A = Anoda; E = lempeng kondensor bermuatan listrik; M = magnet; F = layar berfluoresens. Berkas 1 : Hanya dengan adanya medan listrik, berkas sinar katoda dibelokkan keatas menyentuh layar pada titik 1. Berkas 2 : Hanya dengan adanya medan magnit, berkas sinar katoda dibelokkan kebawah menyentuh layar pada titik 2. Berkas 3 : Berkas sinar katoda akan lurus dan menyentuh layar dititik 3, bila medan listrik dan medan magnit sama besarnya

Perbandingan muatan dan massa Berdasarkan eksperimennya Thomson mengukur bahwa kecepatan sinar katoda jauh lebih kecil dibandingkan kecepatan cahaya, jadi sinar katoda ini bukan merupakan REM. Selain itu Ia juga menetapkan perbandingan muatan listrik (e) dengan massa (m). Hasil rata-rata e/m sinar katoda kira-kira 2 x 108 Coulomb per gram. Nilai ini sekitar 2000 kali lebih besar dari e/m yang dihitung dari hidrogen yang dilepas dari elektrolisis air (Thomson menganggap sinar katoda mempunyai muatan listrik yang sama seperti atom hidrogen dalam elektrolisis air. Kesimpulan : Partikel sinar katoda bermuatan negatif dan merupakan partikel dasar suatu benda yang harus ada pada setiap atom. Pada tahun 1874 Stoney mengusulkan istilah elektron.

Pengamatan Tetes Minyak Milikan Percikan tetes minyak dihasilkan oleh penyemprot (A). Tetes ini masuk kedalam alat melalui lubang kecil pada lempeng atas sebuah kondensor listrik. Pergerakan tetes diamati dengan teleskop yang dilengkapi alat micrometer eyepiece (D). Ion-ion dihasilkan oleh radiasi pengionan seperti sinar x dari sebuah sumber (E). Sebagian dari tetes minyak memperoleh muatan listrik dengan menyerap (mengadsorbsi) ion-ion.

Tetes diantara B dan C hanya melayang-layang, tergantung dari tanda (+ atau -) dean besarnya muatan listrik pada tetes. Dengan menganalisis data dari jumlah tetes, Milikan dapat menghitung besarnya muatan q. Milikan menemukan bahwa tetes selalu merupakan integral berganda dari muatan listrik elektron e yaitu : q = n.e (dimana n = 1, 2, 3 ...) Nilai yang bisa diterima dari muatan listrik e adalah –1,60219 x 10-19C. Dengan menggabungkan hasil Milikan dan Thomson didapat massa sebuah elektron = 9,110 x 10-28 gram.

Sinar Kanal (Sinar Positif) Dalam tahun 1886 Eugen Goldstein melakukan serangkaian percobaan dan ia menemukan partikel jenis baru yang disebut sinar kanal (canal rays) atau sinar positif. Sinar katoda mengalir kearah anoda. Tumbukannya dengan sisa atom gas melepaskan elektron dari atom gas, menghasilkan ion yang bermuatan listrik positif. Ion-ion ini menuju ke katoda (-) tetapi sebagian dari ion ini lolos melewati lubang pada katoda danmerupakan arus partikel mengarah kesisi lain. Berkas sinar positif ini disebut sinar positif atau sinar kanal.

Sifat-sifat sinar kanal Partikel-partikelnya dibelokkan oleh medan listrik dan magnit dan arahnya menunjukkan bahwa muatannya positif. Perbandingan muatan dan massa (e/m) sinar positif lebih kecil daripada elektron. Perbandingan e/m sinar positif tergantung pada sifat gas dalam tabung. Perbandingan terbesar dimiliki oleh gas hidrogen. Untuk gas lain e/m merupakan pecahan integral (mis. ¼, 1/20 dari hidrogen). Perbandingan e/m dari sinar positif yang dihasilkan bila gas hidrogen ada dalam tabung adalah identik dengan e/m untuk gas hidrogen yang dihasilkan melalui air.

Pengamatan ini dapat diterangkan dengan model atom yang dibuat J. J Pengamatan ini dapat diterangkan dengan model atom yang dibuat J.J. Thomson yaitu model plum pudding. Kesimpulan dari sifat sinar kanal ini ialah semua atom terdiri dari satuan dasar yang bermuatan positif, pada atom H terdapat satu dan atom-atom lainnya mengandung jumlah lebih banyak. Satuan dasar ini sekarang disebut dengan proton.

Sinar X Beberapa peneliti melihat bahwa kadang-kadang benda diluar tabung sinar katoda bersinar selama percobaan, Wilhelm Roentgen menunjukkan bahwa pengaruh sinar katoda pada suatu permukaan menghasilkan suatu jenis radiasi yang dapat menyebabkan zat-zat tertentu bersinar pada jarak tertentu dari tabung sinar katoda. Karena belum diketahui sifatnya maka dinamakan sinar X. Roentgen kemudian mengetahui beberapa sifat sinar X ini diantaranya : tidak dibelokkan oleh medan listrik dan magnit dan mempunyai daya tembus yang sangat besar terhadap suatu benda. Sifat-sifat ini menunjukkan bahwa sinar X adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang ~1Å.

Radioaktivitas Lempeng fotografi Dibungkus kertas hitam tebal Sinar matahari Lempeng fotografi Dibungkus kertas hitam tebal Uranium & kalium disulfat Mendung

Unsur Radioaktif dan Radiasinya Ernest Rutherford membuktikan adanya dua jenis radiasi, sinar alfa dan sinar beta. Sinar  mempunyai kekuatan ionisasi besar tetapi daya tembusnya terhadap materi rendah. Sinar ini dapat ditahan oleh kertas biasa. Sinar ini adalah partikel yang membawa 2 satuan dasar muatan + dan mempunyai massa identik dengan He (Sinar  = ion He2+). Sinar  sebaliknya memiliki kekuatan ionisasi rendah dan daya tembus besar. Sinar ini dapat melewati lempeng alumunium setebal 3 mm. Sinar ini memiliki partikel bermuatan negatif dengan e/m sama seperti elektron. Bentuk radiasi ketiga mempunyai daya tembus sangat besar dan tidak dibelokkan oleh medan listrik dan magnit. REM ini dikenal dengan sinar gamma ().

Inti Atom Tahun 1909 Hans Geiger dan Ernest Marsden membuat serangkaian percobaan yang menggunakan lempeng emas yang sangat tipis dan logam lain (tebal 10-4 s.d. 10-5 cm) sebagai sasaran partikel  yang berasal dari radioaktif.

Geiger dan Marsden mengamati bahwa” Sebagian besar dari partikel  menembus lempeng logam tanpa pembelokkan. Sebagian (~1 dari tiap 20.000) mengalami pembelokkan setelah menembus lempeng logam. Dalam jumlah yang sama (poin 2) tidak menembus lempeng logam sama sekali tetapi berbalik sesuai arah datangnya sinar.

Model Atom Rutherford Sebagian dari massa dan muatan (+) sebuah atom berpusat pada daerah yang sempit yang disebut inti atom, sebagian besar atom merupakan ruang kosong. Besarnya muatan pada inti berbeda untuk atom yang berbeda dan kira-kira setengah dari nilai numerik bobot atom suatu unsur. Diluar inti suatu atom harus terdapat elektron yang jumlahnya sama dengan satuan muatan inti (agar atom netral).

Proton dan Neutron Pada tahun 1913 Moseley menemukan bahwa panjang gelombang sinar x bervariasi tergantung dari bahan sasarannya. Dengan menghubungkan hal ini ke persamaan matematis disimpulkan bahwa setiap unsur dapat ditetapkan dengan suatu bilangan bulat yang disebut nomor atom. Tahun 1919 Rutherford mengembangkan satuan dasar muatan positif yang disebut proton hasil risetnya dari jalur lintasan partikel  diudara. Konsep yang dipopulerkan oleh Rutherford adalah inti mengandung sejumlah proton yang sama dengan nomor atomnya dan sejumlah partikel netral yang disebut neutron agar sesuai dengan massa atom. Pada tahun 1930-an Chadwick membuktikan keberadaan neutron melalui percobaan pemboman berilium dan boron dengan partikel , sehingga model atom yang terdiri dari elektron, proton dan neutron lengkap ditemukan.