struktur atom

ATOM

Atom merupakan bagian terkecil dari unsur yang ada di bumi ini. Atom tidak dapat dibagi lagi kecuali dengan proses kimiafisika yang rumit. Atom sejatinya tesusun dari inti atom dan elektron yang mengelilinginya. Inti atom itu sendiri tersusun dari proton yang bermuatan positif dan neutron yang bermuatan netral. Elektron sendiri memiliki muatan negatif, elektron terikat pada inti atom yang disebabkan oleh gaya elektromagnetik. Atom dapat  berikat dengan atom lain dan membentuk molekul. Atom yang memiliki jumlah proton dan elektron yang sama memiliki muatan netral sedangkan yang memiliki jumlah proton dan elektron yang berbeda bersifat positif ataupun negatif yang kemudian disebut dengan nama ion. Atom dikelompokkan berdasarkan jumlah proton dan neutron yang terdapat pada inti atom.

INTI ATOM

            Seperti yang telah disebutkan diatas, inti atom tersusun dari proton dan neutron. Proton bermuatan positif sedangkan neutron tidak bermuatan ( netral). Banyaknya proton yang ada pada sebuah atom menunjukkan nomor atom tersebut serta seringkali menentukan sifat kimia suatu unsur. Jumlah neutron dalam inti atom menentukan isotop sebuah atom. Jumlah dari kedua massa tersebut dinamakan massa atom.

PROTON

            Proton merupakan suatu partikel bermuatan positif yang terdapat dalam inti atom. Proton pertama kali ditemukan oleh Goldstein(1886). Proton bermuatan 1,69 x 10-19 coulomb dengan massa sekitar 1,67x 10-24 gram.

NEUTRON

            Neutron merupakan bagian dari inti atom yang tidak bermuatan. Neutron pertama kali ditemukan oleh james chadwik(1932). Kenetralan neutron inilah yang menyebabkan penemuannya sedikit terlambat dibnadingkan dengan elektron ataupun proton. Neutron memiliki massa 1,67x10/24 gram dan sedikit lebih berat dibandingkan proton.

ELEKTRON

            Berbeda dengan kedua hal diatas, elektron tidak berada di dalam inti atom, melainkan bergerak mengelilingi inti atom dengan gaya elektromagnetik yang disebabkan oleh inti atom. Walaupun begitu gaya elektromagnetik inti atom sangatlah lemah sehingga sangat memungkinkan terjadinya pertukaran elektron antar atom. Hal inilah yang mendasari adanya ikatan kimia. Elektron pertama kali ditemukan oleh jj thompson(1897). Elektron bermuatan negatif dam memiliki muatan -1,69x10-19 coulomb. Elektrom memiliki massa yang sangat kecil sehingga hanya menyumbang 0,66% dari massa atom.  Berat elektron sekitar 9,1x10-28 gram atau 1/1837 massa proton. Pada atom netral jumlah proton sama dengan jumlah elektron. Jadi dengan elektron ini kita juga dapat menentukan nomor atom suatu unsur.

KONFIGURASI ELEKTRON

Kita telah mengenal istilah konfigurasi elektron. Tetapi pada saat itu konfigurasi elektron yang dikenal masih terbatas pada konsep kulit atom. Konfigurasi elektron yang akan dibahas tidak begitu jauh dari yang telah dikenal, hanya saja dalam konfigurasi elektron kali ini diterapkan pada mekanika gelombang. Pada mekanika gelombang atau mekanika kuantum, elektron-elektron dalam suatu atom akan tersebar ke dalam orbital-orbital (s, p, d, f, dan seterusnya). Bagaimana pengisian elektron ke dalam orbital? Pengisian orbital oleh electron mengikuti aturan dengan memperhatikan tiga hal, yaitu asas AufBau, asas larangan Pauli, dan asas Hund.

A.    ASAS AUFBAU

Menurut asas AufBau, pada kondisi normal atau pada tingkat dasar, elektron akan menempati orbital yang memiliki energy terendah terlebih dahulu dan diteruskan ke orbital yang memiliki energi lebih tinggi. Untuk memudahkan dalam pengisian electron diberikan tahap-tahap pengisian elektron dengan menggunakan jembatan ingatan sebagai berikut;

Arah anak panah menyatakan urutan pengisian orbital. Dengan demikian urutan pengisian elektron berdasarkan gambar tersebut berurut-urut 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, dan seterusnya. Pengisian elektron harus satu persatu dan setiap orbital hanya boleh diisi oleh maksimal 2 elektron.

B.     ASAS LARANGAN PAULI

Pauli mengemukakan hipotesisnya yang menyatakan bahwa dalam satu atom tidak mungkin dua elektron mempunyai keempat bilangan kuantum sama. Misal, 2 elektron akan menempati subkulit 1s. Tiga bilangan kuantum pertama akan mempunyai nilai yang sama (n = 1, l = 0, m = 0). Untuk itu bilangan kuantum yang terakhir, yaitu bilangan kuantum spin(s) harus mempunyai nilai berbeda +1/2 dan -1/2.

Dengan kata lain, setiap orbital maksimal hanya dapat terisi 2 elektron dengan arah spin berlawanan. Sebagai contoh, pengisian elektron pada orbital 1s digambarkan sebagai berikut:

Mengapa pada satu orbital hanya dapat ditempati maksimal oleh dua elektron? Karena jika ada elektron ketiga, maka electron tersebut pasti akan mempunyai spin yang sama dengan salah satu elektron yang terdahulu dan itu akan melanggar asas larangan Pauli dengan demikian tidak dibenarkan. Jumlah elektron maksimal untuk tiap subkulit sama dengan dua kali dari jumlah orbitalnya.

􀂊 orbital s maksimal 2 elektron,

􀂊 orbital p maksimal 6 elektron,

􀂊 orbital d maksimal 10 elektron, dan

􀂊 orbital f maksimal 14 elektron,

C.    ASAS HUND

Frederick Hund, 1927 (dikenal Hund) mengatakan bahwa pengisian elektron pada orbital yang setingkat (energinya sama) dalam satu orbital adalah satu per satu dengan arah spin yang sama sebelum berpasangan. Asas ini dikemukakan berdasarkan penalaran bahwa energi tolak-menolak antara dua elektron akan minimum jika jarak antara elektron berjauhan. Untuk lebih memahaminya, perhatikan gambaran pengisian elektron pada orbital p.

Contoh pengisian yang benar:

Contoh pengisian yang salah

Untuk penulisan konfigurasi elektron yang mempunyai jumlah elektron besar dapat dilakukan penyederhanaan. Penyederhanaan dilakukan dengan menuliskan simbol dari unsur gas mulia yang mempunyai nomor atom di bawahnya, diikuti dengan penulisan kekurangan jumlah elektron setelah gas mulia tersebut.

D.    PENYIMPANGAN KONFIGURASI ELEKTRON

Berdasarkan eksperimen, terdapat penyimpangan konfigurasi elektron dalam pengisian elektron. Penyimpangan pengisian elektron ditemui pada elektron yang terdapat pada orbital subkulit d dan f. Penyimpangan pada orbital subkulit d dikarenakan orbital yang setengah penuh (d5) atau penuh (d10) bersifat lebih stabil dibandingkan dengan orbital yang hampir setengah penuh (d4) atau hampir penuh (d8 atau d9). Dengan demikian, jika electron terluar berakhir pada d4, d8 atau d9 tersebut, maka satu atau semua elektron pada orbital s (yang berada pada tingkat energy yang lebih rendah dari d) pindah ke orbital subkulit d. Lihat beberapa contoh dalam Tabel 1.4.

Tabel 1.4 Penyimpangan pada orbital d

Pada orbital f , sebagaimana dengan penyimpangan konfigurasi dalam orbital d, maka konfigurasi elektron yang berakhir pada orbital f juga mengalami penyimpangan. Penyimpangan dalam pengisian elektron dalam orbital ini disebabkan oleh tingkat energi orbital saling berdekatan hampir sama. Penyimpangan ini berupa berpindahnya satu atau dua elektron dari orbital f ke orbital d. Lihat beberapa contoh dalam Tabel 1.5

Tabel 1.5 Penyimpangan pada orbital f.

E.     PENULISAN KONFIGURASI ELEKTRON PADA ION

Penulisan konfigurasi elektron di atas berlaku pada atom netral. Penulisan konfigurasi elektron pada ion yang bermuatan pada dasarnya sama dengan penulisan konfigurasi elektron pada atom netral. Atom bermuatan positif (misalnya +x) terbentuk karena atom netral melepaskan elektron pada kulit terluarnya sebanyak x, sedangkan ion negatif (misalnya –y) terbentuk karena menarik elektron sebanyak y. Penulisan konfigurasi elektronnya hanya menambah atau mengurangi elektron yang dilepas atau ditambah sesuai dengan aturan penulisan konfigurasi elektron. Ini berlaku untuk semua unsur yang membentuk ion, termasuk unsur transisi.

Perhatikan contoh berikut:

5.         HUBUNGAN KONFIGURASI ELEKTRON dan SPU

            Telah dijelaskan sebelumnya bahwa tabel periodik modern disusun berdasarkan kenaikan nomor atom dan kemiripan sifat. Nomor atom menyatakan jumlah elektron. Sementara itu, sebaran elektron dalam atom dinyatakan dengan konfigurasi elektron.

a.       Periode

Tabel periodik terdiri atas 7 periode. Periode dinyatakan dengan jumlah kulit, nomer periode juga menunjukan bilangan kuantum utama yang dimiliki oleh atom yang bersangkutan. Oleh karena itu periode 1 memiliki n=1. Dan begitu seterusnya.

b.      Golongan

Tabel periodik terdiri atas 8 golongan yang terbagi menjadi 2 golongan, yaitu golongan utama (A) dan golongan transisi (B). Nomor golongan ditentukan oleh elektron valensinya. Unsur-unsur dalam tabel periodik dibagi atas 4 blok, yaitu blok s, p, d dan f.

1.      Blok s

Blok s ditempati oleh unsur-unsur golongan IA, IIA dan Helium. Konfigurasi elektron unsur-unsur blok s berakhir diorbital s. Contoh : ₁₉K = 1S²,2S²,2:P⁶.3S²,3P⁶,4S¹

n terbesar = 4 à periode 4

Jumlah elektron pada subkulit s = 1 à golongan IA

2.      Blok P

Blok P ditempati oleh unsur-unsur yang mempunyai golongan IIIA hingga VIIIA. Konfigurasi unsur-unsur ini berakhir di orbital P. Contoh : ₁₆S : 1S²,2S²,2P⁶,3S²,3P⁴

n terbesarnya : 3 à periodenya 3

jumlah elektron pada subkulit S+P : 2+4 = 6 à golongan VIA

3.      Blok d

Blok d ditempati oleh unsur-unsur golongan transisi (B). Konfigurasi elektron unsur-unsur blok d berakhir di orbital d. Nomor golongan unsur-unsur blok d ditentukan oleh banyaknya elektron pada subkulit d terakhir ditambah dengan elektron pada subkulit s terdekat subkulit d terakhir. Dengan ketentuan sebagai berikut :

a.       Jika jumlah elektron pada subkulit d terakhir dan elektrom pada subkulit s terdekat kurang dari 8, nomor golongannya adalah jumlah elektron tersebut. Contoh: ₂₂Ti : 1S²,2S²,2P⁶,3S²,3P⁶,4S²,3d²  .

n terbesarnya : 4 à periode 4, jumlah elektron pada orbital d + s = 2+2 : 4

jadi Ti termasuk golongan IVB

b.      Jika jumlah elektron pada subkulit d terakhir dan subkulit s terdekat = 8,9,10 unsur yang bersangkutan termasuk golongan VIIIB

c.       Jika jumlah elektron pada subkulit d terakhir dan subkulit s terdekat lebih dari 10, nomor golongan unsur yang bersangkutan diperoleh dari jumlah (d + s) – 10

4.      Blok F

Blok f ditempati oleh unsur-unsur golongan lantinida dan aktinida. Konfigurasi elektron terakhir unsur-unsur blok f terletak pada subkulit f. Jika harga n terbesar dalam konfigurasi elektron = 6 (periode 6) maka unsur tersebut merupakan golongan lantanida. Jika n terbesar dalam konfigurasi elektron = 7 (periode 7) maka unsur tesebut merupakan golongan aktinida.