Bahan Ajar Kimia Materi Konsep Atom

 BAHAN AJAR KIMIA

KONSEP ATOM

Penyusun              : Titoes Puguh Hardika

Jenjang                 : SMA

Mata Pelajaran    : Kimia

Semester               : I

Topik                     : Konsep Atom

Alokasi                  : 2 JP (2x45 menit)

Tujuan Pembelajaran : 

Siswa akan dapat:

• Menjelaskan kontribusi yang dibuat Rutherford untuk pengembangan Teori Atom.

• Menjelaskan perbedaan teori atom Bohr.

• Mendeskripsikan struktur atom yang meliputi letak proton, elektron dan neutron.

• Menentukan isotop.

• Membandingkan isotop atom.

• Mendiskusikan sifat-sifat isotop H, C, CI, U.

• Menggambarkan struktur berbagai isotop dari nomor massa dan nomor atom.

• Menyebutkan manfaat dan kegunaan isotop dalam berbagai bidang kehidupan.

• Menjelaskan keberadaan subkulit kulit I.

• Membedakan antara kulit dan subkulit.

• Menuliskan konfigurasi elektron dari 18 unsur pertama dalam Tabel Periodik.

Perkenalan

Filsuf Yunani kuno Democritus menyatakan bahwa materi terdiri dari partikel kecil tak terpisahkan yang disebut atom. Nama atom berasal dari kata Latin 'Atomos' yang berarti tidak dapat dibagi. Di awal 19thabad John Dalton

mengemukakan Teori Atom. Menurutnya 'semua materi terdiri dari partikel sangat kecil yang tidak dapat dibagi-bagi lagi yang disebut atom'. Hingga akhir 19thabad itu dianggap bahwa atom tidak dapat dibagi lagi. Namun, di awal 20thpercobaan abad yang dilakukan oleh Goldstein, JJ Thomson, Rutherford, Bohr dan ilmuwan lainnya

mengungkapkan bahwa atom terdiri dari partikel subatomik seperti elektron, proton dan neutron. Sifat-sifat partikel subatom ini akan dibahas dalam bab ini.

2.1 TEORI DAN EKSPERIMEN YANG TERKAIT DENGAN STRUKTUR
ATOM 

Gambar JJ. Thompson

Menurut Dalton, atom adalah bola yang padat, keras, dan tak terpisahkan. Atom dari unsur yang sama adalah serupa. Mereka bergabung dengan cara yang berbeda untuk membentuk senyawa. Berdasarkan teori atom Dalton, para ilmuwan melakukan serangkaian percobaan. Namun pada akhir 1800-an dan awal 1900-an, para ilmuwan menemukan partikel subatom baru. Pada tahun 1886, Goldstein menemukan partikel bermuatan positif yang disebutproton. Pada tahun 1897, JJ Thomson menemukan dalam sebuah atom, partikel bermuatan negatif yang dikenal sebagai elektron. Telah ditetapkan bahwa elektron dan proton adalah partikel dasar materi. Berdasarkan pengamatan ini Thomson mengemukakan “ puding prem” teori. Dia mendalilkan bahwa atom adalah struktur padat bermuatan positif dengan partikel negatif kecil yang tersangkut di dalamnya. Ini seperti plum di dalam puding.

Sinar Katoda dan Penemuan Elektron

Pada tahun 1895 Sir William Crooks melakukan eksperimen dengan mengalirkan arus listrik melalui gas dalam tabung pelepasan pada tekanan yang sangat rendah. Dia mengambil tabung gelas yang dilengkapi dengan dua elektroda logam, yang dihubungkan ke baterai tegangan tinggi. Tekanan di dalam tabung disimpan 10-4ATM. Ketika arus tegangan tinggi dilewatkan melalui gas, sinar mengkilap dipancarkan dari katoda yang berjalan menuju anoda seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.1. Sinar ini diberi nama “sinar katoda” karena ini berasal dari katoda.

Gambar 2.1

Sinar katoda dipelajari secara rinci dan sifat-sifatnya ditentukan, yang diberikan di bawah ini: 

i. Sinar ini merambat dalam garis lurus tegak lurus terhadap permukaan katoda. 

ii. Mereka dapat membuat bayangan tajam dari objek buram jika ditempatkan di jalurnya. 

iii.Mereka dibelokkan ke pelat positif dalam medan listrik yang menunjukkan hal itu mereka bermuatan negatif. 

iv. Cahaya dihasilkan ketika sinar ini mengenai dinding tabung pelepasan. 

v. Mereka menaikkan suhu tubuh tempat mereka jatuh. JJ. Thomson menemukan rasio muatan/massa (e / m) mereka. 

vi. Ditemukan bahwa jenis sinar yang sama dipancarkan tidak peduli gas mana dan katoda mana yang digunakan dalam tabung pelepasan.

Semua sifat ini menunjukkan bahwa sifat sinar katoda tidak tergantung sifat gas yang ada dalam tabung pelepasan atau bahan katoda. Fakta bahwa mereka melemparkan bayangan objek buram menunjukkan bahwa ini bukan sinar tetapi mereka adalah partikel material yang bergerak cepat. Mereka diberi namaelektron. Karena semua

bahan menghasilkan jenis partikel yang sama, itu berarti semua bahan mengandung elektron. Seperti yang kita ketahui bahan terdiri dari atom, maka elektron adalah partikel dasar atom.

Penemuan Proton

Pada tahun 1886 Goldstein mengamati bahwa selain sinar katoda, sinar lain juga hadir dalam tabung pelepasan. Sinar ini merambat berlawanan arah dengan sinar katoda. Dia menggunakan tabung pelepasan yang memiliki katoda berlubang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2. Dia menemukan bahwa sinar ini melewati lubang yang ada di katoda dan menghasilkan cahaya di dinding tabung pelepasan. Dia menyebut sinar ini sebagai "sinar kanal".

Sifat-sifat sinar tersebut adalah sebagai berikut:

i. Sinar ini bergerak dalam garis lurus dengan arah yang berlawanan dengan sinar katoda.

ii. Defleksi mereka di medan listrik dan magnet membuktikan bahwa ini bermuatan positif.

iii.Sifat sinar kanal tergantung pada sifat gas yang ada dalam tabung pelepasan.

iv. Sinar ini tidak berasal dari anoda. Sebenarnya sinar ini dihasilkan ketika sinar katoda atau elektron bertabrakan dengan molekul gas sisa yang ada di tabung pelepasan dan mengionisasinya sebagai berikut:

v. Massa partikel-partikel ini ditemukan sama dengan proton atau kelipatan

sederhananya. Massa proton adalah 1840 kali lebih besar dari elektron.

Jadi, sinar ini terdiri dari partikel bermuatan positif. Massa dan muatan partikel-partikel ini bergantung pada sifat gas dalam tabung pelepasan. Karenanya, gas yang berbeda menghasilkan berbagai jenis sinar positif yang memiliki partikel dengan massa berbeda dan muatan berbeda. Perlu diketahui bahwa partikel positif yang dihasilkan oleh suatu gas akan sejenis yaitu sinar positif yang dihasilkan oleh gas hidrogen yang paling ringan mengandung

proton.

Penemuan Neutron

Rutherford mengamati bahwa massa atom suatu unsur tidak dapat dijelaskan berdasarkan massa elektron dan proton saja. Dia meramalkan pada tahun 1920 bahwa beberapa partikel netral yang memiliki massa sama dengan proton pasti ada dalam sebuah atom. Jadi para ilmuwan sedang mencari partikel netral semacam itu. Akhirnya pada tahun

1932 Chadwick menemukan neutron, ketika dia membombardir partikel alfa pada target berilium. Dia mengamati bahwa radiasi yang sangat menembus diproduksi. Radiasi ini disebut neutron.

Sifat-sifat neutron adalah sebagai berikut:

i. Neutron tidak membawa muatan yaitu netral.

ii. Mereka sangat penetrasi.

iii. Massa partikel ini hampir sama dengan massa proton

2.1.1 Model Atom Rutherford

Rutherford melakukan percobaan 'Foil Emas' untuk memahami bagaimana muatan negatif dan positif dapat hidup berdampingan dalam sebuah atom. Dia membombardir alfapartikel pada foil emas setebal 0,00004 cm. Partikel alfa dipancarkan oleh unsur radioaktif seperti radium dan polonium. Ini sebenarnya adalah inti helium (He2+). Mereka dapat menembus materi sampai batas tertentu. Dia mengamati efek --partikel pada pelat fotografi atau layar yang dilapisi dengan seng sulfida seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3. Dia membuktikan bahwa model atom 'plum-

pudding' tidak benar.

Mempertimbangkan percobaan, Rutherford mengusulkan model planet untuk sebuah atom dan menyimpulkan hasil berikut:

i. Karena sebagian besar partikel melewati foil tanpa dibelokkan, maka sebagian besar volume yang ditempati atom adalah kosong.

ii. Pembelokan beberapa partikel membuktikan adanya 'pusat muatan positif' dalam sebuah atom, yang disebut 'inti atom'.

iii. Pantulan penuh beberapa partikel menunjukkan bahwa nukleus sangat padat dan keras.

iv. Karena beberapa partikel dibelokkan, ini menunjukkan bahwa ukuran inti sangat kecil dibandingkan dengan volume total atom

v. Elektron berputar mengelilingi inti.

vi. Sebuah atom secara keseluruhan bersifat netral, oleh karena itu jumlah elektron dalam atom sama dengan jumlah proton.

vi. Kecuali elektron, semua partikel fundamental lain yang terletak di dalam nukleus dikenal sebagai nukleon.

2.1.2 Teori Atom Bohr

Mengingat cacat pada Model Atom Rutherford, Neil Bohr mempresentasikan model atom lain pada tahun 1913. Teori Quantum Max Planck digunakan sebagai dasar untuk model ini. Menurut model Bohr, elektron yang berputar dalam atom tidak menyerap atau memancarkan energi terus menerus. Energi elektron yang berputar 'terkuantisasi' karena hanya berputar dalam orbit energi tetap, yang disebut 'tingkat energi' olehnya. Model atom Bohr ditunjukkan pada Gambar 2.4.

Model atom Bohr didasarkan pada postulat berikut:

i. Atom hidrogen terdiri dari nukleus kecil dan elektron berputar di salah satu orbit melingkar dengan jari-jari 'R'di sekitar nukleus.

ii. Setiap orbit memiliki energi tetap yang terkuantisasi.

iii. Selama elektron tetap berada di orbit tertentu, ia tidak memancarkan atau menyerap energi. Energi dipancarkan atau diserap hanya ketika sebuah elektron melompat dari satu orbit ke orbit lainnya.

iv. Ketika sebuah elektron melompat dari orbit yang lebih rendah ke orbit yang lebih tinggi, ia menyerap energi dan

ketika melompat dari orbit yang lebih tinggi ke orbit yang lebih rendah, ia memancarkan energi. Ini perubahan energi, -E diberikan dengan mengikuti persamaan Planck 

Dimana, h adalah konstanta Planck sama dengan 6,63 - 10

v. Elektron hanya dapat berputar pada orbit dengan momen sudut tetap mvr, diberikan sebagai:

-34Js, dan v adalah frekuensi cahaya.

Dimana 'n' adalah bilangan kuantum atau bilangan orbit yang bernilai 1,2,3 dan seterusnya

2.2 KONFIGURASI ELEKTRONIK

    Sebelum membahas konfigurasi elektron mari kita pahami dulu konsep kulit dan subkulit.

    Kita telah mempelajari tentang struktur atom yaitu terdiri dari inti atom yang sangat kecil yang terletak di tengah dan elektron yang berputar mengelilingi inti. Sekarang kita akan membahas bagaimana elektron berputar mengelilingi inti? Elektron berputar mengelilingi inti dalam tingkat energi atau kulit yang berbeda sesuai dengan energinya masing-masing (energi potensial). Konsep energi potensial elektron akan dibahas di kelas yang lebih tinggi.

    Tingkat energi diwakili oleh 'n' nilai 1, 2, 3 dan seterusnya. Mereka ditunjuk oleh huruf K, L, M dan seterusnya. Cangkang yang lebih dekat ke inti memiliki energi minimum. Karena kulit K paling dekat dengan inti, energi kulit meningkat dari kulit K dan seterusnya. Seperti: Kulit N dapat menampung 32 elektron.

    Seperti yang kita ketahui ada sedikit perbedaan antara energi subkulit di dalam kulit, oleh karena itu, pengisian elektron di subkulit suatu kulit adalah sedemikian rupa sehingga subkulit V diisi terlebih dahulu baru kemudian subkulitnya diisi.Psubkulit dan kemudian subkulit lainnya diisi. Kapasitas maksimum subkulit untuk menampung elektron adalah:

'S'subkulit dapat menampung 2 elektron. '

P'subkulit dapat menampung 6 elektron.

    Mari kita tuliskan konfigurasi elektron unsur-unsur dan ion-ionnya dengan bantuan beberapa contoh. Perlu diingat, kita harus mengetahui tiga hal:

i. Jumlah elektron dalam atom.

ii. Urutan kulit dan subkulit menurut tingkat energinya.

ii. Jumlah maksimum elektron yang dapat ditempatkan pada kulit dan subkulit yang berbeda.

Contoh 2.1 1

Tuliskan konfigurasi elektron suatu unsur yang memiliki 11elektron.

Larutan:

Perlu diingat bahwa semua elektron tidak memiliki energi yang sama. Oleh karena itu, mereka ditampung di tempat yang berbeda cangkang sesuai dengan peningkatan energi dan kapasitas cangkang. Pertama-tama, elektron akan menuju kulit K yang memiliki energi minimum. Dapat menampung 2 elektron. Setelah ini, elektron akan pergi ke kulit L yang dapat menampung 8 elektron. Jadi kulit K dan L telah menampung 10 elektron. 1 elektron yang tersisa akan pergi ke kulit M, kulit terluar dari energi maksimum dalam kasus ini. Konfigurasi elektron akan ditulis sebagai:

Tetapi tidak perlu menulis subkulit. Oleh karena itu, dituliskan sebagai 2,8 dan 1.Distribusi elektron lebih lanjut dalam subkulit adalah: 

2.3 ISOTOP

2.3.1 Definisi

Isotopdi definisikan sebagai atom-atom suatu unsur yang memiliki nomor atom sama tetapi nomor massa berbeda.Mereka memiliki konfigurasi elektron dan jumlah proton yang sama tetapi mereka berbeda dalam jumlah neutron. Isotop memiliki sifat kimia yang mirip karena bergantung pada konfigurasi elektron. Tetapi mereka memiliki sifat fisik yang berbeda karena ini bergantung pada nomor massa. Sebagian besar unsur memiliki isotop. Disini kita akan membahas isotop hidrogen, karbon, klorin dan uranium saja.

2.3.2 Contoh 

i) Isotop Hidrogen Hidrogen yang terjadi secara alami adalah kombinasi dari tiga isotopnya, hadir dalam kelimpahan yang berbeda. Tiga isotop hidrogen diberi nama sebagai protium, deuterium, dan tritium

 Masing-masing dari mereka memiliki 1 proton dan 1 elektron, tetapi jumlah neutronnya berbeda

2.3.3 Kegunaan

Dengan kemajuan pengetahuan ilmiah, isotop telah menemukan banyak aplikasi dalam kehidupan kita. Berikut ini adalah bidang utama di mana isotop memiliki aplikasi yang luas:

i. Radioterapi (Pengobatan Kanker)

Untuk pengobatan kanker kulit, isotop seperti P-32 dan Sr-90 digunakan karena memancarkan

radiasi beta penetrasi yang lebih sedikit. Untuk kanker, Co-60, yang mempengaruhi tubuh, digunakan karena

memancarkan sinar gamma yang sangat menembus.

ii. Tracer untuk Diagnosis dan Pengobatan

Isotop radioaktif digunakan sebagai pelacak dalam pengobatan untuk mendiagnosis keberadaan

tumor dalam tubuh manusia. Isotop Iodine-131 digunakan untuk diagnosis gondok di kelenjar tiroid.

Demikian pula teknesium digunakan untuk memantau pertumbuhan tulang.

iii. Penggunaan Arkeologi dan Geologi

Isotop radioaktif digunakan untuk memperkirakan usia fosil seperti tumbuhan dan

hewan mati dan batu, dll. Penentuan usia benda yang sangat tua berdasarkan waktu paruh isotop

radioaktif disebut penanggalan radioaktif-isotop. Metode penting untukpenentuan umur benda

tua yang mengandung karbon (fosil) dengan mengukur radioaktivitas C-14 di dalamnya disebut

penanggalan radiokarbon atau sederhananyapenanggalan karbon.

iv. Reaksi Kimia dan Penentuan Struktur

Radioisotop digunakan dalam reaksi kimia untuk mengikuti unsur radioaktif selama

reaksi dan akhirnya untuk menentukan strukturnya. Contoh: C-14 digunakan untuk melabeli CO

gerakan terdeteksi melalui berbagai langkah perantara hingga glukosa.  Sebagai CO2digunakan oleh tanaman untuk fotosintesis untuk membentuk glukosa, itu

v. Aplikasi dalam Pembangkit Listrik

Isotop radioaktif digunakan untuk menghasilkan listrik dengan melakukan reaksi fisi

nuklir terkontrol dalam reaktor nuklir. Misalnya, ketika U-235 dibombardir dengan neutron

yang bergerak lambat, inti uranium pecah untuk menghasilkan Barium-139 dan Krypton-94

serta tiga neutron.

Sejumlah besar energi dilepaskan yang digunakan untuk mengubah air menjadi uap di boiler. Uap

tersebut kemudian menggerakkan turbin untuk menghasilkan listrik. Ini adalah penggunaan energi atom

secara damai untuk pembangunan suatu bangsa.