Halaman
1Sumber:www.users.bigpond.comAtom tidak dapat diidentifikasi melalui pengamatan secara langsung karena struktur atomsangat kecil.Bab1Struktur AtomUntuk mengidentifikasi struktur atom, kita tidak dapat melakukanpengamatan secara langsung terhadap atom sebab atom terlalu keciluntuk diamati secara langsung.Saat ini, atom telah dapat dilihat dengan menggunakan mikroskopSTM (Scanning Tunneling Microscope) dan AFM (Atomic ForceMicroscope) sehingga sifat dan karakteristik dari bentuk atom dapatdiamati dengan lebih jelas. Gejala yang ditimbulkan atom dapatdipelajari, seperti warna nyala, difraksi, sifat listrik, sifat magnet, dangejala-gejala lainnya.Di Kelas X ini, Anda akan memulai pelajaran kimia tentang strukturatom. Tersusun dari apa sajakah atom itu? Anda akan mengetahuinyasetelah mempelajari bab ini.A. PartikelPembangun AtomB. Nomor Atomdan Nomor MassaC. Isotop, Isobar,dan IsotonD. Massa Atom RelatifE. Struktur AtomF. KonfigurasiElektronmemahami struktur atom berdasarkan teori atom Bohr, sifat-sifat unsur, massaatom relatif, dan sifat-sifat periodik unsur dalam tabel periodik serta menyadariketeraturannya melalui pemahaman konfigurasi elektron.Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:memahami struktur atom, sifat-sifat periodik unsur, dan ikatan kimia.Hasil yang harus Anda capai:
2Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas X1.Apakah yang dimaksud dengan unsur?2.Apakah yang dimaksud dengan partikel?3.Apakah yang Anda ketahui tentang atom?Tes Kompetensi AwalA.Partikel Pembangun AtomSebelum ilmu Kimia berkembang, para filsafat Yunani Kuno sudahmengenal istilah atom. Menurut pandangannya, atom adalah partikelterkecil yang membangun materi. Dengan teknologi modern, atom dapatdiurai menjadi partikel-partikel yang lebih kecil, dinamakan partikelsubatom, yaitu elektron, proton, dan neutron.1.Temuan ElektronKeberadaan elektron dapat diketahui berdasarkan percobaan sinarkatode (Sir William Crookes, 1879). Dalam percobaannya, Crookesmenggunakan alat yang disebut tabung sinar katode atau disebut jugatabung Crookes (lihat Gambar 1.1).Gambar 1.1Sinar katode adalah elektron yangmemiliki massa.Sumber:Sougou KagashiJika tabung Crookes dihubungkan dengan sumber arus searahtegangan tinggi maka katode akan memancarkan berkas sinar menujuanode. Sinar itu dinamakan sinar katode.Sinar katode memiliki massa. Hal ini dapat dilihat denganmemutarnya baling-baling yang dipasang pada jalannya berkas sinarkatode (Gambar 1.1). Pengamatan lain menunjukkan, sinar katodedapat dibelokkan oleh medan listrik menuju kutub positif listrik. Halini membuktikan bahwa sinar katode memiliki muatan negatif(perhatikan Gambar 1.2).Kata Kunci•Anode•KatodeGambar 1.2Sinar katode dibelokkan olehmedan listrik.Sumber: Chemistry The Central Science, 2000Pelat bermuatan negatif(–)(+)(–)(+)NLayarfluorescentElektron yangtersebarMagnetTegangantinggiLayar TV merupakan tabung sinar katode. Bagaimanakah Anda mengamati jejakelektron yang dipancarkan TV?Kegiatan Inkuiri
3Struktur AtomMengidentifikasi Sifat-Sifat ElektronElektron dapat dibelokkan menuju kutub positif listrik sehingga disimpulkan bahwasinar katode bermuatan negatif. Apakah dasar hukumnya?JawabBenda-benda yang muatannya berlawanan akan tarik-menarik. Dengan demikian,dapat disimpulkan bahwa elektron bermuatan negatif.Contoh 1.12.Temuan ProtonKeberadaan proton dibuktikan melalui percobaan tabung Crookesyang dimodifikasi (perhatikan Gambar 1.3). Tabung Crookes diisi gashidrogen dengan tekanan rendah. Percobaan ini dikembangkan olehEugen Goldstein.Jika tabung Crookes dihubungkan dengan sumber arus listrik di bagianbelakang katode yang dilubangi maka akan terbentuk berkas sinar.Goldstein menamakan sinar itu sebagai sinar terusan.Oleh karena sinar terusan bergerak menuju katode maka disimpulkanbahwa sinar terusan bermuatan positif. Menurut Goldstein, sinar terusantiada lain adalah ion hidrogen. Ion ini terbentuk akibat gas hidrogenbertumbukan dengan sinar katode.Oleh karena ion hidrogen hanya mengandung satu proton makadisimpulkan bahwa sinar positif adalah proton. Penggantian gas hidrogenoleh gas lain selalu dihasilkan sinar yang sama dengan sinar terusan yangdihasilkan oleh gas hidrogen. Hal ini dapat membuktikan bahwa setiapmateri mengandung proton sebagai salah satu partikel penyusunnya.Gambar 1.3Pada tabung sinar katode yangdimodifikasi, sinar katodemengionisasi gas dalam tabungyang mengakibatkan gas dalamtabung bermuatan positif. Gas yangbermuatan positif ini bergerakmenuju katode, sebagian dapatmelewati celah katode danmenumbuk dinding tabung.Tabung aliran gasSumber: Chemistry The Molecular Science, 1997Pengumpulproton (katode)Pengumpulelektron (anode)arus tinggiKata Kunci•Elektron•Neutron•Partikel•ProtonMengidentifikasi Sifat-Sifat ProtonBagaimanakah terbentuknya ion hidrogen dalam tabung sinar katode? Jelaskan.JawabKetika tabung Crookes dihubungkan dengan arus listrik, sinar katode akan terpancarmenuju anode. Dalam perjalanannya menuju anode, sinar katode bertumbukandengan gas hidrogen yang terdapat dalam tabung sehingga terbentuk ion hidrogenyang bermuatan positif.Contoh 1.2Berdasarkan fakta tersebut, apa yang dapat Anda simpulkan? Stoneymenamakan sinar katode dengan istilah elektron. Dengan demikian,elektron memiliki massa dan bermuatan negatif. Jika bahan katode digantidengan logam lain selalu dihasilkan sinar katode yang sama. Hal inimembuktikan bahwa sinar katode atau elektron merupakan partikel dasarpenyusun materi.
4Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas X3.Temuan NeutronKeberadaan neutron dalam atom ditemukan oleh J. Chadwickmelalui percobaan penembakan unsur berilium oleh partikel alfakecepatan tinggi. Dari percobaan tersebut, terbentuk partikel yang tidakdipengaruhi medan magnet dan dapat bertumbukan dengan parafin(Gambar 1.4). Partikel alfa adalah partikel bermuatan positif yang di-pancarkan oleh unsur radio aktif.Gambar 1.4Diagram alir pelepasan partikelneutronSumber partikel Proton kecepatan tinggiMagnetParafinBeriliumPartikel alfa adalah partikel yangdipancarkan oleh unsur radioaktifyang bermuatan positif.Alpha particle is particle emitted byradioactive element which has apositive charge.NoteCatatanData percobaan menunjukkan bahwa sinar yang keluar dari targetberilium tidak dipengaruhi oleh medan magnet. Ketika sinar yang keluardari target berilium menumbuk parafin, proton akan keluar dari parafindengan kecepatan tinggi. Chadwick menyimpulkan bahwa partikel yangkeluar dari unsur berilium tidak bermuatan dan memiliki massa hampirsama dengan massa proton. Partikel tersebut dinamakan neutron.4.Massa dan Muatan Partikel SubatomBerdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Sir Joseph J. Thomson(1897) dan Robert A. Millikan (1906), massa dan muatan partikel subatom dapat ditentukan.Untuk menyatakan massa subatom, massa proton dan neutronditetapkan sama dengan satu, sedangkan elektron 11.836 kali massa proton.Massa proton sesungguhnya adalah 1,67 × 10–27 kg dan massa elektronsesungguhnya adalah 9,11 × 10–31 kg.Berapakah muatan elektron? Pertanyaan ini dijawab pada abad ke-20 oleh ahli fisika Amerika, Robert A. Millikan. Penelitiannya yangterkenal dinamakan percobaan Tetes Minyak Millikan.Pada 1906, Robert A. Millikian berhasil menentukan harga muatanelektron melalui percobaan tetes minyak. Minyak disemprotkan sampaitetesan minyak jatuh melalui celah yang terdapat pada pelat bagian atasdan tetesan minyak memasuki ruang di antara dua pelat yang dipasangsejajar. Jika gas Z di antara kedua pelat itu disinari dengan sinar-x makagas Z akan melepaskan elektron dan elektron ini terikat oleh tetesanminyak: Z+ sinar-x→Z+ + e–.
5Struktur AtomDengan mengatur potensial pada pelat P, gerak tetesan minyak dapatdiatur naik turun, gerakan ini dapat diamati melalui teleskop (Gambar1.5). Turunnya tetes minyak akibat gaya gravitasi (mg) dan naiknya tetesminyak diatur oleh potensial untuk mengimbangi gaya gravitasi yangbesarnya sesuai dengan hukum Stokes (6πηrv), dengan r = jari-jariminyak, v= kecepatan jatuh minyak, dan η = viskositas minyak.Dari percobaan tetes minyak, Millikan menemukan bahwa muatantetes minyak (q) selalu merupakan kelipatan bilangan bulat dari –1,6 ×10–19 C, yakni:q = n e, dengan n = 1, 2, 3, ..., iHal ini disebabkan satu tetes minyak dapat menangkap elektronsebanyak kelipatan dari bilangan bulat. Oleh karena itu, disimpulkanbahwa muatan sebuah elektron sama dengan –1,6 × 10–19 C.Dengan mengetahui besar muatan elektron, harga massa elektron dapatdihitung dengan cara memasukkan harga muatan tersebut ke dalampersamaan angka banding em= –1,76 ×1011 C kg–1 yang ditemukan olehThomson, yaitu:3111119eme1,6×10Cm===9,11×101,76×10 C kg−−−−−Untuk menyatakan muatan partikel subatom, muatan proton samadengan +1, elektron ditetapkan sama dengan –1, sedangkan neutrontidak bermuatan (netral). Muatan elektron dan proton sesungguhnyaadalah –1,60 × 10–19 C dan + 1,60 × 10–19 C.Tetesan minyak yang jatuhmelalui lubang menuju pelatbermuatan positif (+).Butiran murni minyak yang di semprotkanpada alat.PengamatPelat yang bermuatan listrik (–)memengaruhi pergerakan tetesan.Sinar-X menembakelektron-elektronmelalui udara, danberbenturandengan tetesan.sumbersinar XGambar 1.5Percobaan tetes minyak Millikanuntuk mengukur muatan elektron.Sumber: Introduction Chemistry, 1997SekilasKimiaSumber:www. th. physik.uni-frankfurt.J. J. Thomson menemukanelektron sebagai unit pentingdalam arus listrik (atas), Robert A.Millikan menemukan muatanelektron melalui percobaan minyaktetes (bawah).J.J Thomson (1856-1940)Robert A. Millikan (1871-1937)Carilah informasi tentang percobaan yang dilakukan oleh Thomson dalammenentukan massa dan muatan partikel subatom.Kegiatan InkuiriTabel 1.1Massa dan Muatan Partikel SubatomPartikelSubatomMassaMuatanProton, pNeutron, nElektron, e1,67 × 10 –271,67 × 10 –279,11 × 10 –31Eksak (kg)RelatifEksak (coulomb)Relatif01+1,60 × 10 –19– – 1,60 × 10 –19+1––111.836