Struktur Atom

Pernahkah Anda berpikir, tersusun dari apakah zat-zat yang ada di sekitar Anda? Jika pernah memikirkannya, berarti apa yang Anda pikirkan sama dengan pemikiran para ilmuwan Yunani zaman dulu. Pada 400 SM, para ilmuwan mulai meneliti untuk mencari jawaban atas pertanyaan, “Apakah yang menyusun suatu zat?” Ahli filsafat Yunani, Demokritus (460–370 SM) menawarkan istilah atom untuk mengartikan keberadaan partikel terkecil dari suatu materi yang tidak dapat dibagi lagi. Menurut Demokritus, atom artinya benda yang tidak dapat dibagi-bagi lagi (a berarti tidak; tomos berarti potong/ bagi). Pendapat Demokritus tersebut disangkal oleh Aristoteles. Menurutnya, suatu zat tersusun atas api, air, tanah, dan udara. Anggapan Aristoteles digunakan oleh para ilmuwan selama berabad-abad hingga John Dalton pada 1808 mengemukakan teori atomnya

1.      Partikel Penyusun Atom.

Seiring dengan perkembangan zaman dan teknologi, penelitian mengenai atom menunjukkan perkembangan yang lebih maju dan terarah. Hasil penelitian terbaru menyatakan bahwa suatu atom ternyata tersusun atas partikel-partikel yang lebih kecil, yaitu proton, neutron, dan elektron. Apakah perbedaan antara proton, neutron, dan elektron?

·         Elektron

Penemuan elektron berawal dari pembuatan tabung sinar katode oleh J. Plucker. Tabung sinar katode menjadi lebih berarti setelah J.J. Thomson mempelajari sinar katode yang dihasilkan tabung. Thomson melaporkan data penelitiannya sebagai berikut.

1.      Sinar katode merambat dalam suatu garis lurus, kecuali jika dikenai gaya dari luar.

2.      Sinar katode tertarik ke arah lempeng bermuatan positif.

3.      Sinar ini terdiri atas partikel-partikel dengan massa tertentu.

4.      Sifat sinar katode adalah sama, tidak bergantung pada bahan dan zat yang ada dalam tabung.

                          Berdasarkan data-data tersebut, Thomson menyimpulkan hal-hal berikut.

1.      Sinar katode bermuatan negatif.

2.      Angka banding muatan terhadap massa (e : m) untuk sinar katode yaitu 1,7588 × 108 C/g.

3.      Partikel sinar katode adalah partikel dasar yang ada dalam setiap materi.

Partikel sinar katode itu diberi nama elektron. Elektron merupakan salah satu partikel dasar penyusun atom. Pada 1913, seorang ahli fisika Amerika Robert A. Millikan melakukan percobaan agar dapat mengetahui muatan elektron. Ia meneliti naik turunnya butir-butir minyak di dalam medan listrik sehingga akhirnya dapat menentukan muatan mutlak untuk elekton (e) yaitu sebesar 1,6022 × 10–19 coulomb. Untuk lebih memudahkan, muatan listrik untuk elektron diberi nilai relatif negatif satu (–1). Dengan ditemukannya muatan mutlak untuk elektron maka massa elektron dapat dihitung yaitu sebesar 9,1096 × 10–28 g.

·         Proton.

Pada 1886, Eugen Goldstein mempelajari arah sinar pada sebuah tabung sinar katode. Goldstein melubangi katode dalam tabung sinar katode, kemudian mengamati sinar yang terdeteksi di balik katode tersebut. Ternyata, jika elektron berkecepatan tinggi bergerak dari katode ke anode, elektron akan menumbuk partikel gas dalam tabung membentuk partikel positif yang bergerak ke katode. Bahkan, sebagian keluar melalui lubang katode. Berdasarkan hal ini, ia menyimpulkan perbedaan antara angka banding (e : m) untuk partikel positif dan elektron. Menurut Goldstein, angka banding (e : m) untuk partikel positif berbeda jika gas dalam tabung berbeda, sedangkan untuk elektron tetap tidak bergantung pada jenis gas dalam tabung. Kemudian, nilai angka banding (e : m) partikel positif jauh lebih kecil daripada elektron. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa massa ion positif jauh lebih besar daripada massa elektron. Ion hidrogen merupakan partikel positif yang paling ringan. Harga e : m ion hidrogen sebesar 9,5791 × 104 C/g. Partikel ion hidrogen ini dinyatakan sebagai partikel dasar atom yang besar muatannya sama dengan muatan elektron tetapi berlawanan tanda. Dengan demikian, massa ion hidrogen dapat dihitung sebesar 1,6726 × 10–24 g atau sekitar 1.837 kali massa elektron. Ion hidrogen ini disebut proton.

·         Neutron.

Pada 1932, J. Chadwick menemukan partikel dasar ketiga yang terletak dalam inti dan tidak bermuatan, partikel tersebut dikenal dengan nama neutron. Dengan ditemukannya partikel neutron, terdapat tiga partikel dasar atom, yakni elektron, proton, dan neutron. Proton dan neutron terletak di dalam inti, sedangkan elektron beredar mengelilingi inti.

2.      Cara Menentukan Jumlah Proton, Jumlah Elektron, dan Jumlah Neutron.

Saat ini, unsur-unsur kimia yang telah diketahui berjumlah sekitar 118 unsur. Unsur-unsur tersebut memiliki sifat yang berbeda satu sama lain. Perbedaan sifat setiap unsur kimia disebabkan perbedaan jumlah proton dan elektron setiap atom yang menyusun unsur-unsur kimia tersebut. Bagaimana cara menentukan jumlah proton, jumlah elektron, dan jumlah neutron suatu atom? Untuk mengetahuinya, lakukanlah kegiatan berikut.

a.      Nomor Atom Menyatakan Jumlah Proton dan Jumlah Elektron.

Jumlah proton dan jumlah elektron suatu atom dapat ditentukan dengan mengetahui nomor atomnya. Nomor atom menyatakan jumlah proton dan jumlah elektron suatu atom.

Nomor Atom = Jumlah Elektron = Jumlah Proton

Contoh:

Tentukan jumlah elektron dan jumlah proton dari atom-atom berikut.

a.       Na (nomor atom = 11)

b.      Mg (nomor atom = 12)

c.       S (nomor atom = 16)

d.      Cl (nomor atom = 17)

Jawab

Nomor atom = jumlah elektron = jumlah proton.

Nomor atom Na = 11 sehingga jumlah proton = 11 dan jumlah elektronnya = 11. Untuk memudahkannya, ditulis dalam tabel.

Atom	Nomor Atom	Jumlah Proton	Jumlah Elektron
Na Mg S Cl	11 12 16 17	11 12 16 17	11 12 16 17

b.      Selisih Nomor Massa dan Nomor Atom Menyatakan Jumlah Neutron

Jumlah neutron suatu atom dapat ditentukan dengan mengetahui nomor massa dan nomor atomnya. Caranya dengan menentukan selisih antara nomor massa dan nomor atom. Hasilnya menyatakan jumlah neutron suatu atom.

Nomor Massa – Nomor Atom = Jumlah Neutron

Contoh :

Tentukanlah jumlah neutron dari atom-atom berikut.

a.      Na (nomor atom = 11, nomor massa = 23)

b.      Mg (nomor atom = 12, nomor massa = 24)

c.       S (nomor atom = 16, nomor massa = 32)

Jawab

Nomor massa – nomor atom = jumlah neutron. Nomor massa Na – nomor atom Na = jumlah neutron Na Jadi, jumlah neutron Na = 23 – 11 = 12 Untuk memudahkannya, ditulis dalam tabel.

Atom	Nomor Atom	Nomor Massa	Jumlah Neutron
Na Mg S	23 24 32	11 12 16	12 12 16

c.       Cara Menentukan Konfigurasi Elektron dan Elektron Valensi.

Pada pembahasan sebelumnya, Anda telah mengetahui bahwa struktur atom terdiri atas inti atom (proton dan neutron) yang dikelilingi oleh elektron dalam suatu lintasan. Elektron-elektron tersebut tersebar ke dalam beberapa lintasan yang mengelilingi inti atom. Jumlah elektron yang menempati setiap lintasan berbeda-beda. Susunan elektron dalam setiap lintasan atom disebut konfigurasi elektron. Dengan mengetahui konfigurasi elektron suatu atom, Anda dapat menentukan nomor golongan, nomor periode, dan elektron valensi suatu atom. Terdapat dua cara penentuan konfigurasi elektron yaitu cara per kulit (cara K L M N) dan cara per subkulit (cara s p d f). Cara per kulit hanya berlaku untuk atom-atom unsur golongan utama (golongan A). Adapun cara per subkulit dapat digunakan untuk atom-atom unsur golongan transisi (golongan B). Akan tetapi, pada Kelas X ini hanya akan dibahas cara per kulit saja. Anda dapat mempelajari penentuan konfigurasi elektron cara per subkulit di Kelas XI. Penentuan konfigurasi elektron cara per kulit didasarkan pada jumlah elektron yang dapat mengisi setiap kulit. Jumlah maksimum elektron yang dapat mengisi setiap kulit dirumuskan dengan 2n2 (n = kulit yang ditempati elektron). Jumlah elektron maksimum yang dapat ditempati pada setiap kulit adalah:

Kulit pertama (kulit K) = 2 elektron

Kulit kedua (kulit L) = 8 elektron

Kulit ketiga (kulit M) = 18 elektron

Kulit keempat (kulit N) = 32 elektron

Berikut ini cara-cara untuk menentukan konfigurasi elektron suatu atom dengan nomor atom 1–20.

a.       Kulit pertama (kulit K) maksimum ditempati 2 elektron.

b.      Kulit kedua (kulit L) dan ketiga (kulit M) maksimum ditempati 8 elektron.

c.       Kulit keempat (kulit N) maksimum ditempati 18 elektron.

d.      Penempatan elektron dimulai dari kulit pertama, kedua, ketiga, dan seterusnya. Agar Anda lebih memahami cara menentukan konfigurasi elektron, pelajarilah contoh soal berikut.

Tentukanlah konfigurasi elektron atom-atom berikut.

a.       (nomor atom = 8)

b.      Na (nomor atom = 11)

c.       S (nomor atom = 16)

d.      Ca (nomor atom = 20)

Jawab :

Nomor atom O = 8 kulit K terisi 2 elektron, kulit L terisi 6 elektron Jadi, konfigurasinya 2 6. Elektron pada atom O mengisi 2 lintasan yaitu K dan L. Untuk memudahkan pengerjaan, jawaban dapat ditulis seperti tabel berikut.

Atom	Nomor Atom	Jumlah Elektron	Konfigurasi Elektron	Jumlah Lintasan
O Na S Ca	8 11 16 20	8 11 16 20	2 6 2 8 1 2 8 6 2 8 8 2	2 3 3 4

Bagaimana jika nomor atom lebih dari 20? Untuk atom dengan nomor atom (jumlah elektron) lebih dari 20, dapat dilakukan cara sebagai berikut.

a.       Kulit pertama (kulit K) dan kulit kedua (kulit L) diisi dengan jumlah elektron maksimum terlebih dahulu.

b.      Kulit ketiga (kulit M) diisi dengan jumlah elektron:

·         18 jika : elektron yang tersisa > 18

·         8 jika : 8 ≤elektron yang tersisa < 18

·         sisa jika : elektron yang tersisa < 8

c.       Kulit keempat (kulit N) diisi dengan jumlah elektron:

·         32 jika : elektron yang tersisa > 32

·         18 jika : 18 ≤elektron yang tersisa < 32

·         8 jika : 8 ≤elektron yang tersisa < 18

·         sisa jika : elektron yang tersisa < 8

Contoh:

Tentukanlah konfigurasi elektron atom-atom berikut.

a.       Ge (nomor atom = 32)

b.      Se (nomor atom = 34)

c.       Sr (nomor atom = 38)

d.      Ra (nomor atom = 88)

Jawab :

Nomor atom Ge = 32

kulit K = 2 (maksimum)

kulit L = 8 (maksimum)

kulit M = 18 (maksimum)

kulit N = 4 (sisa)

Jadi, konfigurasinya 2 8 18 4. Elektron pada atom Ge mengisi 4 lintasan yaitu K, L, M, dan N. Untuk memudahkan pengerjaan, jawaban dapat ditulis seperti tabel berikut.

Atom	Nomor Atom	Jumlah Elektron	Konfigurasi Elektron	Jumlah Lintasan
Ge Se Sr Ra	32 34 38 88	32 34 38 88	2 8 18 4 2 8 18 6 2 8 18 8 2 2 8 18 32 18 8 2	4 4 5 7

Sebelumnya, diinformasikan bahwa dengan mengetahui konfigurasi elektron suatu atom, Anda dapat menentukan periode dan golongan suatu atom. Untuk mengetahui caranya, lakukanlah kegiatan berikut Jumlah lintasan yang dimiliki suatu atom berhubungan dengan periode atom tersebut dalam tabel periodik. Adapun jumlah elektron pada lintasan terakhir suatu atom disebut dengan elektron terluar (elektron valensi). Elektron valensi berhubungan dengan nomor golongan suatu atom.

Jumlah Lintasan = Periode

Elektron Valensi = Nomor Golongan

Contoh :

Tentukan periode dan golongan atom-atom berikut.

a.       C (nomor atom = 6)

b.      Al (nomor atom = 13)

c.       Ar (nomor atom = 18)

Jawab :

Nomor atom C = 6, konfigurasinya 2 4, jumlah lintasan = 2 (K dan L) Golongan = elektron valensi = 4; Periode = jumlah lintasan = 2 Jadi, atom C terletak pada periode 2 golongan IVA. Untuk memudahkannya, jawaban ditulis seperti tabel berikut.

Atom	Nomor Atom	Konfigurasi Elektron	Jumlah Lintasan	Jumlah Elektron Valensi	Periode	Golongan
C Al Ar	6 13 18	2 4 2 8 3 2 8 8	2 3 3	4 3 8	2 3 8	IVA IIIA VIIIA

d.      Cara Menentukan Isotop, Isobar, dan Isoton.

Mungkin Anda pernah mendengar tentang isotop radioaktif di media massa. Tahukah Anda arti dari isotop tersebut? Suatu unsur bisa saja memiliki lebih dari satu atom. Perbedaan antara atom-atom yang menyusun unsur ini terletak pada nomor massanya. Atomatom dari unsur yang sama yang memiliki nomor atom sama, tetapi memiliki nomor massa yang berbeda disebut isotop. Misalnya, unsur hidrogen memiliki 3 buah isotop. Ketiga isotop tersebut memiliki nomor massa yang berbeda, yaitu 1, 2, dan 3. Isotop hidrogen yang bernomor massa 1 disebut hidrogen, isotop hidrogen yang bernomor massa 2 disebut deuterium, sedangkan isotop hidrogen yang bernomor massa 3 disebut tritium. Nomor massa atom dari suatu unsur dapat saja sama dengan atom dari unsur yang lain. Pasangan atom seperti ini disebut isobar. Adapun istilah untuk atom-atom dari unsur yang berbeda, tetapi memiliki jumlah neutron yang sama adalah isoton. Berdasarkan penjelasan tersebut, isotop, isoton, dan isobar dapat ditentukan dengan cara menentukan terlebih dahulu nomor atom, nomor massa, dan jumlah neutron masing-masing atom.

Contoh :

Manakah di antara atom-atom berikut yang termasuk isotop, isoton, dan isobar?

a.       C (nomor atom = 6, nomor massa = 12)

b.      C (nomor atom = 6, nomor massa = 13)

c.       C (nomor atom = 6, nomor massa = 14)

d.      O (nomor atom = 8, nomor massa = 16)

e.       O (nomor atom = 8, nomor massa = 18)

f.       N (nomor atom = 7, nomor massa = 14)

Jawab :

Untuk mengetahui isotop, isoton, dan isobar, terlebih dahulu harus ditentukan jumlah masing-masing proton, elektron, dan neutron. Untuk memudahkannya, jawaban ditulis seperti tabel berikut.

Atom	Nomor Atom	Nomor Massa	Jumlah Proton	Jumlah Elektron	Jumlah Neutron
C C C N O O	6 6 6 7 8 8	12 13 14 14 16 18	6 6 6 7 8 8	6 6 6 7 8 8	6 7 8 7 8 10

Isotop : ¹²₆ C, ¹³₆ C,dan ¹⁴₆ C.

¹⁶₈ O dan ¹⁸₈ O.

Isobar: ¹⁴₆ C dan ¹⁴₇ N

Isoton: ¹⁴₇ N dan ¹³₆ C

¹⁶₈ O dan ¹⁴₆ C.

Berdasarkan Contoh isotop adalah kelompok atau pasangan atom yang memiliki nomor atom yang sama, tetapi nomor massanya berbeda. Isobar adalah kelompok atau pasangan atom yang memiliki nomor atom yang berbeda, tetapi nomor massanya sama. Isoton adalah kelompok atau pasangan atom yang memiliki jumlah neutron yang sama.

e.       Cara Menentukan Massa Atom Relatif Unsur.

Jika Anda mengamati tabel periodik, Anda dapat mengetahui informasi mengenai massa atom relatif suatu unsur. Tahukah Anda, bagaimana cara menentukan massa atom relatif unsur-unsur tersebut? Atom memiliki ukuran yang sangat kecil sehingga tidak mungkin untuk menimbang massanya secara langsung. Sampai saat ini, belum ada timbangan yang dapat mengukurnya. Pada awalnya, massa atom relatif dibandingkan terhadap atom hidrogen. Akan tetapi, pada 1961 IUPAC (International Union for Pure and Applied Chemistry) telah menentukan standar baru dalam penentuan massa atom relatif, yaitu atom karbon-12. Satuan massa atom suatu unsur ditentukan dengan cara membandingkannya dengan 1/12 massa atom karbon dengan nomor massa = 12 (¹²₆C).

Satuan untuk massa relatif unsur adalah sma atau amu (satuan massa atom)

Massa satu atom ¹²₆C = 1,993 × 10^–23  g. Jadi, 1 sma = 1/12 × 1,993 × 10^–23 = 1,66 × 10^–24 g. Massa atom suatu unsur yang dibandingkan dengan 1/12 massa atom ¹²₆ C merupakan massa atom rata-rata dari isotop-isotop yang dimiliki unsur tersebut. Mengapa demikian? Anda telah mengetahui yang dimaksud dengan isotop. Informasi mengenai adanya isotop inilah yang dijadikan acuan oleh para ilmuwan untuk menentukan massa atom relatif. Oleh karena suatu unsur dapat tersusun atas beberapa atom yang memiliki nomor massa yang sama, maka massa unsur ditentukan dengan cara mengambil rata-rata dari massa atom setiap isotop.