PENJABARAN STRUKTUR ATOM DAN SISTEM PERIODIK

 Oleh : Clara Elva Novita (@T04-Clara)

ABSTRAK

Atom adalah partikel penyusun terkecil dari materi. Atom disusun oleh elektron dan inti atom. Setiap atom, mempunyai ciri khasnya masing-masing, mulai dari lambang atom, nomor massa, nomor atom, dan sifat atom. Seiring berkembangnya zaman, teori atom juga ikut berkembang. Perkembangan teori ini mulai dari Democritus, Dalton, Thomson, Rutherford, Niels Bohr, dan mekanika kuantum (modern). Pada teori mekanika kuantum, ada yang namanya bilangan kuantum dan bentuk orbital. Di dalam orbital, elektron digambarkan menurut tingkat energinya yang disebut konfigurasi elektron. Konfigurasi elektron ini berhubungan dengan letak unsur yang ada di sistem periodik unsur. Lalu, terdapat sifat periodik unsur di dalam sistem tabel periodik. Sifat periodik unsur ini terdiri dari jari-jari atom, energi ionisasi, afinitas elektron, dan keelektronegatifan.

Kata kunci : atom, perkembangan atom, sistem periodik unsur, sifat periodik unsur

 

ABSTRACT

Atoms are the smallest constituent particles of matter. Atoms are composed of electrons and atomic nuclei. Each atom, has its own characteristics, starting from the atomic symbol, mass number, atomic number, and atomic properties. As time progressed, atomic theory also developed. The development of this theory started from Democritus, Dalton, Thomson, Rutherford, Niels Bohr, and quantum mechanics (modern). In the theory of quantum mechanics, there is such a thing as a quantum number and an orbital shape. In orbitals, electrons are described according to their energy levels which are called electron configurations. This electron configuration is related to the location of the elements in the periodic system of elements. Then, there are the periodic properties of the elements in the periodic table. The periodic properties of this element consist of atomic radius, ionization energy, electron affinity, and electronegativity.

Keywords : atoms, development of atoms, periodic system of elements, periodic properties of the elements

PENDAHULUAN

Berbagai macam hal yang ada di dunia ini disusun oleh materi. Mulai dari benda hingga ke tubuh manusia. Di dalam materi itu, ada partikel terkecil yang menyusunnya, yang kita kenal dengan sebutan atom. Menurut Democritus, semua dapat dipecahkan menjadi partikel terkecil, dimana partikel-partikel tidak bisa lagi dibagi lebih lanjut disebut atom.

Menurut Sabarni (2019), bahwa partikel dasar adalah partikel-partikel pembentuk atom yang terdiri dari elektron, proton dan neutron.

Di dalam atom, terdapat yang namanya elektron dan inti atom. Elektron ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867) dengan sebutan sinar katode yang didapatinya ketika dia melihat ada listrik di dalam tabung gas yang divakumkan. Sinar katode ini dikenal sebagai elektron ketika George Stoney mengusulkannya pada tahun 1874. Untuk penemuan elektron sendiri, banyak ahli yang melakukan percobaan, mulai dari Sir William Crookes (1879) yang menggunakan tabung sinar katode atau disebut juga tabung Crookes. Hasil dari percobaan ini adalah sinar katode dapat dibelokan oleh medan listrik menuju kutub positif listrik. Ini membuktikan bahwa sinar katode bermuatan negatif. J.J.Thomson (1898-1903) juga menemukan bahwa sinar katode yang dialiri dengan voltase tinggi akan menjauhi kutub negatif. Hasil percobaannya adalah sinar katode memiliki muatan negatif dengan besar muatan elektron per massa (e/m = -1,76 x 10⁸C/g). Pada tahun 1909, Robert Milikan juga melakukan percobaan “Tetesan Minyak”. Hasil percobaan ini adalah muatan listrik e adalah -1,60219 x 10¹⁹C.

Setelah ditemukannya elektron, diketahui ternyata di dalam inti atom ada yang namanya proton dan neutron. Penemuan proton terdapat pada percobaan tabung Croock oleh Eugen Goldstein dan percobaan Rutherford. Percobaan tabung Croock dilakukan dengan cara tabung dialiri gas hidrogen bertekanan rendah. Kemudian, ia menghubungkan kedua elektrodenya dengan listrik bertegangan tinggi. Sehingga,  sinar yang diteruskan bergerak menuju katode yang artinya sinar tersebut bermuatan positif yang dikenal sebagai proton. Rutherford juga melakukan percobaan dengan cara menembakkan lapisan tipis emas menggunakan partikel α. Hasil dari percobaan Rutherford menunjukkan bahwa muatan positif atom seluruhnya terpusat di inti.

Untuk penemuan neutron, percobaan dilakukan oleh J.Chadwick dengan menembakkan unsur berilium oleh partikel alfa. Hasil dari percobaan ini adalah sinar yang keluar dari target berilium tidak dipengaruhi oleh medan magnet. Chadwick menyimpulkan bahwa partikel yang keluar dari unsur berilium tidak bermuatan  dan memiliki massa hampir sama dengan massa proton. Partikel tersebut dinamakan neutron.

Setiap atom mempunyai lambang atom, nomor atom, dan nomor massanya masing-masing. Nomor atom menyatakan jumlah proton dalam inti atom, sedangkan nomor massa menyatakan jumlah proton ditambah jumlah neutron.

A = nomor massa

Z = nomor atom

X = lambang atom

Ketika beberapa atom dari unsur yang sama memiliki nomor atom yang sama, tetapi nomor massanya berbeda, keadaan ini disebut isotop. Sedangkan, ketika beberapa atom dari unsur yang berbeda memiliki nomor atom yang berbeda, tetapi nomor massanya sama, keadaan ini disebut isobar. Lalu, ada juga keadaan isoton, yaitu ketika atom-atom dari unsur berbeda, tetapi jumlah neutronnya sama.

 

RUMUSAN MASALAH

1.    Bagaimana perkembangan teori atom ?

2.    Apa saja aturan yang ada dalam konfigurasi elektron ?

3.    Apa itu bilangan kuantum ?

4.    Apa saja sifat-sifat periodik unsur ?

 

TUJUAN

1.    Memahami perkembangan teori atom.

2.    Mengetahui aturan yang ada dalam konfigurasi elektron.

3.    Mengetahui penjelasan tentang bilangan kuantum .

4.    Mengetahui sifat-sifat periodik unsur.

 

PEMBAHASAN

Teori atom pertama kali dicetuskan oleh Democritus yang menyatakan kalau materi disusun oleh bagian yang sangat kecil yaitu partikel yang tidak dapat dibagi lagi yang disebut atomos. “a” artinya tidak dan “tomos” artinya terbagi. Namun, teori ini belum dapat dibuktikan secara sains.

Kemudian, Dalton mengemukakan kalau setiap materi disusun oleh partikel yang tidak dapat dibagi lagi yang disebut atom. Atom suatu unsur adalah identik tetapi berbeda dengan atom unsur lain. Menurutnya, atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan dan tidak dapat diubah menjadi atom lain melalui reaksi kimia biasa. Reaksi kimia hanyalah penataan ulang atom-atom yang terlibat dalam reaksi tersebut. Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti bola yang digunakan untuk peluru. Kelebihan teori atom Dalton adalah mulai membangkitkan minat terhadap penelitian mengenai model atom. Sedangkan, kelemahan model atom Dalton ini adalah tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan unsur yang lain, tidak dapat menjelaskan sifat listrik dari materi, tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan, dan tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia.

Selanjutnya, teori atom dikemukakan oleh Thomson. Dia menggambarkan atom seperti roti kismis dimana elektron-elektron dalam atom diumpamakan seperti butiran kismis dalam roti. Kelebihan teori atom Thomson adalah membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur. Kelemahan teori ini adalah tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.

Lalu, ada teori atom Rutherford. Rutherford menjelaskan kalau atom terdiri atas inti atom yang bermuatan positif yang dikelilingi elektron yang bergerak seperti planet mengitari matahari dengan massa atom yang terpusat di dalam inti. Kelebihan model atom Rutherhord adalah membuat hipotesa bahwa atom tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilingi inti. Sedangkan, kelemahannya adalah ketidakmampuan untuk menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke inti atom akibat gaya tarik elektrostatis inti terhadap elektron, yang mana hal ini bertentangan dengan teori mekanika Maxwell yang menyatakan elektron makin lama akan habis dan akan semakin tertarik ke inti dan lama kelamaan akan jatuh ke inti.

Kemudian, Niels Bohr mengemukakan teori yang menjelaskan elektron dalam atom bergerak mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu. Lalu, elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke lintasan yang lain dan elektron yang bergerak pada lintasannya berada dalam keadaan stasioner. Kelebihan dari teori ini adalah dapat membuktikan bahwa elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Lalu, teori ini memiliki beberapa kelemahan, yaitu : hanya dapat menerangkan spektrum dari atom atau ion yang mengandung satu elektron dan tidak sesuai dengan spektrum atom atau ion yang berelektron banyak, asumsi bahwa elektron mengelilingi inti dalam orbit melingkar tidak sepenuhnya benar, posisi elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti akan tetapi merupakan kebolehjadian, dan tidak mampu menerangkan bahwa atom dapat membentuk molekul melalui ikatan kimia.

Teori atom yang terakhir adalah teori mekanika kuantum (modern). Menurut teori ini, atom terdiri dari inti atom yang mengandung proton dan neutron, sedangkan elektron-elektron bergerak mengitari inti atom dan berada pada orbital-orbital tertentu yang membentuk kulit atom. Dalam teori ini, terdapat daerah 3 dimensi disekitar inti dimana elektron dengan energi tertentu dapat ditemukan dengan kemungkinan terbesar. Daerah ini disebut orbital. Orbital digambarkan sebagai awan elektron, yaitu bentuk-bentuk ruang dimana suatu elektron kemungkinan ditemukan. Semakin rapat awan elektron, maka semakin besar kemungkinan elektron ditemukan dan sebaliknya. Kedudukan elektron pada orbital-orbitalnya dinyatakan dengan bilangan kuantum.

Bilangan kuantum dibagi menjadi empat, yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimuth (l), bilangan kuantum magnetik (m), dan bilangan kuantum spin (s). Bilangan kuantum utama (n) menentukan kedudukan elektron dalam tingkat energi utama/kulit. Bilangan kuantum azimuth (l) menentukan kedudukan elektron dalam sub tingkat fungsi/sub kulit. Bilangan kuantum magnetik (m) menentukan elektron dalam orbital/arah orientasi orbital. Bilangan kuantum spin (s) menentukan arah rotasi elektron pada porosnya.

Lalu, penempatan unsur dalam sistem periodik didasarkan oleh tiga aturan, yaitu :

1.    Aturan Aufbau

Pengisian orbital atom oleh elektron sesuai dengan tingkat energi relatifnya. Jadi, orbital dengan energi lebih rendah akan terisi electron lebih dahulu.

 

2.    Aturan Hund

Elektron akan mengisi orbital satu persatu sampai setengah penuh, baru kemudian berpasangan. Elektron tidak akan berpasangan sebelum orbital dengan energi setingkat terisi.

 

3.    Aturan larangan Pauli

Wolfgang Pauli mengemukakan dalam atom tidak boleh ada dua elektron yang mempunyai keempat bilangan kuantum sama. Jika ada dua elektron yang mempunyai keempat bilangan kuantum sama dan dua elektron menempati orbital yang sama, maka kedua elektron ini harus berbeda bilangan kuantum spinnya.

 

Lalu, sistem periodik unsur juga mengalami perkembangan. Dari yang awalnya hanya ditemukan beberapa unsur, sampai sekarang sudah ratusan unsur. Perkembangan sistem periodik unsur ini diawali oleh Johan Wolfgang Dobereiner (1820) yang menyatakan unsur-unsur yang mempunyai sifat yang sama disusun berdasarkan massa atomnya. Kemudian, pada tahun 1865 muncul teori yang dikemukakan oleh John Alexander Reina yang mengatakan pengelompokan unsur-unsur berdasarkan massa atom dan dalam satu kelompok berisi tujuh unsur. Sifat-sifat unsur akan berulang pada unsur ke delapan. Selanjutnya, teori susunan berkala yang dikemukakan oleh Mendeleev dan Meyer pada tahun 1869. Menurut mereka, unsur-unsur disusun dalam suatu tabel berdasarkan sifatnya dan unsur dengan sifat yang sama diletakan dalam satu kolom dari atas ke bawah.

Sistem periodik unsur dibagi menjadi golongan (vertical) dan periode (horizontal). Unsur-unsur yang ada dalam satu golongan sama memiliki sifat yang mirip dan elektron valensi yang sama. Sedangkan, unsur-unsur yang ada dalam satu periode sama memiliki jumlah kulit elektron yang sama. Dalam sistem periodik unsur, ada sifat periodik unsur yang dibagi menjadi:

a.    Jari-jari atom

Jari-jari atom adalah jarak dari inti atom ke kulit terluar. Dalam satu periode, jari-jari atom dari kiri ke kanan semakin kecil. Dalam satu golongan, jari-jari atom dari atas ke bawah semakin besar.

 

b.    Energi ionisasi

Energi ionisasi adalah besarnya energi yang diperlukan oleh suatu atom untuk melepas sebuah elektron yang terluar. Dalam satu periode, energi ionisasi dari kiri ke kanan semakin besar. Dalam satu golongan, energi ionisasi dari atas ke bawah semakin kecil.

 

c.    Afinitas elektron

Afinitas elektron adalah besarnya energi yang dibebaskan oleh suatu atom untuk menerima elektron. Dalam satu periode, afinitas elektron dari kiri ke kanan semakin besar. Dalam satu golongan, afinitas elektron dari atas ke bawah semakin kecil.

 

d.   Keelektronegatifan

Keelektronegatifan adalah kecenderungan suatu atom untuk menarik elektron dari atom lain. Dalam satu periode, keelektronegatifan dari kiri ke kanan semakin besar. Dalam satu golongan, keelektronegatifan dari atas ke bawah semakin kecil.

 

KESIMPULAN

Teori perkembangan atom dari masa ke masa semakin melengkapi kelemahan teori-teori sebelumnya. Mulai dari munculnya atom sampai bilangan kuantum. Bilangan kuantum sendiri juga mempunyai fungsinya sendiri untuk menentukan kedudukan elektron. Hal ini juga sama dengan sistem periodik unsur, perkembangan terus terjadi mulai dari Wolfgang, Reina Newlands, Mendeleev dan Meyer, hingga sekarang. Dalam sistem periodik, muncul sifat keperiodikan unsur yang terdiri dari jari-jari atom, energi ionisasi, afinitas elektron, dan keelektronegatifan.

 

DAFTAR PUSTAKA

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

Ismunandar. 2013. Kimia Dasar 1 : Struktur Atom. Bandung : ITB. Dalam https://www.youtube.com/watch?v=aLVrlGdYmEA&t=6s. (diunduh pada 26 September 2021).

Kadja G.T.M. 2020. Kuliah Online Kimia Dasar B – Latihan Struktur Atom dan Tabel Periodik. Bandung : ITB. Dalam https://www.youtube.com/watch?v=yoBF5eNQlCc. (diunduh pada 26 September 2021).

Kadja G.T.M. 2020. Kuliah Online Kimia Dasar B – Struktur Atom dan Tabel Periodik 1/2. Bandung : ITB. Dalam https://www.youtube.com/watch?v=SCMgkuSN0UI&t=1s. (diunduh pada 26 September 2021).

Kadja G.T.M. 2020. Kuliah Online Kimia Dasar B – Struktur Atom dan Tabel Periodik 2/2. Bandung : ITB. Dalam https://www.youtube.com/watch?v=I6XBGVIaWsc. (diunduh pada 26 September 2021). 

Sabarni. 2019. STRUKTUR ATOM BERDASARKAN ILMU KIMIA DAN PERSPEKTIF AL-QURAN. Lantanida Journal Vol. 7 No. 1. Dalam https://media.neliti.com/media/publications/287732-struktur-atom-berdasarkan-ilmu-kimia-dan-8a39a911.pdf (diunduh pada 26 September 2021)