Atom terdiri atas proton, neutron, dan elektron. Proton dan neutron berada di dalam inti atom. Sedangkan elektron terus berputar mengelilingi inti atom lantaran muatan listriknya. Semua elektron bermuatan negatif (–) dan semua proton bermuatan positif (+). Sementara itu, neutron bermuatan netral. Elektron yang bermuatan negatif (–) ditarik oleh proton yang bermuatan positif (+) pada inti atom. Elektron tersebut tidak meninggalkan inti, meskipun ada gaya sentrifugal yang terjadi tanggapan kecepatan elektron. Atom mempunyai elektron di belahan luarnya sedangkan proton dalam jumlah yang sama di belahan pusatnya, sehingga muatan listrik atom berada dalam keadaan seimbang. Namun, baik volume maupun massa proton lebih besar daripada elektron. Jika kita membandingkannya, perbedaan di antara kedua partikel ini menyerupai perbedaan antara insan dengan sebutir kacang kenari. Walaupun demikian, muatan listrik total keduanya tetap sama besar. Apa yang akan terjadi bila muatan listrik pro- ton dan elektron tidak sama besar?
Dalam hal ini, semua atom di alam semesta akan menjadi bermuatan positif (+) lantaran ada kelebihan muatan listrik positif (+) di dalam proton. Akibatnya, semua atom akan saling bertolakan satu sama lain. Apa yang akan terjadi bila situasi menyerupai ini berlangsung? Apa yang akan terjadi bila semua atom di alam semesta saling bertolakan? Hal yang akan terjadi sangat tidak lazim. Begitu terjadi perubahan menyerupai itu di dalam atom, tangan Anda yang ketika ini sedang memegang buku, begitu pula lengan Anda, akan hancur berantakan. Tidak hanya tangan dan lengan, tetapi juga tubuh, kaki, kepala, gigi Anda, singkatnya setiap belahan badan Anda akan terpisah-pisah ketika itu juga. Ruangan yang Anda tempati, pemandangan di luar yang terlihat dari jendela juga akan berantakan. Semua maritim di bumi, gunung-gunung, semua planet di dalam tata surya dan semua benda-benda langit di jagat raya akan musnah, hancur secara serempak. Tidak ada satu benda pun yang akan tersisa. Demikianlah lantaran keseimbangan yang sangat teliti dari struktur atom maka tercipta pula keseimbangan alam semesta.
A. Perkembangan Teori Atom
Anda telah mengetahui beberapa unsur dalam kehidupan sehari-hari. Unsur sanggup mengalami perubahan materi yaitu perubahan kimia. Ternyata perubahan kimia ini disebabkan oleh partikel terkecil dari unsur tersebut. Partikel terkecil inilah yang kemudian dikenal sebagai atom.
Jika Anda memotong satu batang kapur menjadi dua bagian, kemudian dipotong lagi menjadi dua belahan dan seterusnya maka belahan terkecil yang tidak sanggup dibagi lagi inilah yang mengawali berkembangnya konsep atom.
Konsep atom itu dikemukakan oleh Demokritos yang tidak didukung oleh eksperimen yang meyakinkan, sehingga tidak sanggup diterima oleh beberapa jago ilmu pengetahuan dan filsafat. Pengembangan konsep atom-atom secara ilmiah dimulai oleh John Dalton (1805), kemudian dilanjutkan oleh Thomson (1897), Rutherford (1911), dan disempurnakan oleh Bohr (1914).
Hasil eksperimen yang memperkuat konsep atom ini menghasilkan citra mengenai susunan partikel-partikel tersebut di dalam atom. Gambaran ini berfungsi untuk memudahkan dalam memahami sifat-sifat kimia suatu atom. Gambaran susunan partikel-partikel dasar dalam atom disebut model atom.
1. Model Atom Dalton
- Atom merupakan belahan terkecil dari materi yang sudah tidak sanggup dibagi lagi.
- Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur mempunyai atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda.
- Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan lingkaran dan sederhana. Misalnya air terdiri atas atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen.
- Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atomatom, sehingga atom tidak sanggup diciptakan atau dimusnahkan.
2. Model Atom Thomson
Atom ialah bola padat bermuatan positif dan di permukaannya tersebar elektron yang bermuatan negatif.
3. Model Atom Rutherford
Atom ialah bola berongga yang tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilinginya. Inti atom bermuatan positif dan massa atom terpusat pada inti atom.
Kelemahan dari Rutherford tidak sanggup menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom. Berdasarkan teori fisika, gerakan elektron mengitari inti ini disertai pemancaran energi sehingga lama- kelamaan energi elektron akan berkurang dan lintasannya makin usang akan mendekati inti dan jatuh ke dalam inti.
Fenomena di atas sanggup dijelaskan sebagai berikut. Ambillah seutas tali dan salah satu ujungnya Anda ikatkan sepotong kayu sedangkan ujung yang lain Anda pegang. Putarkan tali tersebut di atas kepala Anda. Apa yang terjadi? Lama-kelamaan putarannya akan melemah lantaran Anda pegal memegang tali tersebut sehingga kayu akan mengenai kepala Anda. Meski teorinya lemah, namun Rutherford telah berjasa dengan mengenalkan istilah lintasan/kedudukan elektron yang nanti disebut dengan kulit.
4. Model Atom Niels Bohr
- Atom terdiri atas inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif di dalam suatu lintasan.
- Elektron sanggup berpindah dari satu lintasan ke yang lain dengan menyerap atau memancarkan energi sehingga energi elektron atom itu tidak akan berkurang. Jika berpindah lintasan ke lintasan yang lebih tinggi, elektron akan menyerap energi. Jika beralih ke lintasan yang lebih rendah, elektron akan memancarkan energi.
- Kedudukan elektron-elektron pada tingkat-tingkat energi tertentu yang disebut kulit-kulit elektron.
5. Model Atom Modern
Kulit-kulit elektron bukan kedudukan yang niscaya dari suatu elektron, tetapi hanyalah suatu kebolehjadian saja.
B. Percobaan-Percobaan Mengenai Struktur Atom
1. Elektron
Pernahkah Anda memperhatikan tabung televisi? Tabung televisi merupakan tabung sinar katode. Percobaan tabung sinar katode pertama kali dilakukan oleh William Crookes (1875). Hasil eksperimennya yaitu ditemukannya seberkas sinar yang muncul dari arah katode menuju ke anode yang disebut sinar katode.
George Johnstone Stoney (1891) yang mengusulkan nama sinar katode disebut "elektron". Kelemahan dari Stoney tidak sanggup menjelaskan efek elektron terhadap perbedaan sifat antara atom suatu unsur dengan atom dalam unsur lainnya. Antoine Henri Becquerel (1896) memilih sinar yang dipancarkan dari unsur-unsur radioaktif yang sifatnya menyerupai dengan elektron.
Joseph John Thomson (1897) melanjutkan eksperimen William Crookes yaitu efek medan listrik dan medan magnet dalam tabung sinar katode.
Hasil percobaan J.J. Thomson mengatakan bahwa sinar katode sanggup dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik. Hal ini pertanda terdapat partikel bermuatan negatif dalam suatu atom.
Besarnya muatan dalam elektron ditemukan oleh Robert Andrew Milikan (1908) melalui percobaan tetes minyak Milikan menyerupai gambar berikut.
Minyak disemprotkan ke dalam tabung yang bermuatan listrik. Akibat gaya tarik gravitasi akan mengendapkan tetesan minyak yang turun. Apabila tetesan minyak diberi muatan negatif maka akan tertarik ke kutub positif medan listrik. Dari hasil percobaan Milikan dan Thomson diperoleh muatan elektron –1 dan massa elektron 0, sehingga elektron sanggup dilambangkan:
2. Proton
Jika massa elektron 0 berarti suatu partikel tidak mempunyai massa. Namun pada kenyataannya partikel materi mempunyai massa yang sanggup diukur dan atom bersifat atom itu netral. Bagaimana mungkin atom itu bersifat netral dan mempunyai massa, bila hanya ada elektron saja dalam atom?
Eugene Goldstein (1886) melaksanakan eksperimen dari tabung gas yang mempunyai katode, yang diberi lubang- lubang dan diberi muatan listrik.
Hasil eksprerimen tersebut pertanda bahwa pada ketika terbentuk elektron yang menuju anode, terbentuk pula sinar positif yang menuju arah berlawanan melewati lubang pada katode. Setelah aneka macam gas dicoba dalam tabung ini, ternyata gas hidrogenlah yang menghasilkan sinar muatan positif yang paling kecil baik massa maupun muatannya, sehingga partikel ini disebut dengan proton. Massa proton = 1 sma (satuan massa atom) dan muatan proton = +1.
3. Inti Atom
Setelah inovasi proton dan elektron, Ernest Rutherford melaksanakan penelitian penembakan lempeng tipis emas. Jika atom terdiri dari partikel yang bermuatan positif dan negatif maka sinar alfa yang ditembakkan seharusnya tidak ada yang diteruskan/menembus lempeng sehingga muncullah istilah inti atom. Ernest Rutherford dibantu oleh Hans Geiger dan Ernest Marsden (1911) menemukan konsep inti atom didukung oleh inovasi sinar X oleh WC. Rontgen (1895) dan inovasi zat radioaktif (1896). Percobaan Rutherford sanggup digambarkan sebagai berikut.
Hasil percobaan ini menciptakan Rutherford menyatakan hipotesisnya bahwa atom tersusun dari inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi elektron yang bermuatan negatif, sehingga atom bersifat netral. Massa inti atom tidak seimbang dengan massa proton yang ada dalam inti atom, sehingga sanggup diprediksi bahwa ada partikel lain dalam inti atom.
4. Neutron
Prediksi dari Rutherford memacu W. Bothe dan H. Becker (1930) melaksanakan eksperimen penembakan partikel alfa pada inti atom berilium (Be) dan dihasilkan radiasi partikel berdaya tembus tinggi. Eksperimen ini dilanjutkan oleh James Chadwick (1932). Ternyata partikel yang mengakibatkan radiasi berdaya tembus tinggi itu bersifat netral atau tidak bermuatan dan massanya hampir sama dengan proton. Partikel ini disebut neutron dan dilambangkan dengan:
C. Menentukan Struktur Atom Berdasarkan Tabel Periodik
1. Partikel Dasar Penyusun Atom
Atom ialah belahan terkecil dari suatu unsur yang masih mempunyai sifat unsur tersebut. Struktur atom menggambarkan bagaimana partikel-partikel dalam atom tersusun. Atom tersusun atas inti atom dan dikelilingi elektron-elektron yang tersebar dalam kulit-kulitnya. Secara sistematis sanggup digambarkan partikel-partikel subatom sebagai berikut.
Sebagian besar atom terdiri dari ruang hampa yang di dalamnya terdapat inti yang sangat kecil di mana massa dan muatan positifnya dipusatkan dan dikelilingi oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif. Inti atom tersusun atas sejumlah proton dan neutron. Jumlah proton dalam inti atom memilih muatan inti atom, sedangkan massa inti ditentukan oleh banyaknya proton dan neutron. Selanjutnya ketiga partikel subatom (proton, neutron, dan elektron) dengan kombinasi tertentu membentuk atom suatu unsur yang lambangnya sanggup dituliskan:
X : lambang suatu unsur
Z : nomor atom
A : nomor massa
2. Memahami Susunan dari Sebuah Atom
a. Lihatlah nomor atom dari tabel periodik. Nomor atom selalu lebih kecil dari nomor massa.
b. Nomor atom merupakan jumlah proton. Oleh lantaran sifat atom netral, maka nomor atom juga merupakan jumlah elektron.
c. Susunlah elektron-elektron dalam level-level energi, selalu isi level ter- dalam sebelum mengisi level luar.
Contoh: Mencari susunan dari atom klor.
- 1) Dalam tabel periodik tertera klor bernomor atom 17.
- 2) Oleh kesudahannya atom klor terdiri dari 17 proton dan 17 elektron.
- 3) Susunan dari elektron-elektron tersebut yaitu 2,8,7 (2 di level pertama, 8 di level kedua, dan 7 di level ketiga). Cara pengisian elektron model ini dijelaskan pada sub subbab konfigurasi elektron.
Dua hal penting yang perlu diperhatikan bila Anda melihat susunan dalam tabel periodik.
- Jumlah elektron pada tingkat terluar (atau kulit terluar) sama dengan nomor golongan (kecuali helium yang hanya mempunyai 2 elektron. Gas Mulia biasa disebut dengan golongan 0 bukan golongan 8). Hal ini berlaku di seluruh golongan unsur pada tabel periodik (kecuali unsur-unsur transisi). Jadi, bila Anda mengetahui bahwa barium terletak pada golongan 2, berarti barium mempunyai 2 elektron pada tingkat terluar; iodium merupakan golongan 7 yang berarti iodium mempunyai 7 elektron pada tingkat terluar.
- Gas mulia mempunyai elektron penuh pada tingkat terluar.
D. Nomor Atom dan Nomor Massa
Suatu atom mempunyai sifat dan massa yang khas satu sama lain. Dengan inovasi partikel penyusun atom dikenal istilah nomor atom (Z) dan nomor massa (A). Penulisan lambang atom unsur menyertakan nomor atom dan nomor massa. Di mana:
A = nomor massa
Z = nomor atom
X = lambang unsur
Nomor Massa (A) = Jumlah proton + Jumlah neutron
atau
Jumlah Neutron = Nomor massa – Nomor atom
Nomor Atom (Z) = Jumlah proton
1. Nomor Atom (Z)
Nomor atom (Z) mengatakan jumlah proton (muatan positif) atau jumlah elektron dalam atom tersebut. Nomor atom ini merupakan ciri khas suatu unsur. Oleh lantaran atom bersifat netral maka jumlah proton sama dengan jumlah elektronnya, sehingga nomor atom juga mengatakan jumlah elektron. Elektron inilah yang nantinya paling memilih sifat suatu unsur. Nomor atom ditulis agak ke bawah sebelum lambang unsur.
2. Nomor Massa (A)
Massa elektron sangat kecil dan dianggap nol sehingga massa atom ditentukan oleh inti atom yaitu proton dan neutron. Nomor massa (A) menyatakan banyaknya proton dan neutron yang menyusun inti atom suatu unsur. Nomor massa ditulis agak ke atas sebelum lambang unsur.
E. Isotop, Isobar, dan Isoton Suatu Unsur
Setelah penulisan lambang atom unsur dan inovasi partikel penyusun atom, ternyata ditemukan adanya unsur-unsur yang mempunyai jumlah proton yang sama tetapi mempunyai massa atom yang berbeda. Ada pula unsur-unsur yang mempunyai massa atom yang sama tetapi nomor atom berbeda. Oleh lantaran itu, dikenallah istilah isotop, isoton, dan isobar.
1. Isotop
Isotop ialah atom yang mempunyai nomor atom sama tetapi mempunyai nomor massa berbeda.
Contoh:
Setiap isotop satu unsur mempunyai sifat kimia yang sama lantaran jumlah elektron valensinya sama. Isotop-isotop unsur ini sanggup dipakai untuk memilih massa atom relatif (Ar) atom tersebut menurut kelimpahan isotop dan massa atom semua isotop.
2. Isobar
Isobar ialah unsur-unsur yang mempunyai nomor atom berbeda tetapi nomor massa sama.
3. Isoton
Atom-atom yang berbeda tetapi mempunyai jumlah neutron yang sama.
Contoh:
F. Menentukan Elektron Valensi
1. Konfigurasi Elektron
Konfigurasi (susunan) elektron suatu atom menurut kulit-kulit atom tersebut. Setiap kulit atom sanggup terisi elektron maksimum 2n kuadrat, di mana n merupakan letak kulit.
Jika n = 1 maka berisi 2 elektron
Jika n = 2 maka berisi 8 elektron
Jika n = 3 maka berisi 18 elektron dan seterusnya.
Lambang kulit dimulai dari K, L, M, N, dan seterusnya dimulai dari yang terdekat dengan inti atom. Elektron disusun sedemikian rupa pada masing-masing kulit dan diisi maksimum sesuai daya tampung kulit tersebut. Jika masih ada sisa elektron yang tidak sanggup ditampung pada kulit tersebut maka diletakkan pada kulit selanjutnya.
Perhatikan konfigurasi elektron pada unsur dengan nomor atom 19.
Hal ini sanggup dijelaskan bahwa elektron paling luar maksimum 8, sehingga sisanya harus 1 di kulit terluar. Begitu pula dengan nomor atom 20. Bagaimana dengan unsur dengan nomor atom 88?
Unsur dengan nomor atom 88 akan terisi sesuai dengan kapasitas kulit pada kulit K, L, M, dan N serta masih ada sisa 28. Sisa ini dihentikan diletakkan seluruhnya di kulit O, sisa ini diletakkan pada kulit sesudahnya mengikuti daya tampung maksimum kulit sebelumnya yang sanggup diisi yaitu 18, 8 atau 2 sehingga sisanya diisikan sesuai Tabel 1.2 tersebut.
2. Elektron Valensi
Elektron yang berperan dalam reaksi pembentukan ikatan kimia dan reaksi kimia ialah elektron pada kulit terluar atau elektron valensi. Jumlah elektron valensi suatu atom ditentukan menurut elektron yang terdapat pada kulit terakhir dari konfigurasi elektron atom tersebut. Perhatikan Tabel 1.3 untuk memilih jumlah elektron valensi.
Unsur-unsur yang mempunyai jumlah elektron valensi yang sama akan mempunyai sifat kimia yang sama pula.
Contoh:
Unsur natrium dan kalium mempunyai sifat yang sama lantaran masing-masing mempunyai elektron valensi = 1.
Suatu atom netral sanggup melepaskan 1 atau lebih elektronnya dan membentuk ion yang bermuatan positif, atau menangkap elektron dan membentuk muatan negatif.
Contoh:
Sumber : bse.kemdikbud.go.id
Materi Kimia Sekolah Menengan Atas - Struktur Atom
MARKIJAR : MARi KIta belaJAR