STRUKTUR ATOM DAN SISTEM PERIODIK UNSUR

@Kel-P09,@P09-Rosa,@P17-Gimawati

       I.            Pendahuluan

Atom terdiri atas proton,neutron,dan electron. Proton dan neutron berada di dalam inti atom. Sedangkan electron terus berputar mengelilingi inti atom karena muatan listriknya. Semua electron bermuatan negatif (-) dan semua proton bermuatan positif (+). Sementara itu neutron bermuatan netral.

     II.            Pembahasan

A.     Menentukan Struktur Atom Berdasarkan Tabel Periodik

1. Partikel Dasar Penyusun Atom

Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur yang masih memiliki sifat unsur tersebut. Struktur atom menggambarkan bagaimana partikel-partikel dalam atom tersusun. Atom tersusun atas inti atom dan dikelilingi elektron-elektron yang tersebar dalam kulit-kulitnya. Secara sistematis dapat digambarkan partikel-partikel subatom sebagai berikut.

Sebagian besar atom terdiri dari ruang hampa yang di dalamnya terdapat inti yang sangat kecil di mana massa dan muatan positifnya dipusatkan dan dikelilingi oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif. Inti atom tersusun atas sejumlah proton dan neutron. Jumlah proton dalam inti atom menentukan muatan inti atom, sedangkan massa inti ditentukan oleh banyaknya proton dan neutron. Selanjutnya ketiga partikel subatom (proton, neutron, dan elektron) dengan kombinasi tertentu membentuk atom suatu unsur yang lambangnya dapat dituliskan:

X : lambang suatu unsur

Z : nomor atom

A : nomor massa

2. Memahami Susunan dari Sebuah Atom

a. Lihatlah nomor atom dari tabel periodik. Nomor atom selalu lebih kecil dari nomor massa.

 b. Nomor atom merupakan jumlah proton. Oleh karena sifat atom netral, maka nomor atom juga merupakan jumlah elektron.

 c. Susunlah elektron-elektron dalam level-level energi, selalu isi level terdalam sebelum mengisi level luar. Contoh: Mencari susunan dari atom klor.

1) Dalam tabel periodik tertera klor bernomor atom 17.

2) Oleh karenanya atom klor terdiri dari 17 proton dan 17 elektron.

3) Susunan dari elektron-elektron tersebut yaitu 2,8,7 (2 di level pertama, 8 di level kedua, dan 7 di level    ketiga). Cara pengisian elektron model ini dijelaskan pada sub subbab konfigurasi elektron.

 Cara pengisian elektron model lain dijelaskan sebagai berikut.

Alur pengisian ikuti anak panah: 1s2 – 2s2 – 2p6 – 3s2 – 3p6 – 4s2 – 3d10 dst.

Dua hal penting yang perlu diperhatikan jika Anda melihat susunan dalam tabel periodik.

 a. Jumlah elektron pada tingkat terluar (atau kulit terluar) sama dengan nomor golongan (kecuali helium yang hanya memiliki 2 elektron. Gas Mulia biasa disebut dengan golongan 0 bukan golongan 8). Hal ini berlaku di seluruh golongan unsur pada tabel periodik (kecuali unsur-unsur transisi). Jadi, jika Anda mengetahui bahwa barium terletak pada golongan 2, berarti barium memiliki 2 elektron pada tingkat terluar; iodium merupakan golongan 7 yang berarti iodium memiliki 7 elektron pada tingkat terluar.

b. Gas mulia memiliki elektron penuh pada tingkat terluar.

B.      Nomor Atom dan Nomor Massa

 Suatu atom memiliki sifat dan massa yang khas satu sama lain. Dengan penemuan partikel penyusun atom dikenal istilah nomor atom (Z) dan nomor massa (A). Penulisan lambang atom unsur menyertakan nomor atom dan nomor massa. Di mana: 

A = nomor massa

 Z = nomor atom

 X = lambang unsur

1. Nomor Atom (Z) Nomor atom (Z) menunjukkan jumlah proton (muatan positif) atau jumlah elektron dalam atom tersebut. Nomor atom ini merupakan ciri khas suatu unsur. Oleh karena atom bersifat netral maka jumlah proton sama dengan jumlah elektronnya, sehingga nomor atom juga menunjukkan jumlah elektron. Elektron inilah yang nantinya paling menentukan sifat suatu unsur. Nomor atom ditulis agak ke bawah sebelum lambang unsur.

 2. Nomor Massa (A) Massa elektron sangat kecil dan dianggap nol sehingga massa atom ditentukan oleh inti atom yaitu proton dan neutron. Nomor massa (A) menyatakan banyaknya proton dan neutron yang menyusun inti atom suatu unsur. Nomor massa ditulis agak ke atas sebelum lambang unsur.

C.      Isotop, Isobar, dan Isoton Suatu Unsur

                  Setelah penulisan lambang atom unsur dan penemuan partikel penyusun atom, ternyata ditemukan adanya unsur-unsur yang memiliki  jumlah proton yang sama tetapi memiliki massa atom yang berbeda. Ada pula unsur-unsur yang memiliki massa atom yang sama tetapi nomor atom berbeda. Oleh karena itu, dikenallah istilah isotop, isoton, dan isobar.

1.      Isotop

       Isotop adalah atom yang mempunyai nomor atom sama tetapi memiliki nomor massa berbeda.

Setiap isotop satu unsur memiliki sifat kimia yang sama karena jumlah elektron valensinya sama. Isotop-isotop unsur ini dapat digunakan untuk menentukan massa atom relatif (Ar ) atom tersebut berdasarkan kelimpahan isotop dan massa atom semua isotop.

2. Isobar Isobar adalah unsur-unsur yang memiliki nomor atom berbeda tetapi nomor massa sama. Sehingga antara  dan  merupakan isobar.

3. Isoton Atom-atom yang berbeda tetapi mempunyai jumlah neutron yang sama. Contoh: isoton antara  dan .

D.     Menentukan Elektron Valensi

 1. Konfigurasi Elektron Konfigurasi (susunan) elektron suatu atom berdasarkan kulit-kulit atom tersebut. Setiap kulit atom dapat terisi elektron maksimum 2 , di mana n merupakan letak kulit. Jika n = 1 maka berisi 2 elektron Jika n = 2 maka berisi 8 elektron Jika n = 3 maka berisi 18 elektron dan seterusnya.

           Lambang kulit dimulai dari K, L, M, N, dan seterusnya dimulai dari yang terdekat dengan inti atom.

           Elektron disusun sedemikian rupa pada masing-masing kulit dan diisi maksimum sesuai daya tampung kulit tersebut. Jika masih ada sisa elektron yang tidak dapat ditampung pada kulit tersebut maka diletakkan pada kulit selanjutnya.

Perhatikan konfigurasi elektron pada unsur dengan nomor atom 19. Konfigurasi elektronnya bukanlah K L M N

                 2  8  9

     tetapi 2  8   8  1

     Hal ini dapat dijelaskan bahwa elektron paling luar maksimum 8, sehingga sisanya harus 1 di kulit terluar. Begitu pula dengan nomor atom 20. Bagaimana dengan unsur dengan nomor atom 88?.           Unsur dengan nomor atom 88 akan terisi sesuai dengan kapasitas kulit pada kulit K, L, M, dan N serta masih ada sisa 28. Sisa ini tidak boleh diletakkan seluruhnya di kulit O, sisa ini diletakkan pada kulit sesudahnya mengikuti daya tampung maksimum kulit sebelumnya yang dapat diisi yaitu 18, 8 atau 2 sehingga sisanya diisikan sesuai Tabel tersebut.

2.      Elektron Valensi

       Elektron yang berperan dalam reaksi pembentukan ikatan kimia dan reaksi kimia adalah elektron pada kulit terluar atau elektron valensi. Jumlah elektron valensi suatu atom ditentukan berdasarkan elektron yang terdapat pada kulit terakhir dari konfigurasi elektron atom tersebut. Perhatikan Tabel di bawah ini untuk menentukan jumlah elektron valensi.

Unsur-unsur yang mempunyai jumlah elektron valensi yang sama akan memiliki sifat kimia yang sama pula.

     Contoh: Unsur natrium dan kalium memiliki sifat yang sama karena masing-masing memiliki elektron valensi = 1.

     Suatu atom netral dapat melepaskan 1 atau lebih elektronnya dan membentuk ion yang bermuatan positif, atau menangkap elektron dan membentuk muatan negatif.

    Contoh: mempunyai 11 proton, 11 elektron, dan 12 netron.

Konfigurasi elektron Na dapat ditulis: 2, 8, 1.

     Apabila atom Na melepaskan elektron valensinya maka jumlah elektronnya menjadi 10 sedangkan protonnya tetap 11, sehingga atom Na akan bermuatan +1.

       

  + e

A.     Sistem Periodik UUnsur

Golongan dalam Sistem Periodik Unsur

1. Golongan IA (logam Alkali)

Semua logam Alkali tergolong logam yang lunak kira-kira sekeras karet penghapus, dapat diiris dengan pisau dan ringan (massa jenis li, Na, dan K kurang dari 1 g/cm3). Logam Alkali memiliki 1 elektron valensi yang mudah lepas, sehingga merupakan kelompok logam yang paling reaktif, dapat terbakar di udara, dan bereaksi hebat dengan air. Dari Litium ke Sesium reaksi dengan air bertambah dahsyat. Litium bereaksi agak pelan, tetapi natrium bereaksi dengan disertai terbentuknya api dan ledakan, sementara yang lainnya bereaksi dengan lebih dahsyat lagi. Oleh karena kereaktifannya dengan air dan udara, logam alkali biasa disimpan dalam kerosin (minyak tanah).

sistem periodik unsur

2. Golongan IIA (Logam Alkali Tanah)

Unsur-unsur golongan IIA disebut logam alkali tanah. Logam alkali tanah juga tergolong logam aktif, tetapi kereaktifannya kurang dibandingkan dengan logam alkali seperiode, dan hanya akan terbakar di udara bila dipanaskan. Kecuali berilium, logam alkali tanah larut dalam air. Magnesium dan stronsium digunakan dalam membuat kembang api. Magnesium memberi nyala terang dan menyilaukan, sedangkan stronsiu memberikan nayla merah terang. Senyawa magnesium, yaitu magnesium hidroksida (Mg(OH)2), digunakan sebagai antasida dalam obat mag. Batu kapur, pualam, dan mamer adalah senyawa kalsium, yaitu kalsium karbonat (CaCO3). Salah satu senyawa kalsium lainnya, yaitu kalsium hidroksida (Ca(OH)2), digunakan sebagai kapur sirih.

3. Golongan VIIA (Halogen)

Unsur-unsur golongan VIIA merupakan kelompok unsur nonlogam yang sangat reaktif. Hal itu berkaitan dengan elektron valensinya yang berjumlah 7, sehingga hanya memerlukan tambahan 1 elektron untuk mencapai konfigurasi stabil seperti gas mulia. Semua unsur halogen bereaksi dengan tipe yang sama, walaupun kereaktifannya berbeda. Halogen dengan logam membentuk senyawa yang kita sebut garam, seperti NaF, NaCl, NaBr dan NaI. Oleh karena itu pula, unsur golongan VIA disebut halogen artinya pembentuk garam. Kereaktifan unsur halogen berkurang dari F ke I. Semua unsur halogen (golongan VIIA) berupa molekul diatomik (F2, Cl2, Br2, I2), berwarna dan bersifat racun. Fluorin berwarna kuning muda, klorin berwarna hijau muda, bromin berwarana merah, dan uap iodin berwarna ungu (iodin padat berwarna hitam). Halogen atau senyawanya banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari.

4. Golongan VIIIA (Gas Mulia)

Unsur-unsur golongan VIIIA, yaitu helium, Neon, Argon, Kripton, Xenon, dan Radon, disebut gas mulia karena semuanya berupa gas yang sangat stabil, sangat sukar bereaksi dengan unsur lain. Tidak ditemukan satu pun senyawa alami dari unsur-unsur tersebut. Unsur gas mulia terdapat di alam sebagai gas monoatomic (atom-atomnya berdiri sendiri). Menurut para ahli, hal itu disebabkan kulit terluarnya yang sudah terisi penuh. Kuli terluar yang terisi penuh menjadikan unsur tidak reaktif. Namun demikian, Kripton, Xenon dan Radon ternyata dapat ‘dipaksa’ bereaksi dengan beberapa unsur, sedangkan Helium, Neon dan Argon sehingga sekarang belum berhasil direaksikan.

Gas mulia memiliki titik leleh dan titik didih yang sangat rendah; titik didihnya hanya beberapa derajat di atas titik lelehnya. Titik leleh dan titik didih gas mulia meningkat dari atas ke bawah. Titik leleh dan titik didih helium mendekati 0K (titik leleh -273,2oC, titik didih -268,9oC).

sistem periodik unsur

5. Golongan B (Unsur Transisi)

Unsur-unsur transisi adalah unsur-unsur yang terdapat di bagian tengah sistem periodik unsur, yaitu usnur-unsur golongan tambahan (golongan B). Sebagaimana telah dijelaskan, unsur-unsur peralihan merupakan unsur-unsur yang harus dialihkan setelah golongan IIA sehingga diperoleh unsur yang menunjukan kemiripan sifat dengan golonga IIIA.

Sifat-sifat pada sistem periodik unsur:

Sifat logam

Berdasarkan sifat, unsur-unsur dapat dikelompokkan menjadi logam, nonlogam, dan metalloid. Unsur-unsur logam memiliki sifat-sifat: konduktor panas dan listrik yang baik, dapat ditempa dan ductile, titik leleh relatif tinggi, cenderung melepaskan elektron kepada unsur nonlogam. Unsur-unsur nonlogam memiliki sifat-sifat: nonkonduktor panas dan listrik, tidak dapat ditempa dan rapuh/getas, kebanyakan berwujud gas pada temperatur kamar, cenderung menerima elektron dari unsur logam. Unsur-unsur metalloid memiliki sifat-sifat seperti logam dan juga nonlogam. Sifat logam semakin berkurang dari kiri ke kanan dan dari bawah ke atas sistem periodik unsur, kecuali hidrogen. Unsur-unsur metalloid berada pada “tangga” yang membatasi unsur-unsur logam dan nonlogam.

Jari-jari atom

Jari-jari atom adalah setengah dari jarak antara dua inti dari dua atom logam yang sejajar atau dalam sebuah molekul diatomik. Dalam satu golongan, dari atas ke bawah, jari-jari atom cenderung semakin besar, sebagaimana pertambahan kulit elektron. Dalam satu periode, dari kiri ke kanan, jari-jari atom cenderung semakin kecil, sebagaimana pertambahan muatan inti efektif.

Energi ionisasi

Energi ionisasi adalah energi yang dibutuhkan oleh sebuah atom atau ion dalam fase gas untuk melepaskan sebuah elektronnya. Dalam satu golongan, dari atas ke bawah, energi ionisasi pertama cenderung semakin kecil, sebagaimana jarak dari inti ke elektron terluar bertambah sehingga tarikan elektron terluar oleh inti berkurang. Dalam satu periode, dari kiri ke kanan, energi ionisasi pertama cenderung semakin besar, sebagaimana pertambahan muatan inti efektif sehingga tarikan oleh inti bertambah.

Jari-jari ion

Jari-jari ion adalah jari-jari dari kation atau anion yang dihitung berdasarkan jarak antara dua inti kation dan anion dalam kristal ionik. Kation (ion bermuatan positif) terbentuk dari pelepasan elektron dari kulit terluar atom netral sehingga tolakan antar elektron berkurang, tarikan elektron oleh inti lebih kuat, dan jari-jari dari kation lebih kecil dari atom netralnya. Anion (ion bermuatan negatif) terbentuk dari penangkapan elektron pada atom netral sehingga tolakan antar elektron bertambah dan jari-jari dari anion lebih besar dari atom netralnya. Dalam satu golongan pada sistem periodik unsur, dari atas ke bawah, jari-jari ion bermuatan sama cenderung semakin besar, sebagaimana pertambahan kulit elektron. Dalam periode, pada deretan ion isoelektronik (spesi-spesi dengan jumlah elektron sama dan konfigurasi elektron sama, seperti O2-, F–, Na+, Mg2+, dan Al3+ dengan 10 elektron), semakin besar muatan kation maka semakin kecil jari-jari ion, namun semakin besar muatan anion maka semakin besar jari-jari ion.

Afinitas elektron

Afinitas elektron adalah kuantitas perubahan energi ketika sebuah atom atau ion dalam fase gas menerima sebuah elektron. Jika kuantitas perubahan energi bertanda positif, terjadi penyerapan energi, sedangkan jika bertanda negatif, terjadi pelepasan energi. Semakin negatif nilai afinitas elektron, semakin besar kecenderungan atom atau ion menerima elektron (afinitas terhadap elektron semakin besar). Dalam satu golongan pada tabel periodik unsur, dari atas ke bawah, afinitas elektron cenderung semakin kecil, dengan banyak pengecualian. Dalam satu periode, dari kiri ke kanan, sampai golongan 7A, afinitas elektron cenderung semakin besar, dengan banyak pengecualian.

Elektronegativitas

Elektronegativitas adalah ukuran kemampuan suatu atom dalam sebuah molekul (keadaan berikatan) untuk menarik elektron kepadanya. Semakin besar elektronegativitas, semakin mudah atom tersebut menarik elektron kepadanya sendiri. Dalam satu golongan, dari atas ke bawah, elektronegativitas cenderung semakin kecil. Dalam satu periode, dari kiri ke kanan, elektronegativitas cenderung semakin besar.

Bilangan Kuantum

Hipotesis Louis de Broglie dan azas ketidakpastian dari Heisenberg merupakan dasar dari model Mekanika Kuantum (Gelombang) yang dikemukakan oleh Erwin Schrodinger pada tahun1927, mengajukan konsep orbital untuk menyatakan kedudukan elektron dalam atom.

Orbital menyatakan suatu daerah dimana elektron paling mungkin (peluang terbesar) untuk ditemukan. Persamaan gelombang (psi) dari Erwin Schrodinger menghasilkan tiga bilangan gelombang (bilangan kuantum) untuk menyatakan kedudukan (tingkat energi, bentuk, serta orientasi) suatu orbital, yaitu:

a. Bilangan kuantum utama (n)

Menentukan besarnya tingkat energi suatu elektron yang mencirikan ukuran orbital (menyatakan tingkat energi utama atau kulit atom). Bilangan kuantum utama memiliki harga mulai dari 1, 2, 3, 4,….dst (bilangan bulat positif).

Biasanya dinyatakan dengan lambang, misalnya K(n=1), L(n=2), dst.

Orbital–orbital dengan bilangan kuantum utama berbeda, mempunyai tingkat energi yang berbeda. Makin besar bilangan kuantum utama, kulit makin jauh dari inti, dan makin besar pula energinya.

b. Bilangan kuantum azimut (l )

Menyatakan subkulit tempat elektron berada. Nilai bilangan kuantum ini menentukan bentuk ruang orbital dan besarnya momentum sudut elektron. Nilai untuk bilangan kuantum azimuth dikaitkan dengan bilangan kuantum utama. Bilangan kuantum azimuth mempunyai harga dari nol sampai (n – 1) untuk setiap n.

Setiap subkulit diberi lambang berdasarkan harga bilangan kuantum l.

• l = 0 , lambang s (sharp)

• l = 1, lambang p (principal)

• l = 2, lambang d (diffuse)

• l = 3, lambang f (fundamental)

(Lambang s, p, d, dan f diambil dari nama spektrum yang dihasilkan oleh logam alkali dari Li sampai dengan Cs).

d. Bilangan kuantum spin (ms atau s)

Bilangan kuantum spin terlepas dari pengaruh momentum sudut. Hal ini berarti bilangan kuantum spin tidak berhubungan secara langsung dengan tiga bilangan kuantum yang lain. Bilangan kuantum spin bukan merupakan penyelesaian dari persamaan gelombang, tetapi didasarkan pada pengamatan Otto Stern dan Walter Gerlach terhadap spektrum yang dilewatkan pada medan magnet, ternyata terdapat dua spektrum yang terpisah dengan kerapatan yang sama.

Terjadinya pemisahan garis spektrum oleh medan magnet dimungkinkan karena elektron-elektron tersebut selama mengelilingi inti berputar pada sumbunya dengan arah yang berbeda. Berdasarkan

hal ini diusulkan adanya bilangan kuantum spin untuk menandai arah putaran (spin) elektron pada sumbunya.

Hanya ada dua kemungkinan arah rotasi elektron, yaitu searah jarum jam dan berlawanan jarum jam, maka probabilitas elektron berputar searah jarum jam adalah dan berlawanan jarum jam . Untuk membedakan arah putarnya maka diberi tanda positif (+ ) dan negatif (– ).

Oleh karena itu dapat dimengerti bahwa satu orbital hanya dapat ditempati maksimum dua elektron.

  III.            Daftar Pustaka

Sunarya, Yayan. 2010. Kimia Dasar 1. Bandung: Yrama Widya

S, Syukri. 1999. Kimia Dasar 1. Bandung: Penerbit ITB

H. Petrucci, Ralph. 1987. Kimia Dasar. Bogor: PT. Gelora Aksara Pratama

Dalam http://www.nurulihsan.com/wp-content/uploads/2017/09/BAB-I-STRUKTUR-ATOM.pdf (diakses 10 November 2019)

Dalam https://www.slideshare.net/mobile/opiolibrio/sistem-periodik-unsur-bilangan-kuantum (diakses 11 november 2019)