TINJAUAN PUSTAKA
A. Landasan Teori 1.Efektivitas
5) Model Atom Mekanika Gelombang
Gambar 7. Model Atom Mekanika gelombang
Pada tahun 1927, Erwin Schrodinger seorang ilmuwan dari Austria mengemukakan teori atom yang disebut teori atom mekanika kuantum atau mekanika gelombang. Menurut teori atom mekanika kuantum, meski elektron
commit to user
dikatakan tentang posisi elektron adalah peluang untuk menemukannya disetiap titik disekitar inti atom. Daerah dengan peluang terbesar untuk menemukan elektron tersebut disebut orbital.
Struktur atom menurut teori atom mekanika kuantum mempunyai kesamaam dengan teori atom Neils Bohr dalam hal tingkat-tingkat energi dalam atom. Keduanya menyatakan bahwa elektron dalam atom berada pada tingkat-tingkat tertentu. Bedanya adalah dalam hal posisi elektron dalam atom tersebut. menurut Bohr, posisi elektron dipastikan yaitu berada pada orbit berbentuk lingkaran dengan jari-jari tertentu. Dalam teori atom mekanika kuantum posisi elektron tidak pasti yang dapat dikatakan hanya peluang untuk menemukannya, yaitu dalam orbital. Perhatikan bahwa Bohr menggunakan istilah orbit, sedangkan mekanika kuantum menggunakan orbital.
Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada ganbar berikut ini.
Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hamper sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit. Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi orbitalnya belum tentu sama.
a) Ciri Khas Model Atom Mekanika Gelombang
1) Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya
(orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti
penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga dimensi dari kebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu atom).
2) Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan
kuantumnya (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut).
commit to user
sesuatu yang pasti, tetapi boleh jadi merupakan peluang terbesar
b) Kelemahan Model Atom Modern
Persamaan gelombang Schrodinger hanya dapat diterapkan secara eksak untuk partikel dalam kotak dan atom dengan elektron tunggal.
(Michael Purba, 2006: 30-31)
b. Partikel Penyusun Atom 1. Elektron
Gambar 8. Tabung Sinar Katoda
Pada tahun 1834, Faraday menemukan bahwa materi dan listrik dalah ekivalen. Penemuan elektron dimulai dengan pembuatan tabung sinar katoda oleh J. Plucker dan dipelajari lebih lanjut oleh W. Crookes dan J.J. Thomson.
Dibuktikan bahwa sinar yang kehijau – hijauan itu dipancarkan dari katoda. Sinar
ini disebut sinar katoda. Setelah diteliti secara mendalam dapat dilihat sifat – sifat
berikut :
a) Sinar itu berasal dari katoda dan menurut garis lurus
b) Sinar katoda bermuatan negatif. Hal ini dibuktikan dari fakta bahwa sinar ini
tertarik oleh pelat bermuatan positif dan dibelokkan oleh medan magnet
c) Sinar katoda memiliki momentum oleh karena itu mempunyai massa, hingga
commit to user
membuat katoda, sisa gas yang terdapat dalam tabung maupun kawat penghubung katoda dan bahan alat penghasil arus
(Hiskia Achmad dan M.S. Tupamalu, 1988: 2)
2. Proton
Pada keadaan dasar, suatu atom tidak bermuatan (netral). Tetapi, setelah diketahui bahwa partikel dasar penyusun atom adalah elektron yang bermuatan negatif, hal ini menimbulkan dugaan bahwa partikel dasar penyusun atom juga mengandung muatan positif. Seorang ahli fisika dari Jerman, Eugene Goldstein melakukan eksperimen menggunakan tabung hampa bermuatan listrik dengan menggunakan lempeng katoda yang berlubang. Dari percobaan ini diketahui adanya sinar yang bergerak berlawanan arah dengan sinar katoda. Sehingga dapat disimpulkan bahwa sinar tersebut merupakan partikel bermuatan positif yang disebut sinar anoda. (Khamidinal, dkk, 2009: 4)
Gambar 9. Tabung Sinar Terusan
Partikel sinar terusan ternyata bergantung pada jenis gas dalam tabung. Partikel terusan terkecil diperoleh dari gas hidrogen. Jika gas dalam tabung diganti, ternyata dihasilkan partikel sinar terusan dengan ukuran yang berbeda. Partikel sinar terusan ini kemudian disebut proton.
Massa 1 proton = 1,6726486 x 10-24 garam = 1 sma
Muatan 1 proton = +1 = +1,6 x 10-19 C
Muatan maupun massa partikel sinar terusan dari gas lain selalu merupakan kelipatan bulat dari massa dan muatan proton sehingga diduga bahwa partikel itu terdiri atas proton-proton.
commit to user
alfa ditembakan pada inti atom nitrogen. Hal serupa juga terjadi pada penembakan inti atom lain. Hal ini membuktikan bahwa inti atom terdiri atas proton sebagaimana diduga oleh Goldstein (Michael Purba, 2006: 32).
3. Neutron
Setelah para ilmuwan mempercayai adanya elektron dan proton dalam atom, maka timbul masalah baru, yaitu jika hampir semua massa atom terhimpun pada inti (sebab massa elektron sangat kecil dan dapat diabaikan), ternyata jumlah proton dalam inti belum mencukupi untuk sesuai dengan massa atom. Jadi, dalam inti pasti ada partikel lain yang menemani proton-proton. Pada tahun 1932, James
Chadwick (1891–1974) menemukan neutron-neutron, partikel inti yang tidak
bermuatan. Massa sebutir neutron adalah 1,675 × 10–24 gram, hampir sama atau
boleh dianggap sama dengan massa sebutir proton.Jadi sekarang diketahui dan dipercayai oleh para ilmuwan bahwa inti atom tersusun atas dua partikel, yaitu proton (partikel yang bermuatan positif) dan neutron (partikel yang tidak
bermuatan). Proton dan neutron mempunyai nama umum, nukleon-nukleon,
artinya partikel – partikel inti (Budi Utami, dkk, 2009: 15).
c. Susunan Atom
Dengan penemuan struktur atom, perbedaan antar atom unsur dapat dijelaskan. Pebedaan tersebut terletak pada jumlah partikel dasar penyusun atom serta susunan partikel dasar tersebut. Pada bagian ini, kita akan melihat jumlah proton, elektron, dan neutron dalam atom serta cara menentukannya.
commit to user
1. Nomor Atom
Nomor atom menunjukkan jumlah muatan positif dalam inti atom (jumlah
proton). Menurut Henry Moseley (1887–1915) jumlah muatan positif setiap unsur
bersifat karakteristik, jadi unsur yang berbeda akan mempunyai nomor atom yang berbeda. Untuk jumlah muatan positif (nomor atom) diberi lambang Z. Jika atom bersifat netral, maka jumlah muatan positif (proton) dalam atom harus sama dengan jumlah muatan negatif (elektron). Jadi, nomor atom = jumlah proton = jumlah elektron.
(Ari Harnanto dan Ruminten, 2009: 8)
2. Nomor Massa
Atom terdiri atas proton, neutron, dan elektron. Jadi,
Massa atom = (massa p + massa n) + massa e
Massa elektron jauh lebih kecil dari pada massa proton dan massa neutron, maka
massa elektron dapat diabaikan. Dengan demikian: Massa atom = massa p +
massa n
Massa atom dinyatakan sebagai nomor massa dan diberi lambang A. Jadi:
(Ari Harnanto dan Ruminten, 2009: 9)
3. Notasi Susunan Atom
Jumlah proton, elektron, dan neutron dalam suatu atom ditunjukan dengan lambang sebagai berikut:
X
A
Z
X = lambang atom (=lambang unsur)
Z = nomor atom = nomor proton (p) = jumlah elektron (e) A = nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron = p + n
Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron Nomor atom = jumlah proton = jumlah elektron
commit to user
jumlah neutron dalam suatu atom sama dengan selisih nomor massa dengan nomor atomnya.
4. Susunan Ion
Susunan atom dapat kehilangan elektron atau mendapatkan elektron tambahan. Atom yang kehilangan elektron akan menjadi ion positif, sedangkan atom yang mendapat tambahan elektron akan menjadi ion negatif.
a. Dalam atom netral
Jumlah proton = jumlah elektron = nomor atom (Z)
b. Dalam ion bemuatan positif
Jumlah proton = nomor atom (Z)
Jumlah elektron = nomor atom – muatan ion (Z – x)
c. Dalam ion bermuatan negatif
Jumlah proton = nomor atom (Z)
Jumlah elektron = nomor atom + muatan ion (Z + x)
(Michael Purba, 2006: 40)
5. Isotop, Isoton dan Isobar
a. Isotop
Isotop adalah unsur – unsur sejenis yang memiliki nomor atom sama tetapi
massa atom berbeda. Perbedaan massa terjadi karena perbedaan jumlah neutron
dalam atom. Contoh : Unsur hidrogen terdiri dari 3 jenis isotop, yaitu 11H ; 21H ;
dan 13H . Susunan ketiga isotop itu adalah sebagai berikut
Tabel 2. Susunan isotop pada unsur hidrogen
Isotop Jumlah Proton Jumlah Elektrom Jumlah Neutron
H 1 1 1 1 0 H 2 1 1 1 1 Jumlah neutron (n) = A - Z
commit to user
H
1
Isotop 11H biasa disebut hidrogen, isotop 21H disebut deuterium,
sedangkan isotop 13H disebut tritium (hidrogen satu-satunya unsur yang
mempunyai nama khusus untuk isotop-isotopnya).
Oleh karena isotop dari satu unsur mempunyai nomor atom sama, maka isotop itu dapat dibedakan hanya dengan menyatakan nomor masssanya. Jadi, isotop-isotop H dapat dinyatakan sebagai H-1, H-2, H-3.
b. Isoton
Atom dari unsur yang berbeda (mempunyai nomor atom berbeda), tetapi mempunyai jumlah neutron sama disebut isoton.
Contoh : 136Cdengan 147N
c. Isobar
Atom dari unsur yang berbeda (mempunyai nomor atom berbeda), tetapi mempunyai nomor massa sama disebut isobar.
Contoh : 146C dengan147N, 1124Na dengan 1224Mg
6. Satuan Massa Atom
Pada bagian dahulu telah disebutkan bahwa penggunaan massa satuan atom (sma) untuk menyatakan massa partikel. Yang dimaksud dengan 1 sma
adalah 121 dari masssa atom C-12. Dengan kata lain para ahli sepakat menetapkan
massa 1 atom C-12 adalah 12 sma. Massa 1 atom C-12 = 12 sma
1 sma = 121 dari massa 1 atom C-12
1 sma = 1,66 x 10-24 gram
Tabel 3. Massa Beberapa Isotop (dalam sma)
Isotop Massa Isotop Massa Isotop Massa
H-1 1,00783 O-16 15,9949 Si-30 29,9738
H-2 2,02410 O-17 16,9991 Cl-35 34,9689
H-3 3,01605 O-18 17,9992 Cl-37 36,9659
commit to user
(Michael Purba, 2006: 42)
7. Massa Atom Relatif
Massa atom relatif adalah perbandingan massa antara atom yang satu
terhadap atom yang lainnya. Massa pembanding yang telah disepakati adalah 121
dari massa 1 atom C-12. Oleh karena umumnya unsur terdiri dari beberapa isotop, maka pada penetapan massa atom relatif degunakan massa rata-rata dari isotop-isotopnya. Dengan demikian, massa atom relatif adalah perbandingan antara
massa rata-rata dari 1 atom suatu unsur terhadap 121 massa 1 atom C-12.
Oleh karena 121 massa 1 atom C-12 sama dengan 1 sma, maka definisi diatas dapat
ditulis sebagai berikut:
Sehingga diperoleh:
Massa rata-rata 1 atom unsur X = Ar unsur X x 1 sma
(Michael Purba, 2006: 42)
8. Konfigurasi Elektron
Model atom Rutherford mempunyai suatu kelemahan. Tatkala elektron –
elektron mengelilingi inti atom, mereka mengalami percepatan terus menerus sehingga elektron harus membebaskan energi. Lama kelamaan energi yang dimiliki oleh elektron makin berkurang dan elektron akan tertarik makin dekat kea rah inti, sehingga akhirnya jatuh ke dalam inti. Kenyataannya, elektron dalam atom tidak pernah jatuh ke inti. Jadi, model atom Rutherford harus disempurnakan,
Ar unsur X =
Massa rata-rata 1 atom unsur X
12
1 massa 1 atom C-12
Ar unsur X = Massa rata-rata 1 atom unsur X
commit to user
menyempurnakan model atom Rutherford. Hasilnya dikenal sebagai Model Atom Rutherford-Bohr, yang dapat diterangkan sebagai berikut :
1. Elektron – elektron dalam atom hanya dapat menempati lintasan – lintasan
tertentu yang disebu kuli – kulit atau tingkat – tingkat energi, yaitu lintasan dimana elektron berada pada keadaan stasioner, artinya tidak memancarkan energi
2. Kedudukan elektron dalam kulit – kulit dapat disamakan dengan kedudukan
seseorang pada anak – anak tangga. Seseorang hanya dapat berada pada anak
tangga pertama, kedua, ketiga dan seterusnya, tetapi ia tidak mungkin berada
di antara anak – anak tangga tersebut.
Untuk mudahnya, suatu atom dapat diibaratkan sebagai suatu tata surya
mini. Pada tata surya, planet – planet beredar mengelilingi matahari. Pada atom,
elektron – elektron beredar mengelilingi inti atom. Perbedaannya adalah pada
tatasurya setiap lintasan (orbit) hanya ditempati satu planet, sedangkan pada atom setiap lintasan (kulit) dapat ditempati lebih dari satu elektron. Susunan elektron
pada masing – masing kulit disebut konfigurasi elektron. Dalam menuliskan
konfigurasi elektron, data yang pertama sekali diperlukan adalah nomor atom suatu unsure yang menyatakan jumlah elektron dari atom unsure tersebut.
Ada beberapa patokan yang harus diingat, yaitu :
a. Dimulai dari lintasan yang terdekat dengan inti, masing – masing lintasan
disebut kulit ke-1 (kulit K), kulit ke-2 (kulit L), kulit ke-3 (kulit M) dan seterusnya
b. Jumlah elektron kulit maksimum (paling banyak) yang dapat menempati
masing – masing kulit adalah 2n2
Dengan n =nomor kulit
Kulit K dapat menampung maksimum 2 elektron Kulit L dapat menampung maksimum 8 elektron
Kulit M dapat menampung maksimum 18 elektron, dan seterusnya
c. Kulit yang paling luar hanya boleh mengandung maksimum 2 elektron
commit to user
Elektron valensi adalah elektron yang dapat digunakan untuk membentuk ikatan kimia. Untuk unsur-unsur golongan utama, elektron valensinya adalah yang terdapat pada kulit terluar (Michael Purba, 2006: 50).