MENGKAJI DASAR ILMU KIMIA : STRUKTUR ATOM DAN SISTEM PERIODIK UNSUR

 Oleh : Winda Setyo Rini (@T14-Winda) 

Abstrak

     Kimia merupakan suatu ilmu yang sangat erat kaitannya dengan kehidupan sehari-hari. Ilmu kimia membahas mengenai suatu materi dan perubahan materi. Materi merupakan segala sesuatu yang menempati ruang serta memiliki massa. Materi terdiri atas unsur-unsur, yang dimana unsur-unsur dalam materi tersebut terdiri atas partikel-partikel yang dinamakan atom. Atom dalam suatu unsur dapat dibagi lagi menjadi partikel subatomik. Partikel subatomik terdiri atas proton, elektron, dan juga neutron. struktur atom dapat diketahui berdasarkan teori-teori atom, yang dimana teori-teori atom dikemukakan berdasarkan berbagai macam percobaan yang telah dilakukan oleh para ilmuan. Unsur-unsur yang ditemukan oleh para ilmuan dimuat dalam suatu tabel yang dinamakan tabel sistem periodik unsur, yang dimana penyusunannya didasarkan pada struktur atom dari masing-masing unsur. Tabel periodik unsur yang diketahui saat ini merupakan hasil perkembangan dari sistem periodik unsur terdahulu yang telah disusun oleh para ilmuan.

Kata kunci : kimia, teori atom, sistem periodik, perkembangan

Abstract

      Chemistry is a science that is closely related to everyday life. Chemistry deals with matter and changes in matter. Matter is anything that occupies space and has mass. Matter consists of elements, where the elements in the material consist of particles called atoms. Atoms in an element can be further divided into subatomic particles. Subatomic particles consist of protons, electrons, and neutrons. atomic structure can be known based on atomic theories, where atomic theories are put forward based on various kinds of experiments that have been carried out by scientists. The elements found by scientists are contained in a table called the periodic table of the elements, where the arrangement is based on the atomic structure of each element. The periodic table of elements known today is the result of the development of the earlier periodic system of elements that has been compiled by scientists.

Keywords : chemistry, atomic theory, periodic system, development

Pendahuluan

     Menurut Juwita (2017), Ilmu kimia adalah bagian ilmu pengetahuan alam, mempelajari komposisi, struktur zat kimia, dan perubahan-perubahan yang dialami materi dalam proses-proses alamiah maupun dalam eksperimen yang direncanakan. Ilmu kimia terdiri dari tiga dunia yaitu dunia simbol, makro, dan mikro. Dalam mengkaji struktur atom berarti kita sedang mengkaji ilmu kimia dalam skala mikro. Mengkaji ilmu kimia mengenai struktur atom akan berkaitan dengan sistem periodik unsur.

     Setiap unsur terdiri dari partikel atom-atom. Atom merupakan bagian terkecil dalam unsur. Mengkaji mengenai struktur atom tidak terlepas dari teori-teori atom. Teori atom terus berkembang dari masa ke masa, mulai dari teori atom Dalton sampai teori atom Modern (mekanika kuantum), yang dimana dari setiap ilmuan mengungkapkan model atom yang ditemuinya dalam teori atomnya.

   Mengkaji sistem periodik berkaitan dengan struktur atom. Dalam peletakan unsur dalam sistem periodik ditentukan dengan struktur atom dari unsur-unsur tersebut. Dalam menentukan sistem periodik unsur yang saat ini kita ketahui, tentunya melalui beberapa tahap perkembangan. Perkembangan sistem periodik unsur diketahui mulai dari sistem periodik Lavoisier, Triade Dobereiner, Newlands, Mayer dan Mendeleev, sampai sistem periodik modern yaitu sistem periodik yang kita ketahui saat ini.

     Memahami struktur atom dan sistem periodik unsur sangat penting. Materi struktur atom dan sistem periodik merupakan hal yang mendasar dalam ilmu kimia, karena dalam ilmu kimia pembahasannya tidak terlepas dari unsur. Dengan demikian, apabila memahami mengenai struktur atom dan sistem periodik kita dapat dengan mudah memahami unsur dalam kimia, sehingga nantinya dapat membantu untuk mempelajari kimia lebih dalam.

Rumusan masalah

1. Apa itu partikel atom ?
2. Bagaimana perkembangan teori atom dari masa ke masa ?
3. Bagaimana perkembangan sistem periodik dari masa ke masa ?

Tujuan

1. Untuk mengetahui partikel atom.
2. Untuk mengetahui perkembangan teori atom dari masa ke masa.
3. Untuk mengetahui perkembangan sistem periodik dari masa ke masa.

Pembahasan

   Dalam kimia, semua zat kimia identik dengan partikel terkecil yang biasa dikenal atom. Atom merupakan suatu partikel yang terdapat dalam unsur dan dapat dibagi lagi menjadi partikel subatom. Atom yaitu terdiri atas partikel subatom tertentu yang tidak bergantung dengan jenis unsurnya. Partikel-partikel penyusun atom yaitu proton, elektron, dan neutron. Didalam atom partikel proton dan neutron terdapat pada inti atom, sedangkan elektron berada diluar intin atom yang mengelilingi inti atom tersebut.  

     Konsep atom pertama kali dikemukakan oleh seorang filosof dari Yunani yang bernama Democritus. Atom berasal dari kata atomos dalam bahasa Yunani, a berarti tidak dan tomos yang berarti dibagi, sehingga atom diartikan sebagai partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi. Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, mulai bermunculan percobaan-percobaan yang dilakukan untuk dapat mengetahui hal-hal yang berkaitan dengan teori atom.

   Setelah konsep atom yang dikemukakan oleh Democritus, John Dalton mengemukakan model atomnya yang dikenal dengan teori atom Dalton. Dalam teori atomnya Dalton mengatakan bahwa atom merupakan bagian terkecil dari suatu materi atau unsur yang tidak dapat dibagi lagi. Dalton menggambarkan bahwa atom seperti “bola pejal”. Teori atom Dalton mulai diragukan konsepnya setelah ditemukannya elektron oleh J.J Thomson.

    Dalam teori atom J.J Thomson mengatakan bahwa atom merupakan partikel kecil yang bermuatan positif dan dipermukaan atom terdapat partikel elektron yang bermuatan negatif, sehingga atom bermuatan netral. Thomson menggambarkan bahwa model atomnya seperti “roti kismis”. Dalam teorinya Thomson berhasil menemukan elektron, hal ini didasarkan pada percobaan tabung sinar katoda, seperti gambar berikut :

Gambar 1 : Percobaan Tabung Sinar Katoda

Sumber : ekimia.web.id 

        Percobaan mengenai elektron selanjutnya, yaitu percobaan tetes minyak milikan. Percobaan tetes minyak milikan digunakan untuk menentukan muatan elektron. Percobaan tetes minyak milikan seperti yang tergambar pada gambar berikut ini : 

Gambar 2 : Percobaan Milikan

Sumber : chem.co.id 

       Selanjutnya, teori atom dikembangkan lagi oleh Rutherford. Dalam teori Rutherford menyatakan bahwa atom memiliki inti yang bermuatan positif dan elektron yang mengelilinginya. Teori yang dikemukakan oleh Rutherford didasarkan pada percobaan hamburan sinar alfa pada lempeng emas tipis, seperti gambar berikut : 

Gambar 3 : Percobaan Hamburan Sinar Alfa pada Lempeng Emas Tipis

Sumber : annisasholihah2016.wordpress.com 

     Teori Rutherford masih memiliki kelemahan diantaranya teori tersebut tidak dapat menjelaskan alasan elektron tidak jatuh ke inti. Selanjutnya untuk menjawab kekurangan dari teori atom Rutherford muncul teori atom Niels Bohr.

       Teori atom Niels Bohr mengemukakan bahwa partikel atom terdiri atas inti atom yang bermuatan positif dan terdapat elektron yang beredar mengelilingi inti atom, tanpa kehilangan energi karena elektron bergerak pada lintasan yang tetap atau stasioner yang disebut sebagai orbital (kulit atom). Teori atom Niels Bohr didasarkan pada percobaan spektrum atom hidrogen, seperti gambar berikut : 

Gambar 4 : Percobaan Spektrum Hidrogen 
Sumber : mabelakita.blogspot.com

         Pada percobaan spektrum atom hidrogen Bohr menemukan bahwa spektrum atom bersifat diskret, sehingga menunjukkan bahwa partikel atom hanya akan memancarkan cahaya pada panjang gelombang tertentu maka dapat diartikan bahwa elektron yang terdapat dalam partikel atom beredar dalam suatu lintasan dengan tingkatan energi tertentu yang dikenal dengan kulit atom atau orbital. Menurut Hidayat (2021), Untuk menjelaskan garis-garis spektra yang ditimbulkan oleh atom dapat diterapkan metode ilmiah terbalik. 

(@T14-Winda) 

     Menurut Bohr, berdasarkan percobaannya mengemukakan bahwa elektron dalam atom dapat berpindah lintasan dengan cara menyerap energi (eksitasi) ataupun melepas energi (emisi). Untuk menghitung besar energi yang diserap atau dilepas dapat menggunakan rumus sebagai berikut : 

(@T14-Winda)

        Setelah teori atom Niels Bohr, kemudian muncul teori atom Modern atau lebih dikenal model atom Mekanika Kuantum. Teori atom Modern mengungkapkan bahwa didalam atom kedudukan elektron tidak dapat ditentukan dengan pasti, yang dapat ditentukan yaitu tempat kemungkinan terbesar elektron ditemukan (orbital). Teori atom Modern ini dirumuskan berdasarkan hasil penelitian dari beberapa ilmuan, yaitu :

Louis De Broglie yang mengungkapkan bahwa elektron memiliki sifat dualisme materi. Menurut Hidayat (2021) Berdasarkan sifat partikel materi, Louis de Broglie menyatakan bahwa jika energi radiasi memiliki sifat partikel dalam gerakannya maka materi juga harus memiliki sifat gelombang dalam gerakannya. Menurut De Broglie, setiap materi baik yang berukuran mikro ataupun makro harus memiliki sifat gelombang dalam gerakannya.

Erwin Schrodinger yang menemukan teori persamaan gelombang. Schrodinger dalam teorinya menjelaskan mengenai sifat dari suatu gelombang elektron.

Werner Heisenberg yang mengemukakan mengenai azas ketidakpastian. Dalam teori atom Modern mengungkapkan bahwa dalam partikel atom memiliki inti atom, dan elektron dalam atom menempati suatu tempat yang disebut orbital. Pernyataan tersebut didasari oleh azas ketidakpastian yang telah dikemukakan oleh Heisenberg. 

Gambar 5 : Model Atom 
Sumber : ekimia.web.id 

     Setelah memahami materi struktur atom, selanjutnya yaitu sistem perodik unsur. Antara struktur atom dan sistem periodik unsur saling berkaitan. Dengan memahami struktur atom berarti dapat memahami peletakan posisi unsur-unsur yang ada dalam sistem periodik unsur. Sama hal nya seperti teori atom, sistem periodik juga mengalami beberapa tahap perkembangan sampai akhirnya ditemukan sistem periodik unsur yang kita pelajari saat ini. Berikut penjelasan perkembangan sistem periodik unsur dari masa ke masa.

     Perkembangan sistem periodik unsur bermula sejak adanya pengelompokan unsur yang dilakukan oleh Lavoisier. Pada saat itu, Lavoisier berhasil menemukan beberapa unsur, kemudian mengelompokannya menjadi kelompok unsur logam dan non logam. Pengelompokan yang dilakukan oleh Lavoisier merupakan pengelompokan yang belum sempurna, karena setelah dikaji lebih dalam terdapat beberapa unsur yang satu golongan tetapi masih memiliki banyak perbedaan.

      Setelah Lavoisier, kemudian dikembangkan oleh Dobereiner dengan sistemnya yang dikenal dengan Triade Dobereiner. Dobereiner mengelompokan unsur yang memiliki sifat yang sama kedalam kelompok-kelompok yang terdiri atas tiga unsur. Dalam kelompok tiga unsur tersebut, unsur yang terletak pada posisi kedua merupakan unsur yang memiliki massa atom relatif yaitu rata-rata dari massa atom relatif kedua unsur lainnya.

    Selanjutnya sistem periodik Newlands. Newlands mengelompokan unsur-unsur berdasarkan kenaikan massa atom. Sistem pengelompokan Newlands dinamakan dengan Oktaf Newlands, karena dari pengelompokan unsur yang dilakukannya unsur akan mengalami kesamaan sifat pada setiap delapan unsur.

    Setelah Newlands, muncul sistem periodik oleh Mayer dan Mendeleev. Sistem periodik yang dikemukakan oleh Mayer dan Mendeleev disebut sebagai sistem periodik bentuk pendek. Pada saat itu, Mayer dan Mendeleev berhasil menemukan secara lebih umum hubungan antara massa atom dan sifat atom. Dalam menyusun sistem periodik pendek, Mayer menyusun hanya berdasarkan sifat fisika dari unsur, sedangkan Mendeleev menyusun berdasarkan sifat fisika dan kimia dari unsur. Dalam menyusun sistem periodik pendek ini Mendeleev memiliki keunggulan yaitu dapat meramalkan atau memprediksikan sifat unsur yang belum ditemukan saat itu, dan ternyata prediksi Mendeleev tepat ketika unsur tersebut telah ditemukan.

      Selanjutnya sistem periodik Modern, sistem periodik ini merupakan sistem periodik unsur yang saat ini kita gunakan. Sistem periodik Modern disebut juga sebagai sistem periodik bentuk panjang. Penyusunan sistem periodik ini dilakukan oleh Henry Moseley. Sistem periodik Modern disusun berdasarkan pada kenaikan nomor atom dan juga kemiripan sifat yang dimiliki unsur. Tabel sistem periodik unsur Modern terdiri atas 18 golongan dan 7 periode. Apabila suatu unsur memiliki jumlah kulit yang sama, maka unsur-unsur tersebut terletak dalam periode yang sama. Namun, apabila suatu unsur memiliki struktur elektron terluar yang sama, maka unsur-unsur tersebut terletak dalam golongan yang sama. 

Gambar 6 : Tabel Sistem Periodik Unsur 
Sumber : inquiryoperation.blogspot.com 

Kesimpulan

     Atom merupakan suatu partikel dalam unsur yang masih dapat dibagi lagi menjadi materi subatomik. Partikel subatomik terdiri atas proton, elektron, dan neutron. Struktur atom yang saat ini diketahui merupakan hasil penelitian dari para ilmuan dengan melalui beberapa tahapan perkembangan. Tahapan perkembangan stuktur atom termuat dalam teori atom, mulai dari teori atom Dalton, Thomson, Rutherford, Niels Bohr, sampai dengan Teori atom Modern (mekanika kuantum). Sama halnya dengan sistem periodik unsur, yang dimana sistem periodik saat ini merupakan hasil dari perkembangan sistem periodik terdahulu mulai dari sistem periodik menurut Lavoisier, Newlands, Mayer dan Mendeleev, sampai dengan sistem periodik unsur Modern saat ini. Mengkaji struktur atom erat kaitannya dengan sistem periodik unsur, dikarenakan untuk memahami peletakan unsur dalam sistem periodik perlu pemahaman mengenai struktur atom. 

Daftar Pustaka

Educhem, Trivia. 2020. Struktur Atom : Perkembangan Teori Atom. Trivia Educhem. Dalam https://youtu.be/pD3wmt9b7Cs (diakses pada 26 September 2021) 

Hidayat, Atep Afia. 2021. Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur. Modul Kimia dan Pengetahuan Lingkungan Industri. Jakarta : Universitas Mercu Buana.

Ismunandar. 2013. Kimia Dasar I : Struktur Atom. Bandung : ITB. Dalam https://youtu.be/aLVrlGdYmEA (diakses pada 26 September 2021)

Juwita, Ratulangi. 2017. Kimia Dasar. Padang : STKIP PGRI Sumatera Barat. Dalam http://repo.stkip-pgri-sumbar.ac.id/id/eprint/3855/1/Kimia%20Dasar-Ratulani.pdf (diakses pada 26 September 2021)

Sastrohamidjojo, Hardjono. 2018. Kimia Dasar. Yogyakarta : UGM. Dalam https://www.google.com/books?hl=id&lr=&id=8CV0DwAAQBAJ&oi=fnd&pg=PA158&dq=kimia+dasar&ots=ov5BBueNT2&sig=wkd5gdDvAdZMUtqhOhXEiI4ntM8 (diakses pada 26 September 2021)