STRUKTUR ATOM, KIMIA

A.     Pengertian Atom

       Atom juga dapat berarti unit dasar dari semua benda yang terdiri dari nukleus (inti atom) dan dikelilingi oleh awan elektron bermuatan negatif. Inti atom terdiri dari proton bermuatan positif dan neutron yang netral (kecuali pada atom hidrogen yang tidak terdapat neutron). Jari-jari atom sekitar 3 – 15 nm.Elektron yang terdapat pada atom terikat dengan inti atom oleh gaya elektromagnetik. Dengan gaya itu pula atom dapat berikatan dengan atom lainnya dan membentuk sebuah molekul. Hingga kini, atom tidak dapat dilihat dengan alat optik manapun termasuk mikroskop.

Atom yang mengandung jumlah proton dan elektron yang sama bersifat netral. Sedangkan jika jumlahnya berbeda disebut ion karena bermuatan positif atau negatif. Jika jumlah proton lebih banyak, maka atomnya bermuatan positif. Jika jumlah elektron lebih banyak, maka atomnya bermuatan negatif. Lebih dari 99,9% massa atom berpusat pada inti atom. Atom terdiri dari 3 partikel dasar yaitu:

1. Proton: partikel bermuatan positif (+1), diameternya hanya 1/3 diameter elektron, tetapi memiliki massa sekitar 1840 kali massa elektron.
2. Elektron: partikel bermuatan negatif (-1), memiliki massa paling ringan yaitu hanya 1/1840 kali masa proton atau neutron.
3. Neutron: partikel tidak bermuatan (netral), memiliki massa yang kira-kira sama dengan gabungan massa proton dan elektron.

Teori tentang atom terus berkembang karena manusia penasaran dengan apa yang menyusun semua benda. Manusia berpikir bahwa ketika kertas dipotong-potong, pasti akan ada saat dimana potongan kertas sudah sangat kecil sehingga tidak dapat dipotong. Untuk itulah, kata “atom” berasal dari bahasa Yunani a dan tomos yang berarti “tidak dapat dipotong” (a=tidak; tomos=terbagi/dipotong). Jadi, awalnya atom dianggap merupakan unit terkecil yang menyusun semua benda. Atom memang berukuran sangat kecil. Sebuah tanda titik saja terdapat sekitar 20 juta atom. Kemudian, atom berkembang sesuai dengan perkembangan penelitian dari berbagai ahli.

B.       Perkembangan Teori Atom

Konsep atom dikemukakan oleh Demokritos yang tidak didukung oleh ekperimen yang menyakinkan, sehingga tidak dapat diterima oleh beberpa ahli ilmu pengetahuan dan filsafat.

Pengembangan konsep atom-atom secara ilmiah dimulai oleh John Dalton (1805), kemudian dilakukan oleh Thomson (1897), Rutherford (1911), dan disempurnakan oleh Bohr (1914)

Hasil ekperimen yang memperkuat konsep atom ini menghasilakn gambaran mengenai susunan parikel-partikel tersebut didalam atom. Gambaran ini berfungsi untuk memudahkan dalam memahami sifat-sifat kimia suatu atom. Gambaran susunan partikel-partikel dasar dalam atom disebut model atom.

1.        Model Atom Dalton

1.    Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi-bagi.

2.    Atom digambarkan sebagai bola pegal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda.

3.    Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atas atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen.

4.    Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.

5.    Materi tersusun dari bagian-bagian terkecil yang tidak dapat dibagi-bagi lagi, yang disebut atom.

6.    Atom suatu unsure yang sama bersifat identik, berbeda sifat dengan atom unsure lain.

Hipotesis Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pegal seperti bola tolak peluru.

       

   Dalton                            Bentuk Atom menurut Dalton

2.        Model Atom Thomson

Dasar : penemuan electron.

Atom adalah bola bulat bermuatan positif dan di permukaan tersebar elektron yang bermuatan negatif. Bila digambarkan seperti roti kismis .

               

                J.J.Thomson                                       Bentuk Atom menurut Thomson

3.        Model Atom Ernest Rutherford

Dasar : Penelitian dan penemuan inti atom yang bermuatan positif dengan

penembakan sinar alfa.

Atom adalah bola berongga yang tersusun dari inti atom dan eletron yang tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilinginya. Inti atom bermuatan positif dan massa atom terpusat pada inti atom. Kelemahan dari Rutherford tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom. Berdasarkan teori fisika, gerakan elektron mengitari inti ini disertai pemancaran energi elektron akan berkurang dan lintasannya makin lama akan mendekati inti dan jatuh ke dalam inti.

Teori Atom Ernest Rutherford:

1.    Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif, dan terpusat pada inti.

2.    Elektron bergerak mengelilingi inti seperti susunan tata surya.

3.    Atom bersifat netral artinya muatan positif sama jumlahnya dengan muatan negative electron.

4.    Sebagian besar atom merupakan ruang hampa.

5.    Muatan positif pada inti atom disebut proton.

               

         Ernest Rutherford                      Bentuk Atom menurut Ernest Rutherford

4.        Model Atom Niels Bohr

Dasar : Eksperimen Planck yang disebut mekanika kuantum.

Teori Niels Bohr :

1.    Atom terdiri atas inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif di dalam suatu lintasan.

2.    Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke yang lain dengan menyerap atau memancarkan energi sehingga energi elektron atom itu tidak akan berkurang. Jika berpindah lintasan ke lintasan yang lebih tinggi, elektron akan menyerap energi. Jika beralih ke lintasan yang lebih rendah, elektron akan memancarkan energi lebih rendah, elektron akan memancarkan energi.

3.    Kedudukan elektron-eletron pada tingkat-tingkat energi tertentu yang disebut kulit-kulit elektron.

                

Niels Bohr                                           Bentuk Atom menurut Niels Bohr

Perbandingan teori dari empat peneliti :

C.      Percobaan-percobaan Mengenal Struktur Atom

1.    Elektron

Percobaan tabung sinar katode pertama kali dilakukan oleh William Crookes (1875). Hasil ekperimennya yaitu ditemukannya seberkas sinar yang muncul dari arah katode menuju ke anode yang disebut sinar katode.

George Johnstone Stoney (1891) yand mengusulkan nama sinar katode disebut “elektron”. Kelemahan dari stoney tidak dapat menjelaskan pengaruh elektron terhadap perbedaan sifat antara atom suatu unsur dengan atom dalam unsur lainya. Antonine Henri Beecquerel (1896) menemukan sinar yang dipancarkan dari unsur-unsur radioaktof yang sifatnya mirip dengan elektron. Joseph John Thomson (1897) melanjutkan eksperimen William Crookes yaitu pengaruh medan listrik dan medan magnet dalam tabung sinar katode.

Hasil percobaan J.J Thomson menujukkan bahwa sinar katode dapat dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik. Hal ini membuktikan terdapat partikel bermuatan negatif dalam suatu atom. Besarnya muatan dalam eletron ditemukan oleh Robert Andrew miliki (1908) melalui percobaan tetes Minyak Milikan seperti gambar berikut.

Minyak disemprotkan kedalam tabung yang bermuatan litrik. Akibat gaya tarik grafitasi akan mengendapkan tetesan minyak yang turun. Apabila tetesan minyak diberi muatan negatif maka akan tertarik ke kutub positif medan listrik. Dari hasil percobaan Milikan dan Thomson diperoleh muatan elektron-1 dan massa elektron 0.

2.        Proton

Jika massa elektron 0 bearti suatu partikel tidak mempunyai massa. Namun pada kenyataan nya partikel materi mempunyai massa yang dapat diukur dan atom bersifat atom netral. Eugene Goldstein (1886) melakukan eksperimen dari tabung gas yang memiliki katode, yang diberi lubang-lubang dan diberi muatan listrik.

Hasil eksperimen tersebut membuktikan bahwa pada saat terbentuk elektron yang menuju anode, terbentuk pula sinar positif yang menuju arah berlawanan melalui lubang pada katode. Setelah berbagai gas dicoba dalam tabung ini, ternyata gas hidrogenlah yang menghasilkan sinar muatan positif yang paling kecil baik massa maupun muatanya, sehingga partikel ini disebut proton. Massa proton = 1 sma (satuan massa atom) dan muatan proton = +1

3.        Inti atom

Setelah penemuan proton dan elektron, Ernest Rutherford melakukan penelitian penembakan lempang tipis emas. Jika atom terdiri dari partikel yang bermuatan positif dan negatif maka sinar alfa yang ditembakkan seharusnya tidak ada yang diteruskan/ menembus lempeng sehingga mincullah istilah inti atom. Ernest Rutherford dibantu oleh Hans Geiger dan Ernest Marsden (1911) menemukan konsep inti atom didukung oleh penemuan sinar X oleh WC. Rontgen (1895) dan penemuan zat radioaktif (1896). Percobaan Rutherford dapat digambarkan sebagai berikut.

Hasil percobaan ini membuat Rutherford menyatakan hipotesisnya bahwa atom tersusun dari inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi elektron yang bermuatan negatif, sehingga atom bersifat netral. Massa inti atom tidak seimbang dengan massa proton yang ada dalam inti atom, sehingga dapt diprediksi bahwa ada partikel lain dalam inti atom.

4.        Neutron

Prediksi dari Rutherford memicu W. Bothe dan H. Becker (1930) melakukan eksperimen penembakan partikel pada inti atom berilium (Be) dan dihasilkan radiasi partikel berdaya tembus tinggi. James Chadwick (1932). Ternyata partikel yang menimbulkan radiasi berdaya tembus tinggi itu bersifat nertal atau tidak bermuatan dan massanya hampir sama dengan proton. Partikel ini disebut neutron.

D.      Partikel Dasar Penyusun Atom

Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur yang masih memiliki sifat unsur tersebut. Struktur atom menggambarkan bagaimana partikel-partikel dalam atom tersusun, atom tersusun atas inti atom dan dikelilingi elektron-elektron yang tersebar dalam kulit-kulitnya. Secara sistematis dapat digambarkan partikel-partikel sub atom berikut.

Sebagian besar atom terdiri dari ruang hampa yang dalamnya terdapat inti yang sangat kecil di mana massa dan muatan positifnya dipusatkan dan dikelilingi oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif. Inti atom tersusun atas sejumlah proton dan neutron. Jumlah proton dalam inti atom menentukan muatan inti atom, sedangkan massa atom inti ditentukan oleh banyaknya proton dan neutron. Selanjutnya ketiga partikel sub atom (proton, neutron, dan elektron ) dangan kombinasi tertentu membentuk atom suatu unsur yang lambangnya dapat dituliskan :

X : lambang suatu unsur

Z : nomor atom

A : nomor  massa

E.       Nomor Atom dan Nomor Massa

Suatu atom memiliki sifat dan massa yang khas satu sama lain. Dengan penemuan partikel penyusun atom dikenal istilah nomor atom (Z) dan nomor massa (A)

Penulisan lombang atom unsur menyetarakan nomor atom dan nomor massa.

Dimana :

A = nomor massa

Z = nomor atom

X = lambang unsur

Nomor Massa (A) = Jumlah proton + Jumlah Neutron

Atau

Jumlah Neutron = Nomor massa – Nomor atom

Nomor Atom (Z) = Jumlah proton

1.    Nomor Atom (Z)

Nomor atom (Z) menujukkan jumlah proton (muatan positif) atau jumlah elektron dalam atom tersebut. Nomor atom ini merupakan ciri khas suatu unsur. Oleh karena atom bersifat netral maka jumlah proton sama dengan jumlah elektronya, sehingga nomor atom juga menujukkan jumlah elektron. Elektron inilah yang nantinya paling menentukan sifat suatu unsur. Nomor atom ditulis agak ke bawah sebelum lambang unsur.

2.      Nomor Massa (A)

Massa elektron sangat kecil dan dianggap nol sehingga massa atom ditentukan oleh inti atom yaitu proton dan neutron. Nomor massa (A) menyatakan banyaknya proton dan neutron yang menyusun inti atom suatu unsur. Nomor massa ditulis agak ke atas sebelum lambang unsur. 

F.       Isotop, Isobar, dan Isoton suatu Unsur

1.     Isotop
Atom yang mempunyai nomor atom yang sama tetapi memiliki nomor massa yang berbeda disebut dengan isotop.
Contoh:

Nomor atom 7 Nomor atom 7
Nomor massa 14 Nomor massa 15

2.     Isoton
Isoton ialah atom dari unsur yang berbeda (mempunyai nomor atom berbeda),tetapi mempunyai jumlah neutron yang sama.Karena nomor atomnya berbeda maka sifat-sifatnya juga berbeda.

Contoh:

3.     Isobar
Isobar adalah atom dari unsur yang berbeda (mempunyai nomor atom berbeda) tetapi mempunyai jumlah nomor massa yang sama. Karena nomor atomnya berbeda maka sifat-sifatnya juga berbeda.
Contoh:

G.      Menetukan Elektron Valensi

1.    Konfigurasi Elektron

Konfigurasi (susunan) elektron suatu atom berdasarkan kulit-kulit atom tersebut. Setiap atom dapat terisi eletron maksimum 2n², dimana n merupakan letak kulit.

Lambang kulit dimulai dari K, L, M, N dan seterusnya dimulai dari yang terdekat dengan inti atom. Elektron disusun sedemikian rupa pada masing-masing kulit dan diisi maksimum sesuai daya tampung kulit tersebut. Jadi masing ada sisa elektron yang tidak dapat ditampung pada kulit tersebut maka diletakkan pada kulit selanjutnya.

2.    Elektron Valensi

Elektron yang berperan dalam reaksi pembentukan ikatan kimia dan reaksi kimia adalah elektron pada kulit terluar atau elektron valensi. Jumlah elektron valensi suatu atom ditentukan berdasarkan elektron yang terdapat pada kulit terakhir dari konfigurasi elektron atom tersebut. Perhatikan Tabel untuk menentukan jumlah elektron valensi.

Unsur –unsur yang mempunyai jumlah elektron valensi yang sama akan memiliki sifat kimia yang sama pula.