www.wikipedia.org
BAB 1
STRUKTUR ATOM DAN SISTEM PERIODIK
Standar Kompetensi
1. Memahami struktur atom untuk meramalkan sifat-sifat periodik unsur, struktur molekul, dan sifat sifat senyawa
Kompetensi Dasar :
1.1 Menjelaskan teori atom Bohr dan mekanika kuantum untuk menuliskan konfigurasi elektron dan diagram orbital serta menentukan letak unsur dalam tabel periodik
Indikator Pencapaian Hasil Belajar
1. Menjelaskan teori atom mekanika kuantum
2. Menjelaskan pengertian bilangan kuantum dan bentuk-bentuk orbital
3. Menggunakan prinsip aufbau, aturan Hund dan azas larangan Pauli untuk menuliskan konfigurasi elektron dan diagram orbital.
Peta Konsep Atom Struktur Atom Teori Atom Model Atom Konfigurasi elektron Bohr Mekanika Kuantum Table periodik periode golongan
Prinsip aufbau Aturan Hund Larangan Pauli
Apersepsi
Di kelas X kalian telah mempelajari perkembangan atom hingga dikenalnya teori atom Bohr. Teori atom Bohr didasarkan pada kenyataan bahwa cahaya yang dipancarkan oleh setiap elektron yang tereksitasi dalam atom memiliki spektrum garis (diskret) dan bukan kontinu seperti spektrum yang dimiliki oleh pelangi.
Dengan teori atom Bohr, Kalian telah dapat menentukan letak beberapa unsur, paling tidak ada 20 unsur, dalam tabel periodik modern. Tetapi bila Kalian cermati lebih jauh, teori ini belum dapat menjelaskan lebih jauh untuk atom-atom berelektron banyak. Ya, dengan bahasa sederhana dengan hanya menggunakan teori ini, Kita masih menemukan kesulitan dalam menentukan letak unsur-unsur setelah Ca (Z=20) dalam tabel periodik.
Mengapa demikian? Untuk menjawabnya, dalam bab ini akan dibahas sedikit lagi tentang teori atom Bohr dan dibandingkan dengan teori atom mekanika kuantum untuk selanjuntya digunakan untuk menentukan letak unsur dalam tabel periodik.
Teori Atom Bohr
Penyelidikan tentang materi pada akhir ke -19 sampai pada penemuan bahwa jika setiap unsur diuapkan dan dieksitasi secara termal maupun elektrik akan memancarkan sinar. Bahasanya memang seperti itu, rumit dan sangat teknis. Tetapi kalian dapat memebayangkan lampu neon dirumah kalian atau di toko-toko dipinggir jalan yang menyala jika dialiri listrik. Ya kira-kira seperti itu.
Jika cahaya ini dilewatkan pada celah sempit dan diteruskan ke prisma akan terbentuk spektrum garis yang berbeda dengan yang diperoleh dari cahaya matahari atau spektrum pelangi. Hal yang lebih menarik adalah spektrum yang dibentuk oleh setiap unsur berbeda. Teori atom Rutherford belum dapat menjelaskan hal ini.
Dengan menggunakan ide Einstein dan Planck tentang kuantisasi energi, Bohr mengusulkan tiga postulat untuk menjelaskan peristiwa di atas. Kuantisasi energi maksudnya dapat dihitung secara bulat. Misalnya kalian dapat memiliki 1 atau 2 atau 17 energi tetapi tidak 2½ atau 90,34.
1. atom H hanya memiliki tingkat energi tertentu yang dibolehkan yang disebut keadaan stasioner. Keadaan ini berhubungan dengan orbit melingkar dari elektron yang mengelilingi inti.
2. saat berada pada keadaan stasioner atom tidak memancarkan energi
3. atom berubah ke keadaan keadaan stasioner yang lain dengan menyerap atau memancarkan foton dengan energi yang sama dengan selisih energi keduanya (Silberberg, 2003).
Dengan postulat ini, Bohr mengenalkan pada kita dua keadaan atom, yaitu: keadaan dasar (ground state) dan keadaan tereksitasi. Keadaan dasar adalah saat atom H berada pada energi terendahnya, sedangkan keadaan tereksitasi adalah saat atom H berada pada tingkat energi yang lebih tinggi.
Namun sayangnya teori atom ini hanya dapat menjelaskan dengan baik untuk atom H atau spesi lain yang memiliki satu elektron seperti yang dibuat di laboratorium, misalnya, He+(Z=2) , Li2+(Z=3), Be3+(Z=4), B4+(Z=5), C5+(Z=6), N6+(Z=7), dan O7+(Z=8) atau pada spektra bintang. (Silberberg, 2003).
Aktivitas Kita Uji Nyala
Tujuan : Mengidentifikasi unsur berdasarkan spektra emisinya (warna nyala) Alat dan Bahan
Cotton buds Kaca arloji
Pembakar bunsen atau spirtus Alkohol
aquades
Garam-garam alkali, alkali tanah, dan unsur transisi Cara kerja:
2. ambil sedikit garam dari wadahnya dan letakkan pada kaca arloji, perhatikan jika garam ini higroskopis kalian harus mengambil sedikit saja dan cepat menutup wadahnya kembali
3. gulingkan ujung cotton buds yang basah pada garam dalam kaca arloji
4. bakar ujung cotton buds yang telah ditempeli garam pada pembakar bunsen atau spirtus. Atur jaraknya agar warna nyala api dapat diamati sebelum tangkai cotton buds meleleh
5. ulangi semua langkah untuk garam yang berbeda 6. ulangi juga dengan mengganti alkohol dengan aquades 7. bandingkan perbedaan yang dapat kalian temukan Di Sekitar Kita
Pelangi, Kembang Api dan Atom
Pelangi terjadi saat cahaya matahasi terdispersi oleh tetasan air hujan membentuk spektrum kontinu. Pelangi sebenarnya tidak benar-benar terletak di langit, akan tetapi merupakan gejala optis yang posisinya sangat tergantung pada pengamat. Hal yang sama juga terjadi saat sinar matahari dilewatkan pada sebuah prisma, spektrum kontinu akan terbentuk
Apa hubungannya dengan atom?
Sejak akhir abad ke-19, para ahli telah mengetahui bahwa dalam atom terdapat elektron dan gerakannya akan menghasilkan sinar dan radiasi elektromagnetik lainnya. Namun tidak seperti sinar matahari, saat sinar yang dihasilkan atom ini dilewatkan pada prisma sinar ini tidak memberikan pelangi! Pada atom-atom tertentu yang mereka amati hanya memberikan garis terang pada warna-warna tertentu.
Dengan pengamatan mendetail, para ahli akhirnya mengetahui bahwa garis-garis yang ditunjukkan oleh setiap atom berbeda. Hal inilah yang kemudian dijadikan sebagai dasar untuk membedakan satu atom dengan atom yang lain. Spektrum yang khas ini juga yang digunakan untuk menentukan unsur-unsur apa yang terdapat pada suatu mineral, bahkan bintang! Ya, dengan spektrum yang ditunjukkan, ilmuwan dapat mengetahui unsur yang menghasilkan nyala itu.
Kenyataan bahwa setiap unsur dapat memberikan data spektral yang berbeda dapat digunakan untuk mengidentifikasi adanya suatu unsur tertentu pada suatu zat. Salah satu
cara yang paling sederhana adalah dengan uji nyala. Sejumlah kecil padatan garam tertentu dibakar atau dengan meneteskan sedikit larutannya pada api. Warna nyala yang khas untuk setiap unsur,
http://cs.wikipedia.org
terutama logam, akan muncul (Silberberg, 2003). Hal ini pula yang menjadikan kembang api pada tahun baru atau perayaan lainnya menjadi berwarna-warni karena mengandung berbagai macam garam-garaman.
Teori Atom Mekanika Kuantum
Teori atom mekanika kuantum berawal atas dasar pernyataan ahli Fisika Perancis Louis de Broglie yang mengemukakan hipotesa mengenai gelombang materi. Menurut de Broglie bila energi radiasi dapat bersifat gelombang dan sekaligus partikel, maka materi seperti elektron sebagai partikel juga mempunyai sifat gelombang dalam gerakannya. Dengan kata lain elektron mempunyai dualisme sifat sebagai partikel dan gelombang.
Pada tahun 1927 Wenner Heisenberg ahli Fisika bangsa Jerman membuktikan bahwa adanya sifat gelombang pada elektron menyebabkan kedudukan dan momentum merupakan hasil kali masa (m) kecepatan (v) partikel yang sangat kecil seperti elektron pada saat yang sama tidak dapat ditentukan dengan pasti. Pernyataan ini dikenal sebagai prinsip ketidakpastian Heisenberg. Berdasarkan prinsip tersebut elektron tidak mungkin mempunyai lintasan atau orbit yang pasti di dalam mengelilingi inti atom. Yang dapat ditentukan dan dihitung hanyalah kebolehjadian diketemukan elektron di dalam suatu daerah ruang tertentu dalam atom, daerah ini disebut orbital. Selanjutnya Erwin Schrodinger (1887-1961) ahli fisika dari Austria berhasil menyusun persamaan gelombang yang dapat digunakan untuk menentukan bentuk dan tingkat energi orbital.
Dengan demikian menurut teori mekanika kuantum diketahui bahwa kedudukan elektron diseputar inti atom berada dalam suatu orbital. Orbital digambarkan sebagai awan dengan kerapatan yang berbeda. Beberapa orbital dengan tingkat energi sama bergabung membentuk sub kulit. Selanjutnya beberapa sub kulit dengan tingkat energi yang mirip bergabung membentuk kulit. Hal ini terbukti dari pengamatan terhadap spectrum garis suatu unsur, bila diamati dengan spektroskop yang sangat teliti ternyata garis-garis spectrum yang kelihatannya berupa sebuah garis sebenarnya terdiri atas beberapa garis yang lebih halus dan berdekatan.
Pahami Kimia
2. Apakah perbedaan antara orbit dari atom Bohr dengan orbital dari atom mekanika kuantum ? Jelaskan !
3. Sebutkan tiga orang ahli yang menjadi pelopor adanya teori mekanika kuantum dan sebutkan hipotesis atau teori dari masing-masing ahli tersebut.
4. Apakah yang dimaksud dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg ? dan apakah akibat dari prinsip ketidakpastian tersebut ?
Lebih dekat dengan…
Louis de Broglie dilahirkan di Di eppe, Perancis pada tanggal 15 Agustus 1892. Ia mengajukan hipotesis tentang konsep dualitas sifat elektron segaia partikel dan gelombang pada tahun 1924 dalam tesis doktornya di Universitas Sorbonne, Perancis. De Broglie tidak pernah membuktikan hipotesisnya dengan eksperimen, tetapi karena terbukti kebenarannya maka pada tahun 1929 ia mendapatkan hadiah Nobel untuk Fisika.
Gambar 1.1. Louis Victor Duc de Broglie (1892-1987)
1. Bilangan Kuantum dan Bentuk-bentuk Orbital a. Bilangan Kuantum
Untuk mengetahui kedudukan elektron pada suatu orbital digunakan seperangkat bilangan yang disebut bilangan kuantum. Ada empat macam bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimuth (ℓ), bilangan kuantum magnetic (m) dan bilangan kuantum spin (s).
1). Bilangan Kuantum Utama (n)
Bilangan kuantum utama menyatakan tingkat energi utama. Bilangan kuantum utama mempunyai nilai bilangan bulat mulai dari 1, 2, 3, 4, sampai dengan n.
Bilangan kuantum utama juga menunjukkan ukuran kulit. Kulit-kulit elektron dinyatakan dengan lambang kulit K untuk n = 1, kulit L untuk n = 2, kulit M untuk n = 3, dan seterusnya.
Bilangan kuantum azimuth menyatakan sub tingkat energi. Nilai bilangan kuantum azimut adalah 0, 1, 2, 3, sampai dengan n-1. Bilangan kuantum utama juga menunjukkan sub kulit tempat elektron berada, yang dinyatakan dengan lambang s untuk ℓ = 0, p untuk ℓ = 1, d untuk ℓ = 3, f untuk ℓ = 3 dan seterusnya. Banyaknya sub kulit dalam setiap kulit sama dengan nilai bilangan kuantum utama (n) kulit tersebut. Untuk membedakan sub kulit yang sama pada kulit yang berbeda maka sub kulit dinyatakan dengan menyertakan nilai bilangan-bilangan kuantum utamanya (kombinasi n, ℓ). Misalnya : kulit K (n=1) mempunyai 1 sub kulit yaitu 1 s, kulit L (n = 2) mempunyai 2 sub kulit yaitu 2 s dan 2 p dan seterusnya.
3). Bilangan Kuantum Magnetik (m)
Bilangan kuantum magnetic menyatakan orbital tempat elektron berada. Nilai bilangan kuantum magnetic berupa bilangan bulat antara - ℓ dan + ℓ.
Setiap nilai m menandai satu orbital.
Misalnya : ℓ = 0, nilai m = 0, maka sub kulit s mempunyai 1 orbital
ℓ = 1, nilai m = -1, 0, + 1, maka sub kulit p mempunyai 3 orbital. Kedudukan orbital dalam suatu atom ditentukan oleh ketiga nilai bilangan kuantum n, ℓ dan m.
Hubungan nilai n, ℓ, m, sub kulit dan dan jumlah orbital dalam sub kulit tertera pada Tabel 1.1. berikut.
Tabel 1.1. Hubungan nilai n, ℓ, m, sub kulit dan jumlah orbital dalam sub kulit Nilai n Nilai ℓ Nilai m Sub kulit Jumlah orbital
dalam sub kulit
1 0 0 1s 1 2 0 0 2s 1 1 -1, 0, +1 2p 3 3 0 0 3s 1 1 -1, 0, +1 3p 3 2 -2, -1, 0, +1, +2 3d 5 4 0 0 4s 1 1 -1, 0, +1 4p 3 2 -2, -1, 0, +1, +2 4d 5 3 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 4f 7
Bilangan kuantum spin menyatakan arah perputaran elektron pada sumbunya atau arah rotasi elektron. Hanya ada 2 kemungkinan arah rotasi elektron yaitu searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam.
Nilai s = -2 1
untuk arah rotasi elektron searah jarum jam s = +
2 1
untuk arah rotasi elektron berlawanan arah jarum jam.
Gambar 1.2. Arah rotasi elektron
Info Kimia
Dua Kemungkinan Arah Rotasi Elektron
Otto Stern dan Walter Gerlach (1912) melalui percobaannya dapat membuktikan adanya dua kemungkinan arah rotasi elektron. Dalam percobaan, mereka mendapatkan bahwa bila seberkas cahaya atom perak dilewatkan pada medan magnet yang tidak homogen ternyata berkas cahaya terpisah menjadi dua. Hal ini menunjukkan bahwa atom-atom perak terdapat dua medan magnet elektron yang berbeda. Gejala ini dapat dijelaskan sebagai berikut :
Atom perak mempunyai 47 elektron, 23 elektron mempunyai satu macam rotasi yang meniadakan medan magnet 23 elektron lainnya yang mempunyai rotasi berlawanan. Jadi 46 elektron tersebut berpasangan dan tidak menimbulkan medan magnet.
Elektron ke 47 dalam keadaan bebas/tunggal karena rotasinya menimbulkan medan magnet, sekumpulan atom perak terdapat kemungkinan yang sama rotasi elektron tunggalnya akibatnya berkas cahaya terbagi menjadi dua.
Perhatikan contoh berikut
1) Berapakah nilai-nilai bilangan kuantum ℓ dan m untuk sebuah elektron dengan bilangan kuantum utama, n = 3 ?
Jawab :
Nilai-nilai ℓ yang mungkin untuk n = 4 adalah 0, 1, 2 dan 3 Nilai-nilai m yang mungkin adalah :
Untuk ℓ = 0, maka nilai m = 0
Untuk ℓ = 2, maka nilai m = -2, -1, 0, +1, +2
2) Hitung jumlah sub kulit dan jumlah orbital pada kulit N. Jawab :
Kulit N, nilai n = 4 dan nilai ℓ = 0, 1, 2, 3 Jumlah sub kulit 3 yaitu 3s, 3p, 3d Jumlah orbital = 1 + 3 + 5 + 7 = 16
3) Jelaskan apakah mungkin sebuah elektron mempunyai bilangan kuantum : n = 3, ℓ = 3 , m = +3, s =
-2 1
Jawab :
Tidak mungkin; karena untuk n = 3, nilai ℓ yang mungkin adalah : 0, 1, 2 dan nilai m tidak dapat lebih besar dari nilai ℓ. Jadi yang tidak mungkin adalah nilai ℓ dan m.
Pahami Kimia
1. Sebutkan empat macam bilangan kuantum yang menentukan kedududkan elektron dalam atom dan sebutkan fungsi dari masing-masing bilangan kuantum.
2. Sebuah elektron menempati kulit O
a. Tentukan nilai-nilai bilangan kuantum ℓ dan m yang mungkin untuk elektron tersebut.
b. Hitung jumlah sub kulit dan orbital pada kulit tersebut : 3. Tulis lambang sub kulit yang mempunyai bilangan kuantum
a. n = 3, ℓ = 1 c. n = 6, ℓ = 0 b. n = 5, ℓ = 3 d. n = 4, ℓ = 2
4. Dari perangkat bilangan kuantum berikut manakah yang tidak mungkin untuk menggambarkan kedudukan elektron dalam atom, jelaskan apa sebabnya.
d. n = 5, ℓ = 0, m = 1, s = -2 1 e. n = 3, ℓ = 4, m = 2, s = + 2 1
b. Bentuk Orbital dan Arah Ruang Orbital
Setiap orbital mempunyai bentuk dan arah ruang tertentu. Bentuk orbital bergantung pada bilangan kuantum azimuth (ℓ), sedang arah ruang orbital bergantung pada bilangan kuantum magnetic (m) kecuali orbital s.
1) Orbital s
Orbital s terdapat pada sub kulit s (ℓ = 0) yang berbentuk bola, maka tidak menunjukkan arah ruang tertentu. Distribusi kerapatan elektron orbital s untuk sub kulit yang berbeda juga berbeda. Distribusi kerapatan elektron dari orbital 1s, 2s dan 3p dapat dilihat pada gambar 1.3. berikut ini.
Gambar 1.3. Distribusi kerapatan elektron dari orbital 1s (a), 2s (b) dan 3s (c).
mempunyai 2 simpul, kebolehjadian terbesar menemukan elektron pada lapisan awan ke tiga.
2) Orbital p
Orbital p terdapat pada sub bab kulit p (ℓ = 1). Berdasarkan arah ruang orbital ada 3 macam orbital p yang mempunyai bentuk sama yaitu seperti balon terpilih. Ketiga orbital p adalah px, py dan pz, yang saling tegak lurus satu sama yang lain . Gambar 1.4. berikut memperlihatkan bentuk dan arah ruang ketiga orbital 2p.
Gambar 1.4. Bentuk dan arah ruang ketiga orbital 2p.
Dari gambar ketiga borbital 2p di atas menunjukkan distribusi kerapatan elektron terdpat pada dua daerah yang dipisahkan oleh bidang simpul yang melalui inti. Orbital p yang terletak pada sumbu x ditandai sebagai orbital px, yang terletak pada sumbu y ditandai sebagai prbital py dan yang terletak pada sumbu z ditandai sebagai orbital pz. Ketiga orbital p tersebut mempunyai tingkat energi yang sama. 3) Orbital d
Gambar 1.5. Bentuk dan arah ruang kelima orbital d.
3. Konfigurasi Elektron
Konfigurasi elektron menggambarkan penyebaran elektron kedalam orbital-orbital kulit elektron. Ada tiga aturan atau prinsip yang harus dipertimbangkan dalam penentuan konfigurasi elektron suatu atom, yaitu prinsip aufbau, azas larangan Pauli dan aturan Hund. a. Prinsip Aufbau
Aufbau berasal dari bahasa Jerman yang artinya pembentukan. Menurut aturan ini, pengisisan elektron dimulai dari sub kulit dengan tingkat energi paling rendah selanjutnya ke sub kulit dengan tingkat energi yang lebih tinggi. Urutan sub kulit dari tingkat energi terendah sampai tingkat energi tertinggi dapat dilihat pada gambar 1.6. berikut ini.
Pada gambar 1.6. di atas menunjukkan bahwa pengisisan elektron pada sub kulit yang sesuai tingkat enegrinya adalah : 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.
Beberapa contoh penulisan konfigurasi elektron atom
1H : 1s1 3Li : 1s2 2s1 7N : 1s2 2s2 sp3 13Al : 1s2 2s2 sp6 3s2 3p1 20Ca : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 26Fe : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
Dalam penulisan konfigurasi elektron perlu diperhatikan beberapa hal berikut : 1) Penulisan konfigurasi elektron sesuai urutan sub kulit
Untuk keteraturan penulisan konfigurasi elektron dapat dituliskan sesuai urutan sub kulit tetapi pada pengisian elektron harus sesuai urutan tingkat energinya.
Misalnya :
Konfigurasi elektron 27Co : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7 (urut tingkat energi)
Konfigurasi elektron 27Co dapat ditulis :
27Co : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2 (urut tingkat energi)
2) Menyingkat Penulisan Konfigurasi Elektron
Penulisan konfigurasi elektron atom yang berelektron banyak dapat dituliskan secara singkat dengan menuliskan lambang gas mulia yang sesuai.
Misalnya :
Konfigurasi elektron 12 Mg : 1s2 2s2 2p6 3s2
10 Ne : 1s2 2s2 2p6
Konfigurasi elektron 12 Mg dapat disingkat sebagai berikut 12Mg : (Ne) 3s2
3) Konfigurasi elektron penuh dan setengah penuh
Penulisan konfigurasi elektron beberapa atom terdapat penyimpangan dari prinsip aufbau. Penyimpangan ini terjadi karena atom akan lebih stabil bila sub kulit terisi penuh atau setengah penuh.
Konfigurasi elektron 24Cr : (Ar) 3d5 4s1
Bukan 24Cr : (Ar) 3d4 4s2
Atom Cr lebih stabil bila sub kulit 3d terisi setengah penuh.
Pahami Kimia
Perhatikan contoh berikut
Tulis konfigurasi elektron atom dan ion berikut : 1. 15 P 2. 29 Cu 3. 42 Mo 4. 17 Cl -5. 25 Mn2+ Jawab : 1. Konfigurasi elektron 12P : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
Konfigurasi elektron dapat disingkat : 15P : [Ne] 3s2 3p3
2. Konfigurasi elektron 29 Cu : [Ar] 4s1 3d10
Bukan 29 Cu : [Ar] 4s2 3d9
Atom Cu lebih stabil bila sub kulit d berisi penuh 3. Konfigurasi elektron 42 Mo : [Kr] 5s1 4d5
Bukan 42 Mo : [Kr] 5s2 4d4
Atom Mo lebih stabil bila sub kulit d berisi setengah penuh 4. Konfigurasi elektron Cl : [Ar] 3s2 3p5
Konfigurasi elektron ion Cl- : [Ar] 3s2 3p6 (Ion Cl- adalah atom Cl menyerap 1 elektron)
5. Konfigurasi elektron 2s Mn : [Ar] s2 d5
Konfigurasi elektron ion Mn2+ : [Ar] 4sº 3d5
(Ion Mn2+ adalah atom Mn melepaskan 2 elektron. Pelepasan elektron dimulai dari kulit
Pahami Kimia
Tuliskan konfigurasi elektron atom dan ion berikut : 1. 32 16 S 2. 59 28 NI 3. 108 47 Ag 4. 20 35 Br -5. 56 26 Fe 3+
b. Azas Larangan Pauli
Wolfgang Pauli seorang dari Jerman pada tahun 1926 mengemukakan azas Pauli atau prinsip eklusi Pauli yang menyatakan bahwa tidak boleh ada dua elektron dalam satu atom yang mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama. Menurut prinsip ini 2 elektron dalam satu atom minimal satu bilangan kuantum pasti berbeda. Jika 2 elektron mempunyai harga-harga bilangan kuantum n, ℓ dan m sama maka harga bilangan kuantum s pasti berbeda. Dengan kata lain kedua elektron tersebut berada dalam satu orbital dan harus berpasangan.
Oleh karena itu dalam satu orbital maksimum dapat ditempati 2 elektron dengan arah rotasi berlawanan atau spin berpasangan. Sedangkan jumlah maksimum elektron yang menempati setiap sub kulit adalah dua kali jumlah orbital. Dan karena jumlah orbital pada setiap kulit = n2 (n = bilangan kuantum utama), maka jumlah maksimum elektron pada tiap
kulit = 2n2.
Pahami Kimia
2. Tentukan nilai keempat bilangan kuantum untuk elektron terakhir dari atom-atom unsur di atas.
c. Aturan Hund
Pada tahun 1927 seorang ahli fisika dari Jerman Friedrich Hund mengemukakan kaidah tentang pengisisan elektron pada orbital-orbital berenergi sama, yang menyatakan bahwa pada pengisian orbital-orbital dengan tingkat energi sama, mula-mula elektron mengisi orbital secara sendiri-sendiri dengan spin searah baru kemudian berpasangan dengan spin berlawanan. Misalnya : Diagram orbital 16 8 O sebagai berikut : 16 8 O : 1s2 2s2 2p4 bukan 16 8 O : 1s2 2s2 2p4
Perhatikan contoh berikut
Tuliskan diagram orbital dari atom-atom unsur berikut : 1. 27 13 Al 3. 75 33 As 2. 48 22 Ti
Jawab : Diagram orbital atom-atom 27 13 Al, 48 22 Ti, dan 75 33
16 8 Al: 1s 2s 2p 48 22 Ti 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 75 33 As: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p
Sistem Periodik Unsur dan Konfigurasi Elektron
Pada materi pokok sistem periodik di kelas 1 semester 1 telah dipelajari bahwa sustem periodik modern atau sistem periodik panjang disusun menurut kenaikan nomor atom. Unsur-unsur pada lajur tegak yang disebut golongan mempunyai kemiripan sifat, ada 18 golongan unsur yang terdiri atas golongan utama atau golongan A dan golongan transisi atau golongan B. Sedangkan lajur mendatar yang disebut periode sesuai kenaikan nomor atomnya, ada 7 periode. Telah diketahui pula berdasarkan konfigurasi elektron pada tiap kulit dapat ditentukan nomor golongan A dan periode dalam sistem periodik.
Pada bahasan berikut akan dipelajari letak unsur dalam system periodik yaitu nomor golongan A dan B, nomor periodik serta blok-blok unsur atas dasar konfigurasi elektron pada sub-sub kulit.
Hubungan Golongan dengan Konfigurasi Elektron
Menurut hokum periodik sifat-sifat unsur bergantung pada konfigurasi elektronnya. Unsur-unsur yang mempunyai kemiripan konfigurasi elektron juga mempunyai sifat-sifat yang mirip. Pada umumnya sifat-sifat unsur ditentukan oleh konfigurasi elektron terluas atau elektron valensi. Dalam system periodik, unsur-unsur yang memiliki elektron valensi sama terletak dalam satu lajur tegak atau vertical yang disebut golongan. Oleh karena itu unsur-unsur dalam satu golongan mempunyai elektron valensi sama sehingga mempunyai sifat-sifat yang sama.
a. Golongan Utama atau Golongan A.
Unsur-unsur golongan utama adalah unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir pada sub kulit s atau p. Konfigurasi elektron terluar ns1-2 dan ns2 np1-6 (n =
Dalam system periodik terdapat 8 golongan utama yaitu golongan IA sampai dengan VIII A. Menurut aturan IUPAC golongan IA dan IIA diberi nomor 1 dan 2, untuk golongan IIIA s.d. VIIIA diberi nomor 13 s.d. 18. Hubungan konfigurasi elektron suatu unsur dengan nomor golongan dapat dilihat dalam Tabel 1.2 berikut.
Tabel 1.2 Hubungan konfigurasi elektron orbital terluar dengan golongan utama.
Konfigurasi elektron orbital terluar
Jumlah elektron valensi
Golongan Nama Golongan
ns1 1 IA atau 1 Alkali
ns2 2 IIA atau 2 Alkali Tanah
ns2 np1 3 IIIA atau 13 Boron atau Aluminium ns2 np2 4 IVA atau 14 Karbon
ns2 np3 5 VA atau 15 Nitrogen ns2 np4 6 VIA atau 16 Oksigen
ns2 np5 7 VIIA atau 17 Halogen ns2 np6 8 VIIIA atau 18 Gas Mulia
Misalnya :
Atom 32
16
S dengan konfigurasi elektron : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 atau 32
16
S : [Ne] 3s2 3p4
Jumlah elektron valensi : 16, maka atom S terdapat pada golongan VIA.
Atom 40
20
Ca konfigurasi elektron : [Ar] 4s2
Jumlah elektron valensi : 2 maka atom Ca terdapat pada golongan IIA.
Atom 80
35
Br konfigurasi elektron : [Ar] 3d10 4s2 4p5
Jumlah elektron valensi : 7, maka atom Br terdapat pada golongan VIIA. b. Golongan Transisi atau Golongan B
yang tersedia untuk pembentukan ikatan atau bilangan oksidasi maksimum unsur dalam senyawa. Nomor golongan dapat ditentukan dengan menjumlahkan elektron yang terdapat pada orbital terluar d dan s. Sedangkan persamaan sifat kimia unsur transisi lebih tampak pada satu periode dari pada dalam satu golongan, hal ini disebabkan perbedaan elektron terdapat pada kulit bagian dalam (sub kulit d).
Dalam sistem periodik terdpaat 10 golongan unsur transisi yaitu golongan IB sampai dengan VIII B (golongan VIII B terdiri atas 3 golongan). Menurut aturan IUPAC golongan III B sampai dengan VII B diberi nomor 3 sampai dengan 7, Golongan VIII B (3 golongan) diberi nomor 8 sampai dengan 10 dan golongan I B sampai dengan II B diberi nomor 11 sampai dengan 12. Tabel 1.3 berikut menunjukkan hubungan konfigurasi elektron unsur-unsur transisi dengan golongannya.
Tabel 1.3 Hubungan konfigurasi elektron dengan golongan transisi
Konfigurasi elektron orbital terluar
Jumlah elektron pada sub kulit (n-1) d dan ns Golongan (n-1) d1 s2 3 III B atau 3 (n-1) d2 ns2 4 IV B atau 4 (n-1) d3 ns2 5 V B atau 5 (n-1) d5 ns1 6 VI B atau 6 (n-1) d5 ns2 7 VII B atau 7 (n-1) d6 ns2 8 VIII B atau 8 (n-1) d7 ns2 9 VIII B atau 9 (n-1) d8 ns2 10 VIII B atau 10 (n-1) d10 ns1 11 I B atau 11 (n-1) d10 ns2 12 II B atau 12 Misalnya : 45 21
Sc dengan konfigurasi elektron : [Ar] 3d1 4s2, jumlah elektron pada sub kulit 3d dan
4s = 3, maka Sc terdapat pada golongan IIIB.
Atom 60
27
Atom 65
30
Zn dengan konfigurasi elektron : [Ar] 3d10 4s2, jumlah elektron pada sub kulit
3d dan 4s = 12, maka Zn terdapat pada golongan IIB. c. Unsur-unsur Transisi Dalam
Unsur-unsur transisi dalam adalah unsur-unsur yang pengisisan elektronnya berakhir pada sub kulit. Konfigurasi elektron orbital terluas (n-2)f1-14 ns2.
Terdapat dua deret unsur-unsur transisi dalam, yaitu :
Unsur-unsur Lantanoida atau Lantanida (seperti lantanium), yaitu unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir pada sub kulit 4f.
Unsur-unsur Aktinoida atau Aktinida (seperti aktinum), yaitu unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir pada sub kulit 5f.
Kedua deret unsur-unsur transisi dalam tersebut termasuk pada golongan IIIB, tetapi ditempatkan terpisah dibagian bawah tabel periodik unsur.
Berdasarkan konfigurasi elektronnya unsur-unsur dalam sistem periodik dapat juga dikelompokkan dalam 4 blok unsur, yaitu :
1). Blok s, yaitu unsur-unsur yang elektron terluarnya mengisi orbital s. Unsur-unsur yang tergolong blok s adalah Unsur-unsur-Unsur-unsur golongan IA dan IIA.
2). Blok p, yaitu unsur-unsur yang elektron terluarnya mengisi orbital p. Unsur-unsur yang tergolong blok p adalah Unsur-unsur-Unsur-unsur golongan IIIA sampai dengan IIIA.
3). Blok d, yaitu unsur-unsur yang elektron terluarnya mengisi orbital d.
Unsur-unsur yang tergolong blok d adalah unsur-unsur golongan IB sampai dengan VIIIB.
4). Blok f, yaitu unsur-unsur yang elektron terluarnya mengisi orbital f.
Unsur-unsur yang tergolong blok f adalah unsur-unsur Lantanida dan Aktinida. Misalnya :
Termasuk dalam blok manakah unsur-unsur A, B, C, dan D yang mempunyai nomor atom berturut-turut :
Jawab :
15 A : [Ne] 3s2 3p3, Jadi A terletak pada blok p.
27 C : [Kr] 4s2, Jadi C terletak pada blok s
59 D : [Xe] 6s2 4f3, Jadi D terletak pada blok f
Info Kimia
Ada beberapa alternative bentuk table periodic yang digunakan sekarang ini. Salah satu contohnya adalah table periodic berbentuk spiral yang dikenalkan oleh Professor Theodor Benfey pada tahun 1960. perhatikan baik-baik letak unsure-unsur blok s, p, d, dan f pada table periodik Benfey ini.
www.glencoe.com
Hubungan Periode dengan Konfigurasi Elektron
Dalam sistem periodik, lajur mendatar atau horizontal disebut periode. Unsur-unsur dalam satu periode disusun menurut kenaikan nomor atomnya. Berdasarkan konfigurasi elektron pada sub-sub kulit nomor periode ditunjukkan oleh bilangan kuantum utama (n) terbesar. Setiap periode dimulai dari pengisian sub kulit ns dan diakhiri dengan sub kulit np.
Sistem periodik modern terdiri atas 7 periode yang masing-masing periode berisi sejumlah unsur. Jumlah unsur yang menempati setiap periode berhubungan dengan konfigurasi elektronnya yaitu sesuai jumlah elektron maksimum yang mengisi tiap sub kulit pada setiap periode. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut :
Periode 1 : berisi 2 unsur berupa unsur-unsur utama (nomor atom 1 dan 2) Pengisian elektron pada sub kulit 1s (2 elektron).
Periode 2 : berisi 8 unsur berupa unsur-unsur utama (nomor atom 2 s.d. 10) Pengisian elektron pada sub kulit 2s dan 2p (8 elektron).
Periode 3 : berisi 8 unsur berupa unsur-unsur utama (nomor atom 11 s.d. 18) Pengisian elektron pada sub kulit 3s dan 3p (8 elektron)
Periode 1 sampai dengan periode 3 disebut periode pendek. Periode 4 : berisi 18 unsur, terdiri atas :
10 unsur-unsur transisi (nomor atom 21 s.d. 30)
Pengisian elektron pada sub kulit 4s, 4p dan 3d (18 elektron) Periode 5 : berisi 18 unsur terdiri atas :
8 unsur-unsur utama (nomor atom 37, 38 dan 49 s.d. 54) 10 unsur-unsur transisi (nomor atom)
Pengisian elektron pada sub kulit 5s, 5p dan 4d (18 elektron) Periode 4 dan periode 5 disebut periode panjang.
Periode 6 : berisi 32 unsur, terdiri atas :
8 unsur-unsur utama (nomor atom 55, 56, dan 81 s.d. 86) 10 unsur-unsur transisi (nomor atom 57 dan 72 s.d. 71) 14 unsur-unsur Lantanida (nomor atom 58 s.d 71) Pengisian elektron pada sub kulit 6s, 6p, 5d dan 4f. Periode 6 disebut periode sangat panjang
Periode 7 : merupakan periode yang belum lengkap, baru berisi 23 unsur. 2 unsur-unsur utama (nomor atom 87 dan 88)
7 unsur-unsur transisi (nomor atom 89 dan 104 s.d. 109) 4 unsur-unsur aktinida (nomor atom 90 s.d. 103)
Gambar 1.7. Bagan sistem periodik unsur.
Contoh
Perhatikan contoh soal berikut !
Tentukan letak unsur-unsur beikut (golongan dan periode) dalam sistem periodik. 1) 28 14 Si 2) 55 25 Mn 3) 85 37 Rb 4) 144 60 Nd
Jawab :
1) 28 142) 55
25
Mn : [Ar] 3d5 4s2, terdapat pada golongan VIIB periode 4
3) 85
37
Rb : [Kr] 5s1, terdapat pada golongan IA periode 5 4)
144
60
Nd : [Xe] 4f4 6s2, terdapat pada deret Lantanida (golongan peiode 6.
Pahami Kimia
1. Jelaskan hubungan kofigurasi elektron suatu unsur dengan letak unsur (nomor golongan dan periode) dalam sistem periodik !
2. Diketahui atom-atom unsur : 16 P, 20 Q, 47 R, 58 S dan 94 T
a.) Tuliskan konfigurasi elektron masing-masing atom unsur di atas.
b.) Tentukan nomor golongan dan periode atom-atom unsur tersebut dalam sistem periodik.
3. Sebutkan nama golongan unsur-unsur dengan konfigurasi elektron sebagai berikut. a) A : [Ne] 3s2 3p5
b) B : [Ar] 4s2
c) C : [Ar] 4s2 3d10 4p6
d) D : [Kr] 5s1
4. Jelaskan bagaimana sifat-sifat unsur dalam satu golongan dan dalam satu periode
5. Tentukan nomor atom unsur-unsur yang diketahui letak unsur dalam sistem periodik berikut ini.
Rangkuman
Struktur atom menggambarkan bagaimana partikel dasar tersusun dalam atom. Menurut teori atom modern, elektron dalam berada dalam orbital-orbital yang membentuk kulit. Untuk menentukan kedudukan elektron dalam orbital-orbital atom digunakan 4 bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimuth (ℓ), bilangan kuantum magnetik (m), dan bilangan kuantum spin (s). Kulit atom terdiri atas satu atau lebih sub kulit. Jumlah sub kulit dalam suatu kulit sesuai bilangan kuantum utama (n). Setiap sub kulit terdiri dari satu atau beberapa orbital, sub kulit s (1 orbital), sub kulit p (3 orbital) sub kulit d (5 orbital) dan sub kulit f (1 orbital). Jumlah orbital dalam suatu kulit adalah kuadrat bilangan kuantum utamanya (n2). Setiap orbital maksimum berisi 2 elektron, sehingga setiap kulit maksimum berisi 2n2 elektron.
Penyebaran atau susunan elektron dalam orbital atom disebut konfigurasi elektron. Penulisan konfigurasi elektron dalam atom berpedoman pada prinsip-prinsip aufbau, asas larangan Pauli dan aturan Hund. Kedudukan golongan ditunjukkan oleh bilangan elektron valensi dan kedudukan periode ditunjukkan oleh bilangan kuantum utama terbesar.
Kata-kata Kunci
asas larangan Pauli aturan Hundbilangan kuantum azimuth bilangan kuantum magnetik bilangan kuantum spin bilangan kuantum utama elektron valensi golongan konfigurasi elektron orbital periode prinsip aufbau struktur atom sub kulit
Latihan Soal
I. Pilih satu jawaban yang paling tepat !
1. Kelemahan teori atom Niels Bohr adalah Bohr tidak menjelaskan tentang …. A. Kestabilan atom D. Kedudukan elektron dalam atom B. Keberadaan elektron pada lintasan E. terbentuknya spectrum garis C. Terjadinya perpindahan elektron
2. Teori atom mekanika kuantum dipelopori oleh ………….
A. Rutherford, Niels Bohr, de Broglis D. Niles Bohr, Heisenberg, Scrodinger B. Niles Bohr, de Broglie, Heisenberg E. Rutherford, Niles Bohr, Heisenberg C. De Broglie, Heisenberg, Schrodinger
3. Bilangan kuantum magnetic berfungsi untuk menyatakan ………. A. Arah ruang orbital D. arah rotasi elektron B. Bentuk orbital sub kulit E. tingkat energi elektron C. Ukuran orbital suatu atom
4. Jumlah orbital pada kulit M adalah ……….
A. 3 B. 5 C. 6 D. 8 E. 9
5. Perangkat bilangan kuantum yang tidak mungkin dimiliki oleh suatu elektron adalah …………. A. N = 3 ℓ = 2 m = 1 s = -2 1 B. N = 2 ℓ = 0 m = 0 s = -2 1 C. N = 3 ℓ = 1 m = -1 s = + 2 1 D. N = 4 ℓ = 2 m = -3 s = + 2 1 E. N = 4 ℓ = 3 m = 2 s = -2 1
6. Konfigurasi elektron atom X dengan nomor atom 26 adalah ……….. A. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8
B. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s1
C. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2
7. Banyaknya elekron tunggal yang terdapat dalam atom 27Co adalah …….
A. 3 B. 4 C. 5 D. 6 E. 7
8. Unsur-unsur P, Q, R, S dan T mempunyai konfigurasi elekron : P : 1s2 2s2 2p2
Q : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
R : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2 S : 1s2 2s2 2p6 3s2
T : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2
Pasangan unsur yang terdapat pada golongan yang sama adalah ………
A. P dan S C. Q dan R E. R dan S
B. Q dan T D. P dan T
9. Unsur X dalam sistem periodik terdapat pada golongan II B periode 4. Nomor atom unsur X adalah ……….
A. 20 B. 22 C. 30 D. 32 E. 38
10. Diagram orbital elektron suatu unsur sebagai berikut :
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d
Dalam sistem periodik unsur tersebut terdapat pada ……… A. Golongan IA periode 4 D. Golongan VI A periode 5 B. Golongan I B periode 4 E. Golongan IB periode 5 C. Golongan VI B periode 4
11. Suatu unsur mempunyai konfigurasi elekron : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p4
Dalam system periodik unsur tersebut terdapat pada ………..
A. Golongan IV A periode 4 D. Golongan IV B periode 3 B. Golongan VI A periode 4 E. Golongan VI B periode 3 C. Golongan VIII A periode 4
12. Ion Y3+ mempunyai konfigurasi konfigurasi elektron : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5
Pernyataan yang tidak tepat mengenai unsur Y adalah ………..
C. Anggota golongan VIII B
13. Unsur M dalam sistem periodik terdapat pada golongan VA periode 4 Jika jumlah netron M = 42, maka massa atom M adalah ……….. A. 68 B. 75 C. 78 D. 82 E. 84
14. Diketahui atom unsur-unsur 19 P, 23 Q, 34 R, 42 S, 51 T
Pasangan unsur yang terdapat pada blok d adalah ………
A. P dan R C. P dan S E. R dan T
B. Q dan S D. Q dan T
15. Blok p dalam system periodik tidak mengandung unsur ………..
A. Logam C. Transisi E. Non logam
B. Gas mulia D. Metaloid
II. Jawablah pertyaan-pertanyaan berikut dengan singkat dan benar !
1. Sifat manakah yang ditunjukkan oleh bilangan kuantum utama dan bilangan kuantum azimut ?
2. Tuliskan notasi sub kulit dengan nilai bilangan kuantum sebagai berikut : a. N = 3 ℓ = 2
b. N = 4 ℓ = 3 c. N = 5 ℓ = 1
3. Tentukan keempat bilangan kuantum untuk elektron terakhir dari atom unsur : 16 X, 25 Y dan 35 Z
4. Gambarkan diagram orbital untuk atom unsur : 13A dan 27B
5. Diketahui atom unsur : 17Cl, 24 Cr dan 38 Sr
a. Tulis konfigurasi elektron masing-masing atom unsur Cl, Cr dan Sr. b. Tentukan golongan dan periode dari masing-masing atom unsur tersebut. 6. Tentukan nomor atom unsur-unsur berikut :
7. Dengan menggunakan teori domain elektron atau tolakan elektron. Ramalkan bentuk molekul berikut : a. NCl3 b. PBr5 c. OF2 (Nomor atom N = 7, P = 15, O = 8, F = 9, Cl = 17, Br = 35)
8. Diketahui Mr. zat berikut : Cl2 = 71, P4 = 124, O3 = 48 dan Br = 160. Susunlah
zat-zat tersebut sesuai bertambahnya titik didih. Jelaskan apa sebabnya !
9. Jelaskan bagaimana hubungan Mr. zat dengan kekuatan gaya van der waals dan pengaruhnya terhadap titik didih zat itu.
10. Ikatan antar molekul manakah yang terjadi pada senyawa-senyawa : PBr3, BF3,
