PENDAHULUAN PENGENALAN ILMU KIMIA A. Pengertian Ilmu Kimia Bangsa Yunani menyebut kimia sebagai chemie yaitu segala macam aktivitas seni pengerjaan logam. Pada saat itu, setiap orang yang beraktivitas dalam mengolah logam, seperti mengolah emas menjadi barang – barang mewah atau perhiasan disebut sebagai kimiawan. Di Arab ilmu kimia yaitu al chemi diartikan sebagai aktivitas atau penelitian di laboratorium. Seiring berkembangnya ilmu pengetahuan, maka ilmu kimia diartikan sebagai ilmu yang mempelajari materi/ zat dan perubahannya serta energi yang menyertai perubahan tersebut. Tujuan mempelajari mata pelajaran kimia adalah sebagai berikut: 1. Membentuk sikap positif terhadap kimia dengan menyadari keteraturan dan keindahan alam serta mengagungkan kebesaran Tuhan Yang Maha Esa. 2. Memupuk sikap ilmiah yaitu jujur, objektif, terbuka, ulet, kritis, dan dapat bekerjasama dengan orang lain. 3. Memperoleh pengalaman dalam menerapkan metode ilmiah melalui percobaan atau eksperimen, dimana peserta didik melakukan pengujian hipotesis dengan merancang percobaan melalui pemasangan instrumen, pengambilan, pengolahan dan penafsiran data, serta menyampaikan hasil percobaan secara lisan dan tertulis. 4. Meningkatkan kesadaran tentang terapan kimia yang dapat bermanfaat dan juga merugikan bagi individu, masyarakat, dan lingkungan serta menyadari pentingnya mengelola dan melestarikan lingkungan demi kesejahteraan masyarakat. 5. Memahami konsep,prinsip, hukum, dan teori kimia serta saling keterkaitannya dan penerapannya untuk menyelesaikan masalah dalam kehidupan sehari-hari dan teknologi. B. Peranan Ilmu Kimia Berikut merupakan peranan ilmu kimia dalam berbagai bidang kehidupan: a. Bidang Kesehatan Bahan – bahan kimia sering digunakan sebagai obat – obatan. Obat dibuat berdasarkan hasil penelitian terhadap proses dan reaksi kimia bahan-bahan yang berkhasiat secara medis terhadap suatu penyakit. Hal ini dipelajari dalam cabang ilmu Kimia Farmasi. Contohnya, etanol atau alkohol digunakan dalam proses pelarutan obat dan sebagai pensteril alat-alat kedoteran b. Bidang Pertanian Petani menggunakan pupuk untuk meningkatkan kesuburan tanah dan memberi nutrisi yangdiperlukan tanaman. Adapun untuk menanggulangi hama dan penyakit tanaman, digunakan pestisida. Penggunaan pupuk dan pestisida yang benar dapat meningkatkan produktivitas pertanian yang menguntungkan produsen dan konsumen. c. Bidang Industri Dalam bidang industri, ilmu Kimia seringkali sangat dibutuhkan. Mesin-mesin besar di industri membutuhkan logam yang baik dengan sifat tertentu yang sesuai dengan kondisi dan bahan-bahan yang digunakan. Semen, kayu, cat, pipa PVC, dan beton dihasilkan melalui riset yang berdasarkan ilmu Kimia. Kain sintetis yang Anda gunakan juga merupakan hasil penerapan ilmu Kimia. d. Bidang Biologi Proses kimia yang berlangsung dalam tubuh makhluk hidup membutuhkan penjelasan Kimia. Proses pencernaan makanan, pernapasan, metabolisme, dan fotosintesis merupakan proses kimia yang dipelajari dalam Biologi. Untuk mempelajari hal tersebut diperlukan pengetahuan tentang struktur dan sifat senyawa, seperti karbohidrat, protein, lemak, enzim, dan vitamin. e. Bidang Arkeologi Penentuan usia fosil yang dapat dilakukan saat ini merupakan salah satu hasil penerapan ilmu kimia menggunakan radioisotope karbon-14. f. Bidang Hukum Pemeriksaan alat bukti kriminal oleh tim forensik menggunakan ilmu Kimia di dalamnya. Bagian tubuh manusia seperti rambut dan darah dapat diperiksa struktur DNA-nya. Struktur DNA setiap individu akan berbeda sehingga dapat digunakan untuk identifikasi seseorang. Hal ini berguna untuk membuktikan tindak kejahatan seseorang.
Modul Kimia SMA Kelas X
1
BAB I
STRUKTUR ATOM
A. Perkembangan Teori Atom Seorang filsuf dari Yunani, bernama Democritus (400 SM) berpendapat bahwa jika suatu benda dibagi terus – menerus maka diperoleh suatu bagian terkecil yang tidak dapat dibagi lagi. Bagian terkecil ini oleh Democritus disebut atom. Atom berasal dari bahasa Yunani, yaitu athomos (a = tidak, thomos = dibagi/ dibelah). Berikut ini merupakan perkembangan teori atom oleh beberapa ilmuan setelah Democritus mencetuskan gagagasannya tentang atom. 1) John Dalton
Gambar 1.1 John Dalton (1766 –1844/Inggris)
Gambar 1.2 Model atom Dalton
John Dalton (1766 - 1844) berkebangsaan Inggris merupakan ilmuan pertama yang melakukan terobaosan tentang apa yang sebenarnya tardapat dalam suatu materi. Bayangan Dalton tentang atom adalah bahwa atom seperti benda yang pejal. Dari hasil penelitiannya pada tahun 1808, John Dalton mengemukakan teorinya tentang atom, sebagai berikut: a. Setiap materi terdiri dari partikel yang sangat kecil yang disebut atom. b. Atom dari unsur yang sama memiliki sifat yang sama. c. Atom dari unsur yang berbeda memiliki sifat yang berbeda. d. Atom dari suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain dengan reaksi kimia; atom tidak dapat diciptakan juga tidak dapat dimusnahkan. e. Atom – atom dapat bergabung membentuk molekul. f. Dalam senyawa, perbandingan massa masing – masing unsur tetap. Kelemahan dari teori atom Dalton tersebut diantaranya tidak dapat menjelaskan tentang sifat kelistrikan suatu benda dan pada kenyataannya atom masih dapat dibagi lagi menjadi partikel yang lebih kecil yang disebut partikel subatomik. 2) J. J. Thomson Materi bermuatan positif
Elektron
Gambar 1.3 Joseph John Thomson (1856 - 1909)
Gambar 1.4 Model atom Thomson
Pada tahun 1897 J. J Thomson menemukan elektron. Berdasarkan penemuannya tersebut, kemudian Thompson mengajukan teori atom baru yang dikenal dengan sebutan model atom Thompson. Model atom Thomson dianalogkan seperti sebuah roti kismis, di mana atom terdiri atas materi bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis. Karena muatan positif dan negatif bercampur jadi satu dengan jumlah yang sama, maka secara keseluruhan atom menurut Thompson bersifat netral. Modul Kimia SMA Kelas X
2
Penemuan elektron diawali dengan ditemukannya tabung katode oleh William Crookes. Kemudian J.J. Thomson meneliti lebih lanjut tentang sinar katode ini dan dapat dipastikan bahwa sinar katode ini merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan di antara katode dan anode. Sifat sinar katode antara lain: Merambat tegak lurus dari permukaan katode menuju anode. Merupakan radiasi partikel sehingga terbukti dapat memutar baling – baling. Bermuatan listrik negatif sehingga dibelokkan ke kutub listrik positif. Dapat memendarkan berbagai jenis zat, termasuk gelas.
Gambar 1.5 Tabung sinar katode
Berdasarkan fakta di atas dapat disimpulkan bahwa sinar katode memiliki muatan negatif. Stoney menamakan katode dengan istilah elektron. Dengan demikian, elektron memiliki massa dan bermuatan negatif. Jika bahan katode diganti dengan logam lain selalu dihasilkan sinar katode yang sama. Hal ini membuktikan bahwa sinar katode atau elektron merupakan partikel dasar penyusun materi. Kelemahan dari teori atom Thomson diantaranya tidak dapat menerangkan fenomena penghamburan pertikel alfa oleh lempeng emas seperti yang dikemukakan oleh Rutherford.
3) Ernest Rutherford
Gambar 1.7 Model atom Rutherford Gambar 1.6 Ernest Rutherford (1871 - 1937)
Ahli fisika Inggris, Ernest Rutherford beserta temannya Geiger dan Marsden pada 1911 melakukan eksperimen yang dikenal dengan penghamburan partikel alfa oleh selaput tipis emas (0,0004 mm). Setelah berkali-kali melakukan percobaan, akhirnya Rutherford berhasil mengungkapkan fakta-fakta berikut. 1. Sebagian besar partikel sinar alfa dapat menembus pelat karena melalui daerah hampa. 2. Partikel alfa yang mendekati inti atom dibelokkan karena mengalami gaya tolak inti. 3. Partikel alfa yang menuju inti atom dipantulkan karena inti bermuatan positif dan sangat massif.
Modul Kimia SMA Kelas X
3
Gambar 1.7 Hamburan sinar alfa pada lempeng emas
Gambar 1.8 Skema percobaan Rutherford
Dari fenomena percobaan tersebut maka Rutherford mengusulkan suatu model atom yang dikenal dengan model atom Rutherford sebagai berikut: 1. Sebagian besar ruangan dalam atom merupakan ruangan kosong. 2. Atom terdiri atas inti atom bermuatan positif dan hampir seluruh massa atom terpusat pada inti. 3. Elektron beredar mengelilingi inti. 4. Jumlah muatan inti sama dengan jumlah muatan elektron sehingga atom bersifat netral. Akan tetapi teori atom Rutherford masih memiliki kelemahan, diantaranya sebagai berikut: Bertentangan dengan teori elektron dinamika klasik, di mana suatu partikel bermuatan listrik apabila bergerak akan memancarkan energi. Elektron bermuatan negatif yang beredar mengelilingi inti akan kehilangan energi terus-menerus sehingga akhirnya akan membentuk lintasan spiral dan jatuh ke inti. Pada kenyataannya hal ini tidak terjadi, elektron tetap stabil pada lintasannya. 4) Niels Bohr
Gambar 1.9 Niels Bohr (1885 - 1962)
Gambar 1.10 Model atom Niels Bohr
Niels Henrik David Bohr adalah seorang ahli fisika Denmark. Pada tahun 1913, Bohr mengemukakan teori tentang atom yang bertitik tolak dari model atom nuklir Rutherford dan teori kuantum Planck. Model atom Bohr tersebut dapat dianalogkan seperti sebuah tata surya mini. Pada tata surya, planet-planet beredar mengelilingi matahari. Pada atom, elektron - elektron beredar mengelilingi atom, hanya bedanya pada sistem tata surya, setiap lintasan (orbit) hanya ditempati 1 planet, sedangkan pada atom setiap lintasan (kulit) dapat ditempati lebih dari 1 elektron. Model atom Bohr berdasarkan teorinya sebagai berikut. 1. Elektron beredar mengelilingi inti pada lintasan-lintasan (orbit) tertentu. 2. Elektron yang beredar pada lintasannya tidak memancarkan energi, lintasan elektron ini disebut lintasan stasioner. 3. Apabila elektron dengan tingkat energi rendah pindah ke lintasan dengan tingkat energi lebih tinggi maka elektron akan menyerap energi, peristiwa ini disebut eksitasi. Sebaliknya, apabila elektron pindah dari lintasan dengan tingkat energi lebih tinggi ke lintasan dengan tingkat energi lebih rendah maka elektron akan memancarkan energi, peristiwa ini disebut deeksitasi. 4. Energi yang dipancarkan/diserap ketika terjadi transisi elektron terekam sebagai spektrum atom.
Modul Kimia SMA Kelas X
4
Kelemahan dari teori atom Niels Bohr yaitu terjadi penyimpangan untuk atom yang lebih besar dari hidrogen. Dan tidak dapat menerangkan efek Zaeman, yaitu spektrum atom yang lebih rumit apabila atom ditempatkan pada medan magnet. 5) Teori Atom Mekanika Kuantum Dasar pertama model atom mekanika kuantum adalah hipotesis Louis De Broglie, yaitu elektron bukan hanya merupakan partikel, melainkan dapat juga dipandang sebagai gelombang. Gerakan elektron dalam lintasannya juga merupakan gelombang. Dasar kedua adalah ketidakpastian Heisenberg. Menurut Warner Heisenberg, kedudukan elektron tidak dapat ditentukan secara pasti. Hal yang dapat ditentukan hanyalah kebolehjadian atau peluang ditemukannya elektron pada suatu posisi yang disebut orbital atau awan elektron. Kemudian Erwin Schrodinger merumuskan persamaan gelombang gerakan elektron dalam suatu atom. Gambar 1.11 Model atom Mekanika Kuantum
B. Partikel Dasar Atom Partikel – partikel yang terdapat dalam atom adalah proton, neutron dan elektron. Partikel penyusun inti atom (nukleon) adalah proton dan nutron. Sementara elektron bergerak mengelilingi inti atom pada kulit atom yaitu lintasan disekeliling inti atom. Proton dan neutron memiliki massa, yaitu masing – masing sebesar 1 sma (satuan massa atom). Proton dan elektron merupakan partikel yang bermuatan, proton bermuatan positif dan elektron bermuatan negatif. Tabel 1.1 Partikel Dasar Atom
Partikel atom
Lambang
Proton Neutron Elektron
p n e
Massa Gram sma 1,67 x 10-24 1,67 x 10-24 9,11 x 10-28
1,007276 1,008665 0,0005486
Muatan Coulomb Penyeder hanaan +1,602 x 10-19 +1 0 0 -1,602 x 10-19 -1
Penemu
Goldstein Chadwick Thomson
C. Notasi Atom Semua inti atom terdiri atas proton dan neutron. Kedua partikel penyusun inti ini disebut nukleon. Atom-atom suatu unsur mempunyai jumlah proton yang berbeda dengan atom unsur lain. Jumlah proton ini disebut nomor atom (Z). Karena hanya proton yang merupakan partikel bermuatan di dalam inti, maka jumlah proton juga menyatakan muatan inti. Jumlah muatan inti atau nukleon (proton + neutron) dalam atom dinyatakan dalam massa atom (A). Susunan suatu inti dinyatakan dengan notasi sebagai berikut:
𝐴 𝑍𝑋 Dengan, X = lambang unsur Z = nomor atom = jumlah proton (p) dalam inti atom A = nomor massa = jumlah proton (p) + jumlah neutron (n) Suatu atom dikatakan netral jika jumlah elektron sama dengan jumlah proton. Perlu kita ketahui bahwa suatu atom dapat menerima (menyerap) atau melepaskan elektron. Jika atom menerima elektron, maka terbentuk atom yang bermuatan negatif atau ion negatif. Sedangkan, jika atom melepaskan elektron maka terbentuk atom yang bermuatan positif atau ion positif. Penentuan jumlah proton, elektron dan neutron pada atom netral dan ion dapat dilihat sebagai berikut:
Modul Kimia SMA Kelas X
5
Atom netral
Atom bermuatan/ ion
𝐴 𝑍𝑋
𝐴 ±𝑦 𝑍𝑋
Proton = Z Elektron = Z Neutron = A – Z
±y = jumlah muatan Proton = Z Elektron = Z – Y Neutron = A – Z
Contoh Soal!
1. Tentukan jumlah proton, elektron, dan neutron dari:
a. 23 11𝑁𝑎 b. 35 17𝐶𝑙 +2 c. 24 12𝑀𝑔 − d. 35 17𝐶𝑙 Penyelesaian: a. 23 11𝑁𝑎 → atom netral
+2 a. c. 24 → ion 12𝑀𝑔
nomor massa (A) = 23 nomor atom (Z) = 11 proton = Z = 11 elektron = Z = 11 neutron = A – Z = 23 – 11 = 12 b. 35 17𝐶𝑙 → atom netral nomor massa (A) = 35 nomor atom (Z) = 17 proton = Z = 17 elektron = Z = 17 neutron = A – Z = 35 – 17 = 18
nomor massa (A) = 24 nomor atom (Z) = 12 proton = Z = 12 elektron = Z – Y = 12 – (+2) = 10 neutron = A – Z = 24 – 12 = 12 d.
35 − 17𝐶𝑙
→ ion nomor massa (A) = 35 nomor atom (Z) = 17 proton = Z = 17 elektron = Z – Y = 17 – (-1) = 18 neutron = A – Z = 35 – 17 = 18
Soal Latihan! 1 1. 2. 3. 4.
Apakah perbedaan antara teori atom Dalton dan teori atom Thomson? Jelaskan kelemahan model atom Rutherford! Bagaimana Niels Bohr mengatasi kelemahan model atom Rutherford? Apakah yang dimaksud dengan awan orbital? Gambarkan model atom mekanika kuantum dan tunjukkan awan orbitalnya! 5. Tentukanlah jumlah proton, elektron dan neutron atom – atom dalam tabel berikut! Notasi Jumlah proton Jumlah elektron Jumlah neutron 23 + 11𝑁𝑎 14 7𝑁 16 2− 8𝑂 137 56𝐵𝑎 40 2+ 20𝐶𝑎 64 + 29𝐶𝑢 35 − 17𝐶𝑙 40 18𝐴𝑟 52 +3 24𝐶𝑟 108 + 47𝐴𝑔
6. Ion Au3+ mempunyai jumlah elektron 76 dan neutron 118. Tentukan nomor atom dan nomor massa unsur emas! 7. Ion Br– mempunyai jumlah elektron 36 dan neutron 45. Tentukan nomor atom dan nomor massa Br! 8. Unsur kalium mempunyai konfigurasi elektron 2, 8, 8, 1, dan mempunyai jumlah neutron 20. Tentukan nomor atom dan nomor massa unsur kalium! 6
9. Ion Zn2+ mempunyai jumlah elektron 28 dan neutron 35. Tentukan nomor atom dan nomor massa unsur seng tersebut! 10. Ion Mg2+ mempunyai konfigurasi elektron 2, 8. Tentukan nomor atom unsur magnesium! D. Konfigurasi Elektron Atom tersusun atas proton, neutron, dan elektron. Proton dan neutron terdapat dalam inti atom, sedangkan elektron selalu bergerak mengelilingi inti atom. Menurut Bohr, dalam mengelilingi inti atom, elektron berada pada kulit-kulit (lintasan) tertentu. Jumlah elektron yang menempati setiap lintasan berbeda-beda. Susunan elektron dalam setiap lintasan atau kulit atom disebut konfigurasi elektron. Dengan mengetahui konfigurasi elektron suatu atom, kita dapat menentukan nomor golongan, nomor periode, dan elektron valensi suatu atom. Elektron valensi adalah jumlah elektron yang terdapat pada kulit terluar suatu atom. Menentukan konfigurasi elektron dapat dilakukan per kulit atau per subkulit. Cara per kulit hanya berlaku untuk atomatom unsur golongan utama (golongan A). Nomor golongan = jumlah elektron valensi Nomor periode = jumlah kulit atom
Gambar 1.12 Lintasan – lintasan elektron atau kulit pada suatu atom
Jumlah maksimum elektron pada setiap kulit yaitu 2n2, dengan n adalah tingkatan kulit. Sehingga, jumlah elektron maksimum yang dapat ditempati pada setiap kulit adalah: Kulit pertama (kulit K) = 2n2 = 2 . 12 = 2 elektron Kulit kedua (kulit L) = 2n2 = 2 . 22 = 8 elektron Kulit ketiga (kulit M) = 2n2 = 2 . 32 = 18 elektron Kulit keempat (kulit N) = 2n2 = 2 . 42 = 32 elektron; dst. Berikut ini cara-cara untuk menentukan konfigurasi elektron suatu atom: 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
7
Contoh Soal!
1. Tentukan konfigurasi elektron dan elektron valensi dari: a. 11Na b. 17Cl c. 12Mg d. 20Ca Penyelesaian: Kulit K L M N elektron valensi a. 11Na 2 8 1 1 b. 17Cl 2 8 7 7 c. 12Mg 2 8 2 2 d. 20Ca 2 8 8 2 2 2. Tentukan nomor golongan dan periode atom – atom pada no. 1! penyelesaian: Nomor golongan = jumlah elektron valensi Nomor periode = jumlah kulit atom a. 11Na berada golongan IA periode 3 b. 17Cl berada golongan VIIA periode 3 c. 12Mg berada golongan IIA periode 3 d. 20Ca berada golongan IIA periode 4 E. Massa Atom Relatif dan Massa Molekul Relatif 1) Massa Atom Relatif (Ar) Pada tahun 1961 IUPAC (International Union for Pure and Applied Chemistry) menentukan standar dalam penentuan massa atom relatif suatu atom, yaitu atom karbon-12. Satuan massa atom suatu unsur ditentukan dengan cara membandingkannya dengan massa = 12 ( 126𝐶 ).
Massa atom relatif unsur (Ar) X =
1 12
massa atom karbon dengan nomor
𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒓𝒂𝒕𝒂−𝒓𝒂𝒕𝒂 𝒂𝒕𝒐𝒎 𝑿 𝟏 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒂𝒕𝒐𝒎 𝑪−𝟏𝟐 𝟏𝟐
Satuan untuk massa relatif unsur adalah sma (satuan massa atom). 1 sma =
1 12
𝑥 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑎𝑡𝑢 𝑎𝑡𝑜𝑚 12C
Massa satu atom karbon = 1,993 x 10-23 gram. Jadi, 1 sma =
1 12
x 19,93 . 10-24 = 1,66 x 10-24 gram.
Dengan ditetapkannya massa isotop atom karbon-12 sebagai standar massa atom maka massa isotop atom unsur-unsur lain dapat ditentukan secara eksperimen menggunakan spektrometer massa. Spektrometer massa memberikan data akurat tentang jumlah isotop atom suatu unsur dan kelimpahannya di alam. Menurut IUPAC, massa atom unsur ditentukan berdasarkan massa setiap isotop dan kelimpahannya. Penentuan dengan cara ini dinamakan massa atom relatif, disingkat Ar. Massa atom relatif (Ar) suatu unsur didefinisikan sebagai jumlah dari massa isotop dikalikan dengan kelimpahannya di alam.
Massa atom relatif unsur (Ar) X = m1z1 + m2z2 + . . . + mnzn Dengan, m1 = massa isotop-1 Z1 = persen kelimpahan isotop - 1 m2 = massa isotop-2 Z2 = persen kelimpahan isotop - 2 Atau: Ar = ∑ (massa isotop x % kelimpahan isotop)
8
2) Massa Molekul Reatif (Mr) Massa molekul relatif (Mr) adalah perbandingan antara massa rata-rata satu molekul unsur atau senyawa terhadap
1 massa 12
satu atom C-12.
Massa molekul relatif unsur (Mr) X =
𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒓𝒂𝒕𝒂−𝒓𝒂𝒕𝒂 𝒎𝒐𝒍𝒆𝒌𝒖𝒍 𝒖𝒏𝒔𝒖𝒓 𝒂𝒕𝒂𝒖 𝒔𝒆𝒏𝒚𝒂𝒘𝒂 𝑿 𝟏 𝒎𝒂𝒔𝒔𝒂 𝒂𝒕𝒐𝒎 𝑪−𝟏𝟐 𝟏𝟐
Suatu molekul unsur atau senyawa terdiri atas beberapa atom unsur. Oleh karena itu, massa molekul relatif suatu molekul unsur atau senyawa dapat dihitung dari penjumlahan massa atom relatif atom – atom unsur penyusun molekul atau senyawa tersebut. Mr = ∑ Ar
Contoh Soal!
1. Hitung massa atom relatif Fe jika diketahui massa Fe = 55,874 sma. Penyelesaian: 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 1 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐹𝑒 Massa atom relatif unsur (Ar) Fe = 1 12
=
55,874 𝑠𝑚𝑎 1 𝑥 12 𝑠𝑚𝑎 12
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑡𝑜𝑚 𝐶−12
= 55, 874
2. Hasil analisis spektrometer terhadap unsur boron menunjukkan bahwa unsur boron terdiri atas dua isotop, yaitu isotop 10B massanya 10 sma dengan kelimpahan 19,10% dan isotop 11B massanya 11 sma dengan kelimpahan 80,90%. Tentukan massa atom relatif boron! Penyelesaian: Ar B = ∑ (massa isotop B x % kelimpahan isotop B) Ar B = (10 𝑥
19,10 ) 100
+ 11 𝑥
80,90 ) 100
= 1,91 + 8,899 = 10,809
Jadi, massa atom relatif (Ar) unsur boron adalah 10,809. 3. Tentukan massa molekul relatif (Mr) H2O jika diketahui Ar H = 1 dan Ar O = 16! Penyelesaian: Mr H2O = 2(Ar H) + 1(Ar O) = 2 (1) + 1 (16) = 18
Soal Latihan! 2 1. Tentukan konfigurasi elektron dari atom – atom berikut serta tentukan letak golongan dan periode masing – masing atom! a. 15P b. 19K c. 31Ga d. 33As e. 37Rb f. 38Sr g. 49In h. 52Te i. 56Ba j. 86Rn 2. jika massa 1 atom X = a g dan massa 1 atom 12C = b g, tentukan Ar X! 3. Di alam terdapat isotop tembaga dengan kelimpahan masing-masing 69,2% Cu yang memiliki massa 62,930 sma dan 30,8% Cu yang memiliki massa 64,928 sma. Tentukan massa atom relatif dari tembaga! 4. Di alam terdapat klor dalam dua isotop yaitu 75% klor-35 (35Cl) dan sisanya klor-37 (37Cl). Tentukan massa atom relatif klor!
9
22 5. Neon di alam terdiri atas dua isotop yaitu 20 10𝑁𝑒 dan 10𝑁𝑒 . Jika massa atom relatif neon adalah 20,2 tentukan persentase kelimpahan masing masing isotop neon di alam! 6. Berapakah massa atom relatif karbon? Jika diketahui isotop l2C massanya 12 sma dengan kelimpahan 98,9%, dan sisanya adalah isotop 13C dengan massa 13,0 sma! 7. Tentukan kelimpahan masing – masing isotop 70Br dan 71Br, jika Ar unsur Br = 70,6! 8. Bagaimanakah hubungan antara massa atom relatif (Ar) dan massa molekul relatif (Mr)? 9. Tentukan massa molekul relatif dari senyawa – senyawa berikut: (Dik: Ar Cl = 35,5; Na = 23; S = 32; H = 1; O = 16; C = 12; Ca = 40; P = 31; Al = 27; K = 39; N = 14) a. Cl2 b. Na2S c. NaCl d. H2SO4 e. CH3COOH f. Ca3(PO4)2 g. Al2(SO4)3 h. H3PO4 i. Ba(OH)2 j. KNO3
F. Isotop, Isobar dan Isoton 1. Isotop Salah satu teori Dalton menyatakan bahwa atom-atom dari unsur yang sama memiliki massa yang sama. Pendapat Dalton ini tidak sepenuhnya benar, karena diketahui bahwa atom-atom dari unsur yang sama dapat memiliki massa yang berbeda yang disebut isotop. Jadi, Isotop adalah unsur-unsur sejenis yang memiliki nomor atom sama, tetapi memiliki massa atom berbeda atau unsur-unsur sejenis yang memiliki jumlah proton sama, tetapi jumlah neutron berbeda. Sebagai contoh, atom oksigen memiliki tiga isotop, yaitu: 16 8𝑂
; 178𝑂 ; 188𝑂
2. Isobar Isobar adalah atom dari unsur yang berbeda (mempunyai nomor atom berbeda), tetapi mempunyai nomor massa yang sama. Sebagai contoh: 14 6𝐶
dengan 147𝑁 dan
24 11𝑁𝑎
dengan 24 12𝑀𝑔
3. Isoton Isoton adalah atom dari unsur yang berbeda (mempunyai nomor atom berbeda), tetapi mempunyai jumlah neutron sama. Sebagai contoh: 13 6𝐶
dengan 147𝑁 dan
31 15𝑃
dengan 32 16𝑆
Soal Latihan! 3 Tentukan pasangan – pasangan atom berikut yang merupakan isotop, isobar dan isoton! 18 18 24 25 24 23 24 32 32 20 8𝑂 ; 9𝐹 ; 13𝑁𝑎 ; 13𝐴𝑙 ; 12𝑀𝑔; 11𝑁𝑎 ; 11𝑁𝑎 ; 15𝑃 ; 16𝑆 ; 9𝐹 ;
10
dan
20 10𝑁𝑒
Uji Kompetensi Bab 1 1. Partikel penyusun inti atom adalah . . . . a. proton b. neutron c. neutron dan elektron d. proton dan neutron e. proton, elektron, dan neutron 2. Pada percobaan Rutherford, partikel α yang ditembakkan ke lempeng logam emas sebagian kecil dibelokkan. Partikel tersebut adalah . . . . a. Partikel α yang menabrak inti atom b. Partikel α yang menabrak elektron c. Partikel α yang tepat menuju inti atom d. Partikel α yang melewati ruang kosong mendekati inti atom e. Partikel α yang yang melewati ruang kosong menjauhi inti atom 3. Kelemahan model atom Rutherford adalah . . . . a. atom-atom unsur adalah identik b. belum dapat menentukan bahwa inti atom bermuatan positif c. belum dapat menentukan bahwa proton bermuatan positif d. tidak dapat menjelaskan alasan elektron tidak jatuh ke inti e. tidak dapat menjelaskan atom merupakan bola pejal 4. Gagasan utama yang disumbangkan oleh teori atom Bohr adalah . . . . a. gagasan tentang inti atom b. gagasan tentang gejala isotop c. gagasan tentang nomor atom d. gagasan tentang partikel sub atom e. gagasan tentang tingkat-tingkat energi dalam atom 5. Di antara pernyataan berikut ini, yang benar untuk neutron adalah . . . . a. jumlahnya selalu sama dengan jumlah proton b. jumlahnya dapat berbeda sesuai dengan nomor massa isotopnya c. jumlahnya sama dengan jumlah elektron d. merupakan partikel atom bermuatan positif e. merupakan partikel atom bermuatan negatif 6. Partikel dasar penyusun atom terdiri atas proton, neutron, dan elektron. Muatan listrik partikel dasar tersebut berturut-turut adalah . . . . a. –1; +1; 0 b. –1; 0; +1 c. +1; –1; 0 d. 0; –1; +1 e. +1; 0; –1 7. Jumlah maksimum elektron pada kulit N adalah . . . . a. 18 d.50 b. 32 e.30 c. 20 8. Suatu isotop mempunyai 21 neutron dan nomor massa 40. Unsur tersebut mempunyai elektron valensi sebanyak . . . a. 1 d. 6 b. 2 e. 9 c. 3 9. Diketahui nomor atom K dan Ar berturut-turut adalah 19 dan 18. Ion K+ dan atom Ar mempunyai kesamaan dalam hal . . . a. konfigurasi elektron b. muatan inti c. jumlah proton d. jumlah partikel dasar e. jumlah neutron
11
10. Suatu unsur mempunyai konfigurasi elektron K = 2, L = 8, M = 18, dan N = 7. Salah satu isotopnya mempunyai nomor massa 80. Isotop tersebut mengandung . . . . a. 35 elektron dan 35 neutron b. 35 proton dan 35 neutron c. 35 proton dan 45 neutron d. 35 elektron dan 80 neutron e. 80 elektron dan 80 neutron 11. Unsur-unsur di bawah ini yang mempunyai enam elektron valensi adalah . . . . a. 8O b. 11Na c. 14Si d. 6C e. 29Cu 12. Salah satu isotop rubidium mempunyai nomor atom 37 dan nomor massa 85. Atom tersebut mengandung . a. 48 proton, 37 netron, dan 48 elektron b. 37 proton, 37 netron, dan 48 elektron c. 37 proton, 48 netron, dan 37 elektron d. 37 proton, 85 netron, dan 37 elektron e. 48 proton, 37 elektron, dan 37 netron 13. Susunan elektron pada kulit K, L, M, N untuk kalsium yang memiliki nomor atom 20 adalah . . . a. 2, 8, 10, 0 b. 2, 0, 6, 2 c. 2, 8, 9, 1 d. 2, 8, 2, 0 e. 2, 8, 8, 2 14. Konfigurasi elektron berikut yang tidak dijumpai pada suatu atom adalah . . . . a. 2, 8, 5 b. 2, 8, 8 c. 2, 8, 6 d. 2, 8, 9 e. 2, 8, 7 15. Atom yang mempunyai jumlah neutron di dalam inti sama disebut . . . . a. Isotop b. Isodiaphere c. Isobar d. Isomer e. Isoton 16. Partikel neutron ditemukan pertama kali oleh . . . . a. Rutherford d. William Croockes b. Thomson e. Goldstein c. Chadwick 17. Model atom “roti kismis” dikemukakan oleh .... a. Dalton d. Chadwick b. Bohr e. E.Rutherford c. Thomson 18. Nomor atom dapat digunakan untuk menentukan . . . . a. massa jenis atom b. massa jenis molekul c. nomor massa d. jumlah elektron e. jumlah neutron 19. Unsur M memiliki nomor atom 12. Jumlah elektron yang dimiliki oleh ion M2+ adalah . . . . a. 10 d.14 b. 13 e.12 c. 11
12
20. Partikel penyusun inti atom disebut . . . . a. inti atom b. nukleon c. proton d. elektron e. neutron 21. Di antara perpindahan elektron berikut, yang disertai pelepasan energi paling besar adalah . . . . a. dari kulit K ke kulit N b. dari kulit M ke kulit K c. dari kulit L ke kulit K d. dari kulit M ke kulit P e. dari kulit N ke kulit M 30 32 32 22. Diketahui unsur 31 15𝑃; 16𝑄 ; 15𝑅 ; dan 16𝑆 . Pasangan unsur yang merupakan isobar adalah . . . . a. P dan Q b. Q dan S c. Q dan R d. R dan S e. P dan R
23. Unsur di bawah ini memiliki elektron valensi sama, kecuali . . . . a. 4Be b. 20Ca c. 7N d. 38Sr e. 12Mg 24. Ion di bawah ini memiliki konfigurasi seperti gas 10Ne, kecuali . . . . a. 11Na+ b. 16S2c. 12Mg2+ d. 8O2e. 13Al3+ 25. Suatu atom bermuatan negatif dua. Jika nomor massa 16 dan memiliki jumlah elektron 10, maka atom tersebut dilambangkan . . . . a. 106𝑋 b. 168𝑋 c. 106𝑋 d. 16 12𝑋 e. 26 16𝑋
13
Bilangan Kuantum Berdasarkan teori atom mekanika kuantum, kebolehjadian menemukan elektron (orbital) ditentukan berdasarkan empat bilangan kuantum yaitu: a. Bilangan Kuantum Utama (n) Menunjukkan tingkat energi orbital atau kulit atom. Jumlah maksimum elektron pada kulit ke-n adalah 2n2. Untuk kulit K →
n = 1; jumlah elektron maksimum: 2
Untuk kulit L →
n = 2; jumlah elektron maksimum: 8
Untuk kulit M →
n = 3; jumlah elektron maksimum: 18
Untuk kulit N →
n = 4; jumlah elektron maksimum: 32, dan seterusnya.
b. Bilangan Kuantum Azimuth (l) Menunjukkan subkulit dan bentuk orbital, nilai bilangan kuantum azimuth mulai dari 0 sampai dengan (n-1) untuk setiap n. Untuk n = 1 → nilai l = 0 Untuk n = 2 → nilai l = 0 dan 1 Untuk n = 3 → nilai l = 0, 1 dan 2, dan seterusnya. Orbital biasanya dinyatakan dengan subkulit s, p, d,dan f. l = 0 menyatakan subkulit s l = 1 menyatakan subkulit p l = 2 menyatakan subkulit d l = 3 menyatakan subkulit f
c. Bilangan Kuantum Magnetik (m) Menentukan orientasi orbital dalam ruang. Bilangan kuantum magnetik mempunyai nilai bilangan bulat: nilai m = -l, 0, hingga +l. Subkulit s (l = 0) → nilai m = 0, berarti subkulit s terdiri dari 1 orbital. Subkulit p (l = 1) → nilai m = -1, 0, +1 berarti subkulit p terdiri dari 3 orbital. Subkulit d (l = 2) → nilai m = -2, -1, 0, +1, +2 berarti subkulit d terdiri dari 5 orbital. Subkulit f (l = 3) → nilai m = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 berarti subkulit f terdiri dari 7 orbital. Susunan orbital-orbital dalam satu subkulit dinyatakan dengan diagram orbital berikut:
d. Bilangan kuantum spin Menyatakan arah perputaran elektron pada sumbu orbital. Harga s = ± 1
1 2
Nilai + = ke arah atas () 2 1
Nilai - = ke arah bawah () 2
14
1. Bentuk Orbital
Gambar 3. Bentuk orbital s
Gambar 4. Bentuk orbital p
Gambar 5. Bentuk orbital d
Gambar 6. Salah satu bentuk orbital f
2. Konfigurasi Elektron Berdasarkan mekanika kuantum pedoman penulisan konfigurasi elektron adalah sebagai berikut: a. Aturan Aufbau: pengisian orbital dimulai dari tingkat energi yang lebih rendah ke yang lebih tinggi. b. Aturan Hund: pengisian orbital-orbital dalam satu subkulit, mula-mula elektron akan menempati orbital secara sendiri-sendiri dengan spin yang paralel, kemudian berpasangan. c. Larangan Pauli: tidak ada 2 elektron dalam satu orbital yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama.
Kecenderungan Pengisian elektron
Gambar 7. Kecenderungan pengisian elektron
↑↓ ↑↓
Contoh: 2 2s2 2p3 7N : 1s ↑↓ ↑ ↑ ↑ 2 2s2 2p4 6O : 1s ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 2 2s2 2p6 10Ne : 1s ↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
↑↓
d. Prinsip penting penulisan konfigurasi elektron Sistem subkulit 21Sc
: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 atau 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2
18Ar
: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Sistem gas mulia 10Ne
: 1s2 2s2 2p6
11Na
: [Ne]3s1
20Ca
: [Ar]4s2
Subkulit d lebih stabil bila terisi penuh (5e) atau setengah penuh (10e) 24Cr
: [Ar]4s2 3d4
29Cu
: [Ar]4s2 3d9
24Cr
: [Ar]4s1 3d5
tidak stabil lebih stabil/ penulisan yang benar
1 10 29Cu : [Ar]4s 3d
15
Konfigurasi elektron ion 13Al
: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
Al3+ : 1s2 2s2 2p6 17Cl
: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
Cl- : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
LATIHAN: 1. Jelaskan beberapa istilah berikut ini! a. Prinsip Aufbau b. Kaidah Hund c. Asas larangan Pauli 2. Tuliskan konfigurasi elektron unsur-unsur berikut, kemudian diagram orbital masing-masing elektron valensinya! a. K (Z = 19)
f. Se (Z = 34)
b. P (Z = 15)
g. Fe (Z = 26)
c. Ni (Z = 28)
h. Sr (Z = 38)
d. Cs (Z = 55)
i. Rn (Z = 86)
e. Mn (Z = 25)
j. Ra (Z = 88)
3. Tuliskan konfigurasi elektron dari ion-ion berikut! a. 26Fe2+
d. 16S-2
b. 24Cr3+
e. 8O–2
c. 27Co3+
f. 20Ca2+
16
SISTEM PERIODIK Kedudukan unsur dalam tabel periodik ditunjukkan oleh elektron valensi dan bilangan kuantum utama (n), yaitu: Periode = nomor kulit atau n paling besar; Golongan = jumlah elektron valensi.
Tabel I.1 Elektron valensi golongan utama
Tabel I.2 Elektron valensi golongan transisi
Konfigurasi elektron valensi
Jumlah elektron valensi
Golongan utama
Konfigurasi elektron valensi
Jumlah elektron valensi
Golongan transisi
ns1
1
IA
ns2(n - 1)d1
3
IIIB
2
2
IIA
4
IVB
5
VB
ns
2
ns (n - 1)d
2
2
1
ns np
3
IIIA
ns (n - 1)
2
2
ns np
4
IVA
ns1(n - 1)d5
2
3
ns np
5
VA
2
4
ns np
6
2
5
ns np 2
6
ns np
2
3
6
VIB
2
5
7
VIIB
VIA
2
ns (n - 1)d
6
8
VIIIB
7
VIIA
ns2(n - 1)d7
8
VIIIA
ns (n - 1)d
9
VIIIB
2
8
10
VIIIB
1
10
11
IB
2
10
12
IIB
ns (n - 1)d ns (n - 1)d ns (n - 1)d
Berdasarkan subkulit yang ditempati oleh elektron valensi, unsur-unsur dalam tabel periodik dibagi atas: a. Blok s: golongan IA dan IIA b. Blok p: golongan IIIA sampai dengan VIIIA. c. Blok d: golongan IB sampai dengan VIIIB (golongan transisi). d. Blok f: golongan transisi dalam. CONTOH: Tentukan pada golongan dan periode berapa letak unsur-unsur: 17X, 31Y, 44Z,dan 39A. Penyelesaian: Dalam konfigurasi elektron, elektron valensi menunjukkan golongan dan bilangan kuantum utama menunjukkan periode. 17X:
1s2 2s2 2P6 3s2 3p5 berada pada golongan VIIA dan periode ke-3.
31Y:
[Ar]3d10 4s2 4p1 berada pada golongan IIIA dan periode ke-4.
44Z:
[Kr] 4d6 5s2 berada pada golongan VIIIB dan periode ke-5.
39A:
[Kr] 4d1 5s2 berada pada golongan IIIB dan periode ke-5.
Latihan! 1. Bila electron menempati bilangan kwantum 5,2,-1, ½ Notasi sub kulit dan letak unsure dalam system Periodik. 2. Bagaimana konfigurasi singkat dengan menggunakan konfigurasi gas mulia untuk unsure X dengan nomor atom 58, a. Bilangan kwantum electron pada sub tingkat energi tertingginya. b. Jumlah orbital yang berisi electron tunggal ? 3. Bila suatu unsure memiliki no atom 24 . a. Tentukan kulit valensi dan electron valensi unsure tersebut. Tentukan jumlah electron tunggal dalam orbitalnya. b. Bila nomor atom Ni 28 dan Ca 20 .Tulislah konfigurasi electron ion Ni 2+ dan Ca2+ 4. Bila ion X2- mempunyai konfigurasi sama dengan konfigurasi atom argon. Bilangan massa 31 tentukan : a. Letak unsure X dalam system periodic ? b. Jumlah netron dalam inti atomnya.? c. Bilangan kwantum electron pada sub tingkat energi paling tinggi
17
5. Jumlah proton dan netron dalam atom X adalah 57 , Jumlah proton dan electron dalam ion X 3+ adalah 49 a. Dimana letak unsure X dalam system periodic unsure. b. Tulis konfigurasi electron ion X3+ c. Bilangan kwantum electron terakhirnya. 6. Sebutkan : a. Jumlah orbital dari atom unsure dengan n=3 b. Jumlah sub kulit dari atom unsure dengan n=4 c. Jumlah electron maksimal dalam atom dengan n =3 d. Jumlah orbital dalam atom dengan harga asimut = 3 e. Jumlah electron max dalam atom dengan harga m=0 7. Pada periode dan golongan berapa unsure dengan konfigurasi berikut berada dalam SPU a. 1s2 d. 1s2 2s1 1 10 b. [Ar] 4s 3d e. [Xe] 4f14 5d2 6s2 7 2 c. [Kr] 4d 5s 8. Dalam SPU suatu unsure terletak pada a. periode 4 golongan VIB b. periode 6 golongan IIIA Tentukan nomor atom unsure X dan bilangan kwantum electron valensinya. 9. Dalam konfigurasi unsure harga bilangan kwantum n,l,m,s electron terakhirnya berturut turut a. 4,3,1,1/2 b. 4,1,1,1/2 Tentukan konfigurasi electron dan letaknya dalam SPU 10. Benarkah konfigurasi electron unsure Mn [ Z=25 ] pada kulit utama 2,8,13,2 a.Jika benar mengapa pada kulit M hanya berisi 13 elektron padahal kulit M dapat menampung 18 elektron.Jika salah bangaimana konfigurasi yang benar. b. Bagaimana konfigurasi sub kulit pada kulit ke 3 11. Suatu unsure mempunyai electron valensi 5, Dalam atom unsure ini terdapat 5 sub kulit. Tentukan nomor atom unsur tersebut. 12. Hitung ada berapa orbital yang elektronnya tidak berpasangan pada atom 42 Mo 13. Diketahui unsure X dengan konfigurasi electron sbb : [Ar] 4s 2 3d6 , Coba anda sebutkan 4 unsur ( nomor atomnya saja ) yang terletak segolongan dengan unsure X 14. Konfigurasi electron ion X2+ adalah [Ar] 3d4 a. berapa nomor atom unsure X b. Jumlah orbital yang berisi electron tak berpasangan pada atom X? c. Kombinasi bilangan kwantum electron pada kulit terluarnya. 15. Tentukan periode dan golongan unsure dalam system periodic unsure bila diketahui a. X 3+ = 1s2 2s2 2p6 c. C- = [ Ne] 3s2 3p6 22 2 6 2 6 b. B = 1s 2s 2p 3s 3p d. D 3+ = [ Ar ]
18
