MAKALAH IKATAN KIMIA STRUKTUR ATOM
Disusun Oleh: Kelompok I 1. Panji Mulyotomo
1112096000037
2. Henggar Wahyu Siswanti 1112096000038 3. Desi Iftalia
1112096000048
4. Ihya Sulthonuddin
1112096000055
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UIN SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2015
KATA PENGANTAR Assalammualaikum Warrahmatullahi Wabarakatuh Alhamdullillahhirobil alamin, segalah puji kita panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan hidayahnya tercurahkan kepada kita yang tak terhingga ini, sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ikatan kimia ini tepat pada waktunya. Sholawat serta salam kita panjatkan kepada junjungan Nabi besar kita Muhammad SAW dan keluarganya, sahabatnya, beserta pengikutnya sampai akhir zaman amin ya robal alamin. Makalah ini disusun agar pembaca dapat memperluas ilmu dan pengetahuan mengenai atom, materi, perkembangan teori atom serta mengetahui keberadaan suatu elektrom dalam suatu unsur. Dalam penyusunan tugas atau materi ini, tidak sedikit hambatan yang penulis hadapi. Penulis menyadari penulisan makalah ini masih terdapat banyak kekurangan, untuk itu penulis sangat mengaharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan penulisan makalah ini. Semoga makalah ini dapat memberikan wawasan yang lebih luas dan menjadi sumbangan pemikiran kepada pembaca khususnya para mahasiswa UIN Syarif hidayatullah.
Ciputat, April 2015
Penyusun
i
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ........................................................................................... i DAFTAR ISI ......................................................................................................... ii BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .................................................................................. 1 1.2 Tujuan .............................................................................................. 1 1.3 Rumusan Masalah ............................................................................. 1
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Struktur Atom .................................................................................... 2 2.1.1. Elektron ................................................................................... 2 2.1.2. Proton ...................................................................................... 3 2.1.3. Neutron.................................................................................... 3 2.2 Perkembangan Teori Atom ................................................................ 4 2.2.1. Pemikiran Tentang Atom Sebelum Dalton ............................... 4 2.2.2. Teori Atom Dalton ................................................................... 7 2.2.3. Teori Atom J.J. Thomson ......................................................... 8 2.2.4. Teori Atom Rutherford ............................................................ 9 2.2.5. Teori Atom Bohr...................................................................... 10 2.2.6. Teori Mekanika Kuantum ........................................................ 11 2.3 Bilangan Kuantum ............................................................................. 12 2.4 Asas Larangan Pauli .......................................................................... 15 LAMPIRAN .......................................................................................................... 16 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 20
ii
BAB I PENDAHULUAN 1.1.Latar Belakang Ilmu kimia merupakan ilmu yang mempelajari tentang materi dan perubahannya serta perubahan energi yang menyertainya. Segala sesuatu yang ada di alam terdiri atas materi, yang bentuknya bermacam-macam. Tiap materi tersusun atas unsur dan tiap unsur tersusun atas atom. Atom adalah bagian terkecil dari unsur. Jika diteliti lebih dalam lagi, atom terdiri atas elektron, neutron, dan proton. Berdasarkan pemahaman tersebut penjelasan mengenai materi beserta struktur atom menjadi penting dan fundamental untuk pembelajaran kimia. Teori atom mengalami perkembangan dari massa ke massa. Istilah atom pertama kali dikemukakan oleh Democritus. Atom berasal dari kata atomos (dalam bahasa Yunani a = tidak, tomos = dibagi), jadi atom merupakan partikel yang sudah tidak dapat dibagi lagi. Menurut Dalton konsep atom Democritus ini tidak bertentangan dengan Hukum Kekekalan Massa dan Hukum Kekekalan Energi, sehingga Dalton membuat teori tentang atom yang salah satunya adalah materi tersusun atas partikel-partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi. Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan, penjelasan mengenai atom mengalami penyempurnaan dari massa ke massa dan menghasilkan banyak teori-teori atom yang baru dari hasil pemikiran dan percobaan para ilmuwan sehingga model atom mengalami modifikasi menjadi model atom yang sekarang ini dikenal. 1.2.Tujuan 1. Memahami pengertian materi, atom, dan penyusunnya. 2. Mempelajari struktur atom dan perkembangan teori atom. 1.3.Rumusan Masalah 1. Apa yang dimaksud dengan atom? 2. Bagaimana penjelasan tentang teori atom serta perkembangannya dari massa ke massa? 3. Bagaimana memprediksi keberadaan suatu elektron dalam atom? 1
BAB II ISI 2.1. Struktur Atom Atom adalah partikel terkecil penyusun materi. Atom terdiri atas beberapa partikel dasar, yaitu elektron, proton, dan neutron. Adanya partikel-partikel inilah yang menyebabkan atom mempunyai sifat listrik, sebab elektron bermuatan negatif, proton bermuatan positif, dan neutron tidak bermuatan. Atom unsur yang satu berbeda dengan atom unsur yang lain disebabkan adanya perbedaan susunan partikel subatom yang menyusunnya. 2.1.1. Elektron Tahun 1838, Michael Faraday mengemukakan bahwa atom mempunyai muatan listrik. Atom-atom gas hanya dapat menghantarkan listrik dan menyala terang pada tekanan rendah dan tegangan tinggi. Tahun 1858, Heinrich Geissler dan Julius Plucker membuat percobaan dengan mengunakan dua plat logam. Plat yang bermuatan positif disebut anode dan plat yang bermuatan negatif disebut katode.Kedua plat kemudian ditempatkan dalam tabung gelas yang dihampakan, dimana kemudian kedalamnya dimasukkan gas bertekanan rendah. Ketika dihubungkan dengan listrik tegangan tinggi, maka timbullah pancaran sinar dari katode menuju anode. Sinar itulah yang disebut sinar katode. Pada tahun 1891, George J. Stoney menamakan partikel sinar katode dengan nama elektron. Selanjutnya pada tahun 1897, Joseph John Thomson mengganti katode yang digunakan Geissler dan Plucker dengan berbagai macam logam yang ternyata menghasilkan sinar katode yang sama. Hal ini membuktikan bahwa memang betul bahwa elektron merupakan partikel penyusun atom.. J.J Thomson juga berhasil menemukan perbandingan antara muatan dengan massa elektron yaitu C g-1. Hasil eksperimen Thomson ditindak lanjuti oleh Robert Andrew Millikan pada tahun 1908 yang dikenal dengan Model Percobaan Tetes Minyak Millikan, yang berhasil menemukan muatan elektron yaitu sebesar 1,6.10-19 Coulumb. Berdasarkan ekperimen tersebut di atas, Sehingga massa elektron adalah 9,11.10-28 gram, harga ini kira-kira massa atom hidrogen.
2
Dari beberapa percobaan yang dilakukan diketahui beberapa sifat sinar katode yaitu sebagai berikut : 1) Dipancarkan oleh plat bermuatan negatif dalam tabung hampa apabila dilewati listrik bertegangan tinggi. 2) Berjalan dalam garis lurus 3) Dapat memendarkan berbagai jenis zat termasuk gelas 4) Bermuatan negatif sehingga dapat dibelokkan oleh medan listrik dan medan magnet 5) Memiliki sifat cahaya dan sifat materi 6) Tidak tergantung pada jenis gas dan jenis elektrode. 2.1.2. Proton Tahun 1886, Eugene Goldstein membuat percobaan yang sama seperti yang dilakukan J.J Thomson, tetapi dengan memberi lubang pada katode dan mengisi tabung dengan gas hidrogen. Dari percobaan ini didapat sinar yang diteruskan merupakan radiasi partikel yang bermuatan positif (dalam medan listrik dibelokkan ke kutub negatif) yang disebut sinar anode. Sinar anode yang bermuatan positif ini selanjutnya disebut proton. Beberapa sifat sinar anode yang dapat diketahui adalah sebagai berikut : 1) Dibelokkan dalam medan listrik dan medan magnet 2) Merupakan radiasi partikel 3) Bermuatan positif 4) Bergantung pada jenis gas dalam tabung Apabila muatan proton adalah 1,6022.10-19 C, maka massa proton = 1,6726.10-24 g Sehingga massa proton adalah 1,6726.10-24 gram, harga ini kira-kira 1.836 x massa elektron =1,007276. 2.1.3. Neutron Tahun 1932, James Chadwick melakukan ekperimen/percobaan dengan menembakkan partikel alfa (a) pada lempeng berilium (Be), ternyata setelah ditembakkan dengan partikel tersebut, berilium memancarkan suatu partikel yang berdaya tembus besar dan tidak dipengaruhi oleh medan listrik, hal ini membuktikan bahwa ada partikel inti yang 3
massanya sama dengan proton, tetapi tidak mempunyai muatan sehingga partile itu ia beri nama sebagai neutron. Proton dan elektron adalah partikel penyusun inti atom yang dikenal dengan istilah nukleon. 2.2. Perkembangan Teori Atom Pemikiran tentang hakikat materi,telah menjadi bagian penting dalam perkembangan ilmu pengetahuan. Dalam setiap masa, selalu muncul pemikir-pemikir yang berusaha untuk menyikap rahasia di balik materi alam semesta ini. Karenanya perkembangan pemahaman manusia tentang atom, sebagai unit pembangun materi, memperlihatkana suatu pola keteraturan yang luar biasa, sesuai dengan perkembangan daya piker manusia dan teknologi perangkat penyelidikan. Ilmu kimia adalah ilmu yang mempelajari tentang materi dan perubahannya serta perubahan energy yang menyertainnya. Karena itu materi menjadi subjek utama dalam bidang ini. Sehingga pemahaman seseorang mengenai materi adalah prasyarat untuk dapat memahami perubahan yang terjadi padanya. Dari sini dapat disimpulkan bahwa konsep struktur atom adalah penting dan fundamental. Untuk dapat memahami struktur atom secara benar, maka mengikuti perkembangan pemahamn manusia tentang atom itu sendiri akan sangat bermanfaat. Bagaimana penyelidikan keberadaan atom dari masa kem masa dapat dirangkum sebagai berikut: 2.2.1 Pemikiran tentang Atom Sebelum Dalton Era panjang sebelum lahirnya teori atom Dalton, yang dianggap sebagai teori atom modern utama, berlangsung dari era pemikiran metafisik Yunani sampai zaman renaissance. Teori atom Dalton dipandang sebagai teori atom modern yang pertama karena merupakan hasil kesimpulan dari berbagai gejala yang terjadi pada materi. Daltoon juga meneliti massa relative dari atom-atom dengan membandingkannya dengan massa atom hydrogen yang diberi massa atom satu, sesuatu yang baru dalam pentelidikan materi. Walupun beberapa pemikiran sebelumnya juga tidak semata-mata bersifat metafisis, tetapi teori Dalton-lah yang dapat digunakan untuk menjelaskan berbagai gejala yang terjadi pada materi. Juga teori Dalton-lah yang disusun berdasarkan fakta empiris hasil eksperimen. Karena itu teori Dalton dianggap sebagai teori modern. Pandangan manusia tentang atom dan kekosongan diawali oleh Leucippus, lahir 500 tahun sebelum masehi dan rekannya, Democritus, yang lahir 460 tahun sebelum masehi. 4
Democritus memperluas teori yang dikemukakan Leucippus dan mempostulatkan penerapannya. Leucippus dikenal hanya menulis sedikit karya dan pandangannya tentang atom termuat dalam The Great World System. Democritus lebih produktif dalam menulis dengan sekitar lima puluh dua karya tulis dengan beberapa diantaranya merupakan naskah pendek. Termauk dalam karyanya itu dia memperluas pandangan Leucippus tentang atom dan kekosongan, dan delapan karya tentang etik. (Woshnigel,2004) Teori Leucippus merupakan reaksi terhadap teori Parmenides dan Zeno, dua pemikir Yunani yang lain merupakan kompromi antara akal sehat dan prinsip. Parmenides dan muridnya, Zeno, percaya bahwa unsur pembentuk alam semesta adalah yang maha esa, yang tidak terbatas, meliputi segalanya, massa yang tidak bergerak yang tidak berisi ruang kosong. Leucippus menyatakan bahwa teori ini bisa jadi tidak benar, karena pikiran sehat kita menunjukan bahwa ada gerakan. Ia mendalikan kekosongan itu, ketidakhadiran dari semua yang ad, adalah hal penting bagi gerakan. Ia juga mendalikan bahwa suatu jumlah tanpa batas partikel yang disebut atom, yang membentuk segala sesuatu yang ada dan pengahancuran/pemutusan atom-atom menyebabkan kerusakan materi. Democritus mengembangkan teori Leucippus dengan mendeduksi Cosmogony, suatu metode terbentuknya semesta, dengan berpikir bahwa semua materi terdiri dari atom, dan atom memiliki densitas yang berbeda-beda. Atom-atom akan bergabung membentuk suatu pusaran atom. Materi yang lebih berat, karena pengaruh gravitasi akan mengumpul dipusat dan membentuk bumi. Yang lebih ringan, dan lebih baik akan terlempar pada bagian luar pusaran dan meningkatkan kecepatan revolusi, kemudian membentukheavenly bodies. Teori ini jelas salah karena memandang bumi sebagai pusat (geosentris), tetapi satu hal penting dari Leucippus dan Democritu adalah adanya ruang kosong (void), seuatu yang kemudian akan dibuktikan oleh Ernest Rutherford. Walaupun konsepruang kosong keduanya berbeda; Leucippus dan Democritus mengatakan ruang kosong harus ada di antara atom-atom, sedangkan ruang kosong Rutherford berada dalam atom, sebagian besar volume atom itulah ruang kosong. Jika dirangkum, maka pandangan Leucippus dan Democritu tentang atom adalah sebagi berikut : 1.
Semua materi terusun atas atom-atom, yang terlalu kecil untuk dapat dilihat. Atomatom ini tidak dapat dibagi lagi menjadi bagian yang lebih kecil. Alasan Democritus menyatakan bahwa bagian terkecil dari materi adalah atom yang tidak dapat dibagi 5
lagi, karena jika pembagian dapat berlangsung terus-menerus, maka materi yang telah terpisah-pisah tidak dapat disusun kembali,, dan kenyataanya tidak demikian. Suatu proses dapat bersifat reversible. 2.
Terdapat ruang-ruang kosong diantara atom-atom. Kaena adanya ruang kosong ini menyebabkan atom-atom dapat bergerak. Bergeraknya atom-atom nilah yang menyebabkan dapat terjadinya perubahan materi dan sifat-sifat materi. Jika tidak ada ruang kosong (vacuum)maka atom-atom tidak dapat bergerak, dan tidak akan terjadi perubahan materi.
3.
Atom berwujud padat, dan didalamnya sama sekali tidak terdapat ruang kosong
4.
Atom-atom bersifat homogeny dan tidak mempunyai struktur internal. Pandangan ini praktis baru terbantahkan pada saat J.J Thomson menemukan elektron
5.
Atom-atom memiliki ukuran, bentuk dan berat yang berbeda-beda. Konsep ini kalah popular dengan konsep kontinuitas materi yang dikemukakan oleh
Aristoteles. Menurut Aristoteles, atom hanyalah sebuah khayalan semata-mata, unsur sebagai penyusun materi haruslah bisa dinala oleh indra manusia. Karena itu Aristoteles menyatakan aada empat unsure penyusun materi yaitu air, tanah, udara dan api yang tersusun atas empat kualitas yang berlawanan: panas-dingin dan basah-kering. Bahkan kemudian gereja katolik menguatkan pandangan Aristoteles dan menyamakan ide atomistic sebagai Godlessness. Akibatnya sungguh dahsyat, pemikiran tentang atom terhenti sampai abad pertengahan. Sebagai gantinya teori empat unsur dari Aristoteles lebih banyak dirujuk dan suatu berkah dibalik bencana teori empat unsure melahirkan cikal-bakal-al-kimia. Setelah era keemasan Yunani menurun, pusat peradaban beralih ke timur, ilmuwanilmuwan Arab menterjemahkan buku-buku Yunani, dan melanjutkan penyelidikan tentang hakekat materi. Berdasarkan teori empat unsure dari Aristoteles mereka berusaha mencampurkan satu ‘unsur’ dengan unsure lain untuk menghasilkan emas. Ilmuwan Arab berhasil mengembangkan teknik-teknik analitik seperti penyaringan, destilasi dan filtrasi. Dari sini mereka menemukan bahwa tanah, ari dan api bukanlah zat dasar penyusun materi. Sehingga mereka mengembangkan ‘tiga kualita’ sebagai gantinya, yaitu belerang yang mewakili sifat mengkilap dan garam sebagai hasil yang selalu terjadi ketika dua zat dicampurkan (Wospakrik,2005). Konsep atomos muncul kembali saat Pierre Gassendi (1592-1655) berhasil memisahkan konsep atomisme dengan atheism. Ini menyebabkan atomisme dapat diterima 6
ecara lebih luas. Saat itu, tahun 1624, parlemen Perancis telah menyatakan bahwa siapapun yang mengajarkan paham yang bertentangan dengan Aristoteles, akan dihukum mati. Pada tahun 1649, Gassendi mempublikasikan karyanya, Syntagma hilosphiae Epicuri, yang terbagi menjadi tiga bagian; yaitu Logic, Physic dan Ethics. Sebelum mendiskusikan tentang atom, terdapat tiga bab dalam buku Gassendi yang menjelaskan pentingnya ruang kosong. Baru kemudian diikuti penjelasna tentang teori atom Yunani; bahwa atom tidak dapat diciptakan dan atau dimusnahkan, bahwa atom berwujud padat, bahwa atom memiliki berat/massa, dan bahwa atom tidak dapat dibagi lagi. Gassendi juga yakin,bahwa atom bukan hanya suatu “pemberhentian” geometris belaka, tetapi atom memiliki ukuran tertentu, walaupun itu sangat kecil. Suatu perbedaan dengan konsep atom Yunani., dan ini yang menyebabkan dia dapat memisahkannya dari atheism adalah bahwa menurutnya atom tidak kekal eksistensinya, tetapi diciptakan oleh Tuhan. Pergerakan ato tidaklah asepipsi (atas kemauannya sendiri) tetapi dei gratia, merupakan pemberian Tuhan. Menurut Gassendi atom-atom juga dapat bergabuung membentuk moleculae atau corpuscular. Atom-atom itu bergabung bukan karena adanya gaya mekanik seperti kancing dan lubangnya (Park,1998) Terdapat rentang sekitar 150 tahun dari massa Gassendi untuk mrmunculkan John Dalton dari Inggris. 2.2.2. Teori Atom Dalton
Gambar 1. John Dalton dan teori atom Dalton Model atom Dalton dianggap sebagai model atom pertama yang cukup ilmiah. Dalton menyempurnakan pendapat mengenai model atom yang dikemukakan oleh Leucippos dan Democritus, yang menyatakan atom merupakan materi yang tak terbagi. 7
Atom menurut Dalton adalah sebagai berikut : 1) Materi terdiri atas partikel terkecil yang disebut atom. Atom tidak dapat dibagi dan tidak dapat dicipta atau dimusnahkan. 2) Atom suatu unsur mempunyai sifat yang sama dalam segala hal (ukuran, bentuk, dan massa) tetapi berbeda sifat-sifatnya dari atom unsur lain. 3) Reaksi kimia adalah penggabungan, pemisahan, atau penyusunan kembali atom-atom. 4) Atom suatu unsur dapat bergabung dengan atom unsur lain membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Jika ditinjau dari teori modern terdapat beberapa kelemahan teori atom Dalton, yaitu : 1) Dalton menyatakan bahwa atom tidak dapat dibagi lagi. Kini telah dibuktikan bahwa atom terbentuk dari partikel dasar yakni proton, elektron, dan neutron. 2) Menurut Dalton, atom tidak dapat dicipta atau dimusnahkan. Ternyata dengan reaksi nuklir satu atom dapat diubah menjadi atom unsur lain. 3) Dalton menyatakan bahwa atom suatu unsur sama dalam segala hal. Sekarang ternyata ada isotop, yaitu unsur yang sama tetapi massanya berbeda. 4) Perbandingan unsur dalam suatu senyawa menurut Dalton adalah bilangan bulat dan sederhana. Tetapi kini semakin banyak ditemukan senyawa dengan perbandingan yang tidak sederhana, misalnya C18H35O2Na. Teori atom Dalton ditunjang oleh dua hukum alam yaitu hukum Lavoiser dan hukum Proust. 2.2.3. Teori Atom J.J. Thomson
Gambar 2. J.J Thomson dan model atom Thomson 8
Pada percobaan Goldstein, timbul pertanyaan dari mana asal dan bagaimana cara terbentuknya sinar positif. Thomson menduga sinar itu dari atom gas dalam tabung. Percobaan telah menunjukkan bahwa setiap atom mengandung elektron. Jika atom kehilangan elektron yang bermuatan negatif tentu yang tinggal bermuatan positif. Jumlah muatan positif yang tinggal tentu sama dengan jumlah muatan elektron yang keluar, karena pada mulanya atom itu netral. Elektron sangat ringan sehingga dapat meninggalkan atom jika diberi energi, misalnya diberi tegangan listrik. Oleh karena itu, diduga elektron berada di bagian luar atom. Berdasarkan penalaran seperti ini, akhirnya Thomson merumuskan teori yang disebut teori atom Thomson, yang meyebutkan bahwa atom merupakan sebuah bola kecil bermuatan positif dan di permukaannya tersebar elektron yang bermuatan negatif (gambar 3). Model ini juga disebut model roti kismis. Roti digambarkan sebagai atom bermuatan positif dan kismis sebagai elektronnya. Kelemahan teori atom Thomson ini adalah ia tidak menjelaskan kedudukan elektron dalam atom, hanya menyatakan berada di permukaan, karena ditarik oleh muatan positifnya. Mengapa elektron bisa lepas bila diberi energi tidak dapat dijelaskan oleh Thomson. 2.2.4. Teori Atom Rutherford
Gambar 3. Ernest Rutherford dan model atom Rutherford Ernest
Rutherford
dan
kawan-kawannya
melakukan
percobaan
melewatkan
sinar dalam tabung yang berisi gas. Ternyata sinar bergerak lurus tanpa dipengaruhi oleh gas. Mereka menduga bahwa molekul gas tidak bermuatan dan tidak mengubah arah sinar yang bermuatan positif. Berdasarkan hal ini Rutherford berhipotesis bahwa partikel dalam padatan akan berubah arah, karena dalam atom terdapat muatan positif. Hipotesis ini dibuktikan oleh Geiger dan Marsden, yang menembakkan sinar pada 9
selempeng platina tipis (gambar 4). Hasilnya ditangkap dengan layar yang terbuat dari ZnS yang dapat berfluoresensi bila kena sinar . Hasil pengamatan menunjukkan bahwa sinar yang ditembakkan itu ada yang tembus, membelok, dan memantul. Sinar yang tembus merupakan bagian terbesar, sedangkan yang membelok sedikit, dan yang memantul sedikit sekali. Gejala ini dijelaskan oleh Rutherford, bahwa partikel banyak yang tembus disebabkan oleh atom yang mengandung banyak ruang hampa. Di pusat atom terdapat sebuah partikel bermuatan positif yang disebut inti. Sinar akan membelok bila mendekati inti, karena saling tolak menolak. Kejadian ini sedikit jumlahnya karena ukuran inti atom sangat kecil dibandingkan ukuran ruang hampanya. Jika ada partikel yang menabrak inti, maka akan memantul walaupun tidak 1800. Tumbukan langsung ini sangat kecil kemungkinannya, maka jumlah yang memantul kecil sekali. Di luar inti tidak hanya kosong, tetapi terdapat elektron yang berputar mengelilinginya. Elektron tidak mempengaruhi arah sinar karena elektron sangat kecil dan ringan. Dengan penalaran seperti itulah Rutherford menggambarkan atom terdiri dari inti yang bermuatan positif yang merupakan terpusatnya massa, dan di sekitar inti terdapat elektron yang bergerak mengelilinginya dalam ruang hampa. Kelemahan teori Rutherford ini adalah ketidakmampuannya menerangkan mengapa elektron tidak jatuh ke inti atom akibat gaya tarik elektrostatik inti terhadap elektron.
2.2.5. Teori Atom Bohr
Gambar 4. Niels Bohr dan model atom Bohr Penyempurnaan model atom Rutherford yang berkaitan dengan lintasan elektron dilakukan oleh murid Rutherford sendiri, yang bernama Niels Bohr. 10
Bohr memiliki pendapat sebagai berikut : 1.
Elektron beredar mengelilingi inti atom dengan tingkat-tingkat energi tertentu. Semakin dekat ke inti atom, tingkat energi semakin rendah. Dan sebaliknya, semakin jauh dari inti atom, tingkat energi semakin tinggi. Tingkat-tingkat energi ini membentuk lintasan elektron yang berupa lingkaran. Peredaran elektron dalam lintasannya tersebut tidak membebaskan atu menyerap energi, sehingga bersifat stabil.
2.
Perpindahan elektron dapat terjadi dengan cara : a. Menyerap energi sehingga elektron tersebut berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi atau lintasan yang lebih luar. b. Membebaskan energi sehingga elektron tersebut berpindah ke tingkat energi yang lebih rendah atau lintasan yang lebih dalam. Energi yang dibebaskan saat elektron berpindah ke tingkat energi yang lebih rendah
dapat diamati sebagai pancaran cahaya dengan panjang gelombang tertentu . Spektrum cahaya atau gelombang elektromagnetik pada atom hidrogen dijadikan bukti oleh Bohr untuk mendukung teorinya. Kelemahan teori atom Bohr adalah hanya dapat menerangkan spektrum atom dari atom atau ion yang mengandung satu elektron dan tidak sesuai dengan spektrum atom atau ion berelektron banyak. 2.2.6. Teori Mekanika Kuantum Pada tahun 1927, Erwin Schrodinger mengajukan teori atom yang disebut dengan teori atom mekanika kuantum yang menyatakan bahwa kedudukan elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti, yang dapat ditentukan adalah probabilitas menemukan elektron sebagai fungsi jarak dari inti atom. Daerah dengan probabilitas terbesar menemukan elektron disebut dengan orbital. Schrodinger memperhitungkan dualisme sifat elektron, yaitu sebagai partikel sekaligus sebagai gelombang. Temuan Schrodinger memungkinkan kita untuk menentukan struktur elektronik atom, baik yang berelektron tunggal maupun yang berelektron banyak. Pada tahun yang sama, Werner Heisenberg menguatkan teori atom mekanika kuantum dengan temuannya yang disebut dengan azas ketidakpastian Heisenberg yang menyatakan bahwa kedudukan partikel seperti elektron tidak dapat ditentukan dengan pasti pada saat yang sama. Orbital adalah suatu daerah dalam ruang berbentuk spesifik dan dalam daerah 11
ini besar kemungkinan ditemukannya elektron. Deangan teori mekanika kuantum, dapat dibuktikan bahwa elektron yang dapat menempati kulit tertentu, jumlahnya terbatas. Menurut teori ini, awan-awan elektron disekitar inti menunjukkan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama akan membentuk subkulit dan beberapa subkulit bergabung membentuk kulit. Oleh sebab itu, kulit terdiri dari beberapa subkulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Meskipun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama. Ciri khas model atom mekanika kuantum, adalah sebagai berikut : 1.
Gerakan elektron memiliki sifat gelombang sehingga lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang.
2.
Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya.
3.
Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi boleh jadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron. Untuk menentukan lokasi dari suatu orbital dalam atom, diperlukan suatu keterangan
yang menyatakan kulit, subkulit, dan nomor orbital sehingga pada teori ini digunakan bilangan gelombang yang hingga saat ini digunakan untuk mengetahui keberadaan atom beserta tingkat energi elektron. 2.3. Bilangan Kuantum Bilangan kuantum adalah bilangan yang menyatakan kedudukan atau posisi elektron dalam atom. Hasil penjabaran persamaan Schrodinger untuk atom hidrogen menunjukkan bahwa energi suatu elektron ditentukan oleh bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimut (l), dan bilangan kuantum magnetik (m). Penyelesaian informasi ini dapat memberikan informasi mengenai orbital-orbital atom yaitu mengenai besarnya, bentuknya dan kedudukannya dalam ruang. Selanjutnya, untuk membedakan elektron dalam suatu orbital yakni berdasarkan arah putarannya dengan bilangan kuantum spin (s). 1.
Bilangan Kuantum Utama (m) Bilangan kuantum utama adalah bilangan bulat positif yang menggambarkan
kedudukan atau jarak relatif elektron terhadap intinya atau bilangan yang menunjukan kulit atom. Bilangan kuantum utama biasanya menunjukan tingkat energi utama dimana elektron itu berada. Bilangan kuantum utama biasanya disimbolkan dengan n. Semakin 12
besar harga nsemakin besar ukuran orbital yang dihuni oleh elektron. Kulit atom dinyatakan dengan lambang K, L, M, N, O, dan seterusnya. Tabel 1. Tingkat energi tiap kulit berdasarkan bilangan kuantum utama
2.
Bilangan Kuantum Azimut (l) Bilangan kuantum azimut (l) menunjukkan sub kulit dimana elektron itu bergerak
sekaligus menunjukkan sub kulit yang merupakan penyusun suatu kulit. Bilangan kuantum azimuth mempunyai harga dari 0 sampai dengan (n-1) untuk setiap n, dan menunjukan letak elektron dalam subkulit. Setiap kulit terdiri dari subkulit (jumlah subkulit tidak sama untuk setiap elektron), dan setiap subkulit dilambangkan berdasarkan pada harga bilangan kuantum azimut (l). a.
n = 1 ; l = 0 ; sesuai kulit K
b.
n = 2 ; l = 0, 1 ; sesuai kulit L
c.
n = 3 ; l = 0, 1, 2 ; sesuai kulit M
d.
n = 4 ; l = 0, 1, 2, 3 ; sesuai kulit N, dan seterusnya
Sub kulit yang harganya berbeda-beda ini diberi nama khusus: a.
Subkulit yang mempunyai harga l = 0 ; diberi lambang s (s = sharp)
b.
Subkulit yang mempunyai harga l = 1 ; diberi lambang p (p = principle)
c.
Subkulit yang mempunyai harga l = 2 ; diberi lambang d (d = diffuse)
d.
Subkulit yang mempunyai harga l = 3 ; diberi lambang f (f = fundamental) Lambang s, p, d dan f diambil dari nama spektrum yang dihasilkan oleh logam alkali
dari Li sampai dengan Cs yang terdiri dari empat deret, yaitu tajam (sharp). Utama (principal), kabur (diffuse) dan dasar (fundamental).
13
3.
Bilangan Kuantum Magnetik (m) Bilangan kuantum magnetik menyatakan orbital tempat ditemukannya elektron pada
subkulit tertentu dan arah momentum sudut elektron terhadap inti. Sehingga nilai bilangan kuantum magnetik berhubungan dengan bilangan kuantum azimut dan bernilai dari - l hingga + l (l = nilai bilangan kuantum azimutnya). Bilangan kuantum magnetik menentuka arah orientasi dari orbital didalam ruang relatif terhadap orbital yang lain. Dengan demikian untuk setiap satu subkulit terdapat beberapa orbital yang dicirikan dengan nilai m. Seperti contohnya, subkulit s mempunyai nilai l = 0 maka bilangan kuantum magnetiknya (m) = 0. Angka nol ini melambangkan satu-satunya orbital yang ada pada subkulit s. Sub kulit p mempunyai nilai l = 1 maka bilangan kuantum magnetiknya = - 1, 0, +1. Angka-angka tersebut melambangkan 3 orbital yang ada pada subkulit p. Subkulit d mempunyai nilai l = 2 maka bilangan kuantum magnetiknya = - 2, - 1, 0, + 1, + 2. Angkaangka tersebut melambangkan 5 orbital yang ada pada subkulit d dan demikian seterusnya. 4.
Bilangan Kuantum Spin (s) Bilangan kuantum spin menunjukkan arah perputaran elektron pada sumbunya. Dalam
satu orbital, maksimum dapat beredar 2 elektron dan kedua elektron ini berputar melalui sumbu dengan arah yang berlawanan, dan masing-masing diberi harga spin +1/2 atau -1/2. Bilangan kuantum spin bukan merupakan hasil dari penyelesaian persamaan gelombang, tetapi didasarkan pada pengamatan Otto stern dan Walter Gerlach terhadap spektrum yang dilewatkan pada medan magnet, dan ternyata didapatkan dua spektrum yang terpisah dengan kerapatan yang sama. Kesimpulan yang diperoleh bahwa terjadinya pemisahan garis spektrum oleh medan magnet dimungkinkan karena elektron-elektron tersebut selama mengelilingi inti berputar pada sumbunya dengan arah yang berbeda. Dapat dimisalkan bumi berotasi pada sumbunya selama mengelilingi matahari. Berdasarkan hal tersebut diudulkan adanya bilngan kuantum spin untuk menandai arah putaran (spin) elektron pada sumbunya. Setiap elektron dapat brputar pada sumbunya sesuai dengan arah jarum jam atau berlawanan dengan jarum jam, maka probabilitas elektron berputar searah jarum jam adalah ½ , dan probabilitas berputar berlawanan dengan jarum jam juga mempunyai harga ½. Untuk membedakan arah putarannya maka diberi tanda negatif dan positif. Jadi, harga bilangan kuantum spin yaitu – ½ atau + ½.
14
2.4. Asas Larangan Pauli Dengan adanya bilangan kuantum, suatu elektron mempunyai posisi ruang yang berbeda dari yang lainnya. Pada tahun 1925, seorang Ilmuan dari Austria, Wolfgang Pauli mengemukakan teori yang dikenal dengan nama azas larangan pauli. Menurut azas larangan pauli, dalam suatu sistem, baik atom atau molekul, tidak terdapat dua elektron yang mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama. Hal ini berarti bahwa setiap orbital maksimum hanya dapat ditempati oleh 2 elektron. Oleh sebab itu W. Pauli (1924) mengemukakan Azas Larangan Pauli “Tidak boleh ada elektron dalam satu atom yang memiliki ke empat bilangan kuantum yang sama”. Dalam hal ini, dua buah elektron dapat mempunyai bilangan kuantum n, l, dan m yang sama, tetapi bilangan kuantum s tidak mungkin sama sebab yang mungkin ½ atau - ½. Sehingga, setiap orbital dapat diisi oleh maksimal dua elektron (sepasang elektron).
15
LAMPIRAN PERTANYAAN 1.
Pertanyaan Rahma Dina Safitri Aplikasi yang dijelasakan bahwa unsur Y, Nd, Sm dan Gd dapat berpengaruh terhadap tetapan pembentukan kompleks jika direaksikan dengan ARS. Bagaimana dengan unsur-unsur kimia yang lainnya? Jawaban Ihya Sulthonuddin Jurnal apalikasi yang telah dijelaskan hanya menjelaskan pembuktian pengaruh nomor atom dari unsur lantanida (Y, Nd, Sm dan Gd) terhadap tetapan pembentukan senyawa kompleks dengan ARS membentuk kompleks lantanida-ARS. Sebenarnya sebelum jurnal aplikasi ini dilakukan oleh Samin (1996), sudah ada penelitian yang dilakukan oleh Hulanicki (1983) mengenai pengaruh nomor atom dari unsur Y dan Gd terhadap tetapan pembentukan senyawa kompleks dengan ARS. Hasil penelitian yang dilakukan oleh Samin (1996) menujukan nilai tetapan pembentukan kompleks yang sama dengan hasil penelitian yang dilakukan oleh Hulanicki (1983). Ini menunjukan bahwa ada pengaruh nomor atom dengan tetapan pembentukan senyawa kompleks. Untuk unsur lain yang dapat membentuk senyawa kompleks lantanida-ARS adalah unsur golongan lantanida itu sendiri. Dan unsur transisi lainnya dapat membentuk kompleks dengan ARS.
2.
Pertanyaan Pak Dede Tolong jelaskan mengapa Y yang memiliki nomor atom lebih rendah justru memiliki tetapan pembentukan kompleksnya lebih besar dibandingkan dengan Gd, Nd dan Sm yang memiliki nomor atom lebih besar? Jawaban Ihya Sulthonuddin Y memiliki tetapan pembentukan kompleksnya lebih besar dibandingkan Gd, Nd dan Sm dikarenakan konfigurasi elektron valensinya : 39
Y : 4d1, 5s2
60
Nd : 4f4, 5d0, 6s2
62
Sm : 4f6, 5d0, 6s2
64
Gd : 4f7, 5dl, 6s2
16
Jadi jumlah elektron valensi yang terlibat pada pembentukan senyawa kompleks dengan ARS, unsur Y paling banyak dan mudah bereaksi. Hal ini disebabkan bahwa elektron pada orbital 4d1 lebih mudah lepas dan membentuk senyawa kompleks YARS dari pada orbital 5dl. Begitu pula selanjutnya dengan Sm dan Nd. 3.
Pertanyaan Pak Dede Mengapa dalam penulisan konfigurasi elektronnya demikian? 39
Y : 4d1, 5s2
60
Nd : 4f4, 5d0, 6s2
62
Sm : 4f6, 5d0, 6s2
64
Gd : 4f7, 5dl, 6s2
Mengapa kulit atom sebelumnya tidak terisi penuh terlebih dahulu? Jawaban Ihya Sulthonuddin Penulisan konfigurasi elektron diatas telah disesuaikan dengan aturan yang berlaku yakni aturan aufbau. Penulisan konfigurasi elektron diatas berdasarkan tingkatan kulit atom. Jika penulisan konfigurasi elektron berdasarkan tingkatan energi ikatannya maka konfigurasi elektronnya sebagai berikut : 39
Y : 5s2, 4d1
60
Nd : 6s2, 4f4, 5d0
62
Sm : 6s2, 4f6, 5d0
64
Gd : 6s2, 4f7, 5dl
Elektron yang terdapat dalam atom akan mengisi penuh orbital 6s terlebih dahulu kemudian akan mengisi orbital 4f sesuai dengan tingkatan energi ikatannya. Orbital 6s memeliki tingkatan energi yang lebih rendah dibandingkan dengan 4f dan 5d. 4.
Pertanyaan Pak Dede Mengapa konfigurasi elektron Gd seperti ini 64Gd : 4f7, 5dl, 6s2? Mengapa konfigurasi elektron Gd tidak seperti ini 64Gd : 4f8, 5d0, 6s2 saja yang sama dengan konfigurasi elektron Sm 62Sm : 4f6, 5d0, 6s2 Jawaban Ihya Sulthonuddin Konfigurasi elektron Gd seperti ini lebih stabil dibandingkan dengan
64
64
Gd : 4f7, 5dl, 6s2 lebih menguntungkan dan
Gd : 4f8, 5d0, 6s2 dikarenakan pengisian penuh
elektron atau setengah penuh elektron pada setiap orbital lebih stabil dari pada tidak
17
terisi sama sekali. Pengisian setengah penuh elektron pada orbital 5d l lebih mudah mengikat 4 seyawa untuk membetuk senyawa kompleks Gd-ARS. 5.
Pertanyaan Pak Dede Faktor apa saja yang mempengaruhi besarnya tetapan pembentukan kompleks (β) seperti yang telah dijelsakan dalam jurnal tersebut? Jawaban Ihya Sulthonuddin Faktor yang mempengaruhi besarnya tetapan pembentukan kompleks (β) adalah konsentrasi ion akhir dan tetapan kesetimbangan ion kompleks. Ini sesuai dengan persamaan :
Jadi Besarnya tetapan pembentukan kompleks (β) berbandig lurus dengan tetapan kesetimbangan ion kompleks. 6.
Pertanyaan Pak Dede Pada penjelasan proton. Eugene membuat percobaan yang sama seperti yang dilakukan oleh Thomson, akan tetapi dengan memberi lubang pada katode dan mengisi tabung dengan gas hidrogen. Lalu apa maksud dan tujuan Eugene memberi lubang pada katode? Jawaban Desi Iftalia Pemberian lubang tersebut bertujuan untuk dapat melihat berkas sinar yang dipantulkan oleh plat katode yang bermuatan positif. Ini artinya ada partikel-partikel yang bermuatan positif yang sama dengan plat katode. Partikel tersebut tertampung dalam tabung dibalik lubang katode. Partikel tersebut dinamai proton.
7.
Pertanyaan Pak Dede Bagaimana penjelasan mengenai “atom suatu unsur dapat bergabung dengan atom unsur lain membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana? Jawaban Panji Mulyotomo Sebagai contoh dari teori atom Dalton, molekul H2O tersusun atas unsur O dan H. Untuk dapat berikatan membentuk senyawa, atom O akan mengikat 2 atom H sehingga perbandingan kedua atom ini merupakan bilangan bulat sederhana yakni 1 atom O dan 2 atom H.
18
8.
Pertanyaan Pak Dede Mengenai bilangan kuantum. Jika suatu unsur memiliki nomor atom 8 maka bagaimana penjelasan bilangan kuantumnya? Jawaban Henggar Wahyu Siswanti Konfigurasi elektronnya 1 s2, 2 s2, 2 p4 Bilangan kuantum utama (n) = 2 Bilangan kuantum azimut (l) = 1 Bilangan kuantum magnetik (m) = –1 Bilangan kuantum spin (s) = –1/2
19
DAFTAR PUSTAKA Achmad, Hiskia dan Tupamalu. 1988. Struktur Atom dan Molekul Sistem Periodik. Bandung: ITB Press. Anonim. Struktur Atom. http://id.wikipedia.org/wiki/Struktur_atom diunduh pada 24 Maret 2015. Chang, Raymond. 2004. Kimia Dasar Konsep-Konsep Inti. Jakarta: Erlangga. Keenan. 1989. Ilmu Kimia Untuk Universitas Jilid 1. Jakarta: Erlangga. Samin, dkk. 1996. Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah, ISSN 0216-3128. Pengaruh Nomor
Atom
Terhadap
Tetapan
Pembentukan
Spektrofotometri Sinar Tampak. Yogyakarta: BATAN.
20
Kompleks
Dengan
Metode
