BAB I

STRUKTUR ATOM DAN SISTEM PERIODIK

A. Struktur Atom

        Kajian mengenai atom dan segala seluk beluknya merupakan bagian yang sangat penting dalam rangka memahami konsep-konsep kimia secara mendasar. Tanpa pemahaman yang baik mengenai sifat-sifat atom, agak mustahil rasanya untuk mempelajari rasanya mempelajari kimia dengan baik. Atas dasar ini maka kita akan membahas mengenai hal-hal yang berhubungan dengan struktur atom. Tetapi sebelum itu, kita akan mendefinisikan pengertian struktur lebih dulu.

Setiap benda disusun  atas  komponen-komponen dengan  jenis, perbandingan dan susunan tertentu. Susunan  komponen-komponen menjadi bentuk tertentu  suatu  benda  disebut  struktur. Jadi struktur selalu berhubungan dengan bentuk. Dengan demikian struktur atom membahas komponen-komponen penyusun yang membentuk sesuatu yang disebut atom.

1. Perkembangan Teori Atom

        Pendapat orang mengenai atom dan sifat-sifat berkembang dari waktu ke waktu. Jauh sebelum Ilmu Kimia berkembang seperti sekarang sudah ada beberapa pendapat mengenai atom. Ada dua pendapat mengenai sifat materi yang berkembang di kalangan ilmuwan kuno. Yang pertama anggapan bahwa materi bersifat kontinum artinya dapat dibagi secara terus menerus tanpa henti, sedang anggapan kedua menyatakan bahwa atom bersifat diskrit, artinya jika materi dibagi secara terus menerus akan sampai pada bagian terkecil yang disebut atom.

a. Teori Atom Dalton

        Yang dianggap sebagai cikal bakalnya teori atom adalah yang dikemukakan oleh John Dalton  (1808), meskipun jauh sebelum itu sudah ada beberapa pendapat yang berhubungan dengan atom. Teori atom Dalton ini terdiri atas beberapa postulat yang lazim disebut postulat Dalton yang antara lain menyatakan:

Kelemahan Teori Atom Dalton

        Pada perkembangan selanjutnya ternyata postulat-postulat Dalton tersebut sangat tidak memuaskan, karena:

* Postulatnya yang menyatakan bahwa atom adalah bagian terkecil dan masif ternyata salah. Terbukti kemudian, bahwa atom bukan bagian terkecil dan atom juga tidak masif. Melalui eksperimen telah berhasil dibuktikan bahwa atom terdiri atas partikel-partikel yang lebih kecil, yaitu proton, netron dan elektron dan juga terbukti bahwa atom ternyata berongga.

* Postulat yang menyatakan bahwa atom dari unsur yang sejenis adalah identik, ternyata juga salah ketika orang berhasil memperoleh isotop yaitu atom dari unsur yang sama tetapi massanya berbeda.

* Postulat yang berhubungan dengan reaksi kimia juga dianggap tidak memuaskan. Jika benar bahwa reaksi kimia sekedar penggabuang atau pemisahan atom-atom, tentu produk suatu reaksi harus masih mempunyai kesamaan sifat dengan zat-zat pembentuknya. Tetapi kenyataannya sifat kimia suatu produk reaksi kimia ternyata sama sekali berbeda dengan sifat kimia zat asalnya. Ini berarti bahwa reaksi kimia tidak sekedar penggabungan atom maupun pelepasan atom-atom, tetapi pada reaksi kimia pasti terjadi perubahan pada struktur atom-atom penyusunnya.

b. Penemuan Elektron

        Diketemukannya elektron melalui eksperimen sinar katode oleh Thomson menjadi awal bagi munculnya keraguan terhadap postulat Dalton. Pada percobaan ini, gas bertekanan sangat rendah (sekitar 0,01 mmHg) dimasukkan ke dalam tabung hampa yang diperlengkapi dengan dua elektrode yaitu anoda ( elektrode bermuatan positif) dan katode (elektrode bermuatan negatif).

Gambar Tabung Sinar Katode

Selanjutnya ketika tabung ini dialiri arus listrik bertegangan sangat tinggi ( + 1000 volt), terjadilah pancaran sinar yang berasal dari katode ke anode. Selanjutnya sinar ini disebut sinar katode.

        Dari percobaan selanjutnya, terbukti bahwa sinar katode mempunyai sifat materi. Hal ini dibuktikan dengan cara meletakkan kincir kecil di antara katode dan anoda dalam tabung sinar katode tersebut.

Sinar Katode Bersifat Materi

Fakta menunjukkan bahwa kincir ini berputar ketika arus listrik dialirkan. Putaran ini dipastikan sebagai akibat tumbukan yang berasal dari partikel-partikel sinar katode yang melalui kincir itu. Tumbukan hanya akan mengakibatkan terjadinya putaran kincir jika sinar katode mempunyai massa atau mempunyai sifat materi. Dari percobaan ini, disimpulkan bahwa selain mempunyai sifat cahaya, sinar katode juga mempunyai sifat materi. Kita juga boleh menyatakan bahwa pada hakikatnya sinar katoda merupakan perpindahan partikel dari katode ke anode.

Pada tahun 1897, J.J Thomson juga melakukan percobaan untuk mengetahui apakah sinar katode bermuatan atau tidak. Untuk ini, tabung sinar katode diletakkan dalam pengaruh medan magnet. Jika sinar katode tak bermuatan, maka arah sinarnya tak dipengaruhi oleh adanya medan magnet. Tetapi, jika arah sinar katode menjadi berbelok oleh adanya pengaruh medan magnet, maka sinar katode tersebut bermuatan listrik.

       Gambar Pengujian Muatan Elektron

Fakta eksperimen menunjukkan bahwa arah sinar katode dibelokkan oleh adanya medan magnet, dan dari arah beloknya, dapat dipastikan bahwa sinar katode bermuatan listrik negatif.

Sifat-Sifat Sinar Katode 

Dari serangkaian percobaan tadi, dapat disimpulkan bahwa sifat-sifat sinar katode adalah:

Sifat-sifat di atas, terutama sifat nomor 4, menunjukkan bahwa partikel sinar katoda merupakan partikel dasar dari semua materi. Selanjutnya Stoney mengusulkan agar partikel dasar itu diberi nama elektron. ,

Massa dan Muatan Elektron

        Setelah secara kualitatif Thomson berhasil menemukan elektron lengkap dengan sifat-sifatnya, selanjutnya Thomson melanjutkan eksperimennya tetapi secara kuantitatif. Untuk keperluan ini, dinding tabung dilapisi phospor, agar tampak menyala jika dikenai oleh berkas elektron. Dengan menggunakan arus listrik serta medan magnet yang kekuatannya diketahui secara pasti serta mengukur sudut belok arah sinar katode (elektron) akhir Thomson memperoleh harga rasio antara muatan elektron (e) dengan massanya (m) adalah:

Melalui percobaan tetes minyak Millikan (1909), dapat diketahui bahwa muatan elektron adalah:

Harga e = 1,6 . 1019 C ini ternyata merupakan harga muatan listrik terkecil dan disebut muatan elementer. Setiap muatan listrik yang lain selalu merupakan kelipatan bulat dari harga e ini.

        Karena harga e/m telah diketahui dan harga e juga diketahui maka harga massa elektronpun dapat diketahui yaitu:

        Massa elektron =

                        = 9,11 . 1028 gram

                        = 9,11 . 1031 kg

Satuan massa untuk partikel-partikel sub atomik adalah sma ( satuan massa atom), yaitu:

        1 sma = 1,6603 . 1029 kg

Jadi massa elektron dalam satuan sma adalah:

        

        Massa elektron =

                        =   sma

= 0,00055 sma

c.  Model Atom Thomson

        Dengan diketemukannya elektron, maka postulat Dalton yang pertama gugur. Sebagai gantinya Thomson (1893) mengajukan teorinya mengenai model atom yaitu sebagai berikut:

Asumsi yang mendasari mengapa banyaknya elektron pasti sama dengan banyaknya muatan positif adalah fakta bahwa atom bersifat elektris netral. Ini berarti, jika dalam atom ada elektron dengan jumlah tertentu, maka agar netral di dalamnya harus ada muatan positif yang sama banyaknya.

Meskipun lahirnya model roti kismis ini, dilatarbelakangi oleh ketidakpuasan terhadap postulat Dalton dan sekaligus diharapkan sebagai penyempurnaan terhadap postulat Dalton, namun tak urung masih ada orang yang meragukan kebenaran model Thomson ini. Orang ini adalah Rutherford. Keraguan Rutherford ini memang sangat beralasan terlebih setelah ia melakukan percobaan yang sangat spektakuler, yang disebut eksperimen hamburan partikel alfa. Mengenai percobaan ini, dan juga koreksi Rutherford model kismis Thomson akan segera dibahas setelah ini.

d. Penemuan Proton

         Proton, adalah partikel bermuatan positif. Partikel ini diketemukan oleh Goldstein, tidak lama setelah Thomson menemukan elektron. Alat yang dipergunakan untuk membuktikan adanya  partikel bermuatan positif hampir sama dengan alat untuk menghasilkan sinar katoda. Bedanya, pada alat  ini  keping  katoda dibuat berlubang-lubang dan diletakkan di pertengahan tabung. Elektron yang  dipancarkan  dari katoda akan menembak molekul sisa  udara,  yang  sebagian besar telah dipompa keluar, sehingga molekul-molekul  ini terionisasi menjadi ion-ion positif. Ion-ion ini bergerak menuju ke  katoda  dan  menerobos  melalui  lubang-lubang katoda  memberikan  bintik-bintik  terang  pada dinding tabung  yang  dilapisi  phospor.  Sinar terobosan ini pasti bermuatan positif (mengapa ?) dan disebut sinar  kanal atau sinar terusan atau sinar saluran.

Dengan alat khusus yang disebut spektrometer massa, maka rasio e/m partikel bermuatan positif ini dapat ditentukan. Dari serangkaian percobaan-percobaan, akhirnya dapat mengetahui sifat-sifat sinar kanal.

Sinar positif gas hidrogen inilah yang disebut proton.  Dengan menggunakan alat yaitu spektrometer massa, terbukti bahwa massa ion-ion atom lain merupakan kelipatan dari massa ion hidrogen. Jadi dapat disimpulkan bahwa ion hidrogen (proton) merupakan partikel dasar bermuatan positif yang terdapat pada semua atom. Karena ion hidrogen adalah massa partikel positif yang terkecil, maka atom hidrogen hanya terdiri atas 1 proton dan 1 elektron. Dengan mengetahui harga rasio e/m dari proton dan massa dari elektron, maka setelah diperhitungkan ternyata bahwa:

e.  Model Atom Rutherford

Model atom berbentuk kue kismis yang diajukan oleh Thomson pada  tahun 1893 dianggap sangat masuk akal dan diterima begitu saja tanpa adanya uji eksperimental. Padahal sebagai sebuah hipotesis, model ini harus melalui tes. Meskipun hal ini sangat penting, namun tes eksperimental baru diadakan setelah hipotesis ini berusia lebih dari 10 tahun, yaitu ketika pada  tahun  1911  Geiger  dan  Marsden,  di  bawah bimbingan Rutherford melakukan percobaan yang sangat terkenal yaitu percobaan hamburan partikel α.

 

         Di dekat kolimator timbal, Geiger dan Marsden meletakkan unsur radioaktif sebagai penghasil sinar α  yaitu partikel yang massanya cukup besar dan bermuatan listrik positif. Sinar α dari sumber radioaktif ini memancar ke segala arah dan salah satu pancarannya pasti ada yang melalui celah kolimator. Sinar α yang melalui celah ini diberi akselerasi agar menembus lempeng logam emas yang sangat tipis. Di belakang lempeng dipasang layar untuk menangkap bayangan. Jika hipotesis Thomson benar, maka bayangan akan jatuh pada posisi lurus di belakang layar, karena lempeng emasnya sangat tipis sedang partikel α diakselerasi dengan energi yang sangat besar.

Dari pengamatan ternyata bahwa  bayangan  sinar  α tidak hanya tertangkap pada layar  di  belakang  keping  logam,  tetapi juga tertangkap pada  layar  di  sisi  lain dan bahkan ada yang arahnya memantul balik.  Jadi pancaran sinar α , sebagian diteruskan, sebagian yang lain dibelokkan dan bahkan ada yang dipantulkan. Ini berarti bahwa ada muatan positif yang cukup besar yang dapat melawan datang sinar α yang juga bermuatan positif. Muatan positif atom ini harus tidak terletak berdekatan dengan elektronnya, karena jika muatan positif inti berdekatan dengan elektron yang muatannya negatif, tentu akan menjadi netral, dan tentu tidak mampu membelokkan bahkan memantulkan arah sinar α. Atas  dasar  data  ini  Rutherford model atom sebagai berikut:

 

1) Atom terdiri atas inti atom yang sangat  rapat,  bermuatan  positif,  menjadi pusat atom dan merupakan  sebagian  besar  dari  massa atom

2) Elektron terletak di sekeliling luar inti dan berjarak relatif jauh dari inti.

3) Agar elektron dapat berada pada jarak relatif jauh, maka elektron harus beredar dengan kecepatan tinggi, untuk melawan gaya tarikan inti, seperti planet mengelilingi surya.

        Tampaknya, model planetnya Rutherford ini sudah sangat sempurna. Namun ternyata, seorang ahli fisika bernama Maxwell melihat celah kelemahan model atom Rutherford. Menurut Maxwell, tidak mungkin elektron dapat beredar dengan lintasan yang tetap berbentuk lingkaran atau ellips seperti planet mengelilingi matahari. Mengapa ? Karena menurut hukum mekanika, semua partikel yang akan bergerak melengkung (baik lingkaran atau ellips) harus memperoleh akselerasi atau percepatan. Untuk memperoleh percepatan partikel tersebut harus memancarkan energi. Berdasarkan logika ini, maka energi elektron akan semakin berkurang dari waktu ke waktu, akibatnya kecepatan edarnya akan berangsur-angsur berkurang. Kalau kecepatannya semakin berkurang, maka gaya yang digunakan untuk melawan tarikan inti akan semakin berkurang pula. Tentu saja jarak elektron terhadap inti akan semakin berkurang dari waktu ke waktu, sehingga lintasan elektron tidak mungkin berbentuk lingkaran atau ellips tetapi akan berbentuk spiral untuk akhirnya elektron akan jatuh ke dalam inti. Terhadap sanggahan Maxwell ini, tidak ada penjelasan yang memuaskan dari Rutherford, dan hal ini dipandang sebagai kelemahan model planetnya Rutherford.

f. Model Atom Bohr

Terlepas mampu atau tidaknya Rutherford memberi penjelasan terhadap sanggahan Maxwell, namun fakta yang tak terbantahkan adalah bahwa pada kenyataannya elektron tetap pada orbitnya dan jatuh ke dalam inti. Oleh karena itu  diperlukan teori untuk menjelaskan masalah ini.

        Pada tahun 1913 Niels Bohr mencoba menjelaskan mengapa  lintasan elektron tidak jatuh ke dalam intinya.  Bohr memanfaatkan fakta spektrum cahaya yang dihasilkan oleh sebuah atom. Fakta spektrum atom menunjukkan bahwa energi cahaya yang dipancarkan oleh atom hanya pada frekuensi tertentu saja, jadi dapat dipastikan elektron dalam atom harus hanya memiliki energi pada  harga-harga  tertentu atau terkuantisasi, dan tidak mungkin mempunyai energi dengan harga sembarang yang terletak di antara harga-harga tertentu itu. Dengan alasan ini, Bohr membuat pernyataan bahwa atom mempunyai tingkat-tingkat energi pada harga-harga tertentu. Gambaran  Bohr  tentang model atom adalah seperti bola dengan  inti  atom berada di tengahnya. Kulit bola  sebagai  lintasan elektron yang disebut  orbit atau kulit lintas. Tiap kulit lintas dari dalam keluar diberi nomor1, 2, 3. Bilangan-bilangan yang menunjukkan kulit lintas ini disebut bilangan kuantum dengan notasi n yang berkorelasi dengan besarnya tingkat energi. Bohr juga menyatakan jika sebuah elektron dengan energi tertentu berada pada kulit lintas dengan tingkat energi yang sesuai (disebut stasioner) maka elektron tidak akan memancarkan maupun menyerap energi, tetapi jika elektron berada pada tingkat energi yang tidak sesuai maka ia akan melepas atau menyerap energi untuk berada pada tingkat yang sesuai. Berdasarkan rangkaian penalarannya, Bohr membuat model atom yang merupakan penyempurnaan dari model atom Rutherford.

1) Atom adalah benda kecil yang berongga, dengan inti berada ditengahnya. Inti bersifat masif, bermuatan positif dan massa atom terkonsentrasi di dalamnya. Di luar inti pada jarak yang relatif jauh terdapat elektron-elektron yang bermuatan negatif dan beredar mengelilingi inti dengan kecepatan yang sangat tinggi seperti planet mengelilingi matahari dalam sistem tata surya.

2) Di luar inti terdapat tingkat-tingkat energi dengan harga-harga tertentu. Tingkat energi ini juga disebut kulit lintas elektron. Kulit lintas yang paling dekat dengan inti diberi nomor 1, berikutnya 2, 3, 4, . . . . . n. Bilangan ini disebut bilangan kuantum. Kulit lintas dengan:

                n = 1 disebut kulit K

                n = 2 disebut kulit L

                n = 3 disebut kulit M

                n = 4 disebut kulit N

                n = 5 disebut kulit O

                n = 6 disebut kulit P

                n = 7 disebut kulit Q

3) Elektron beredar pada lintasan yang tetap yaitu yang sesuai dengan energinya (disebut sesuai jika energi elektron sama dengan besarnya tingkat energi yang ditempati). Elektron yang berada pada lintasannya sendiri yaitu lintasan yang sesuai dengan tingkat energinya disebut stasioner. Dalam peredarannya elektron stasioner tidak memancarkan maupun menyerap energi.

4) Jika elektron stasioner menyerap sejumlah energi tertentu, elektron tersebut akan berpindah ke lintasan dengan tingkat energi yang lebih besar dan keadaan ini disebut tereksitasi. Keadaan tereksitasi ini bersifat sementara, dan pada akhirnya elektron akan kembali ke lintasan stasionernya sambil melepaskan energi dalam bentuk spektrum.

5) Karena lintasan elektron adalah lintasan lengkung, maka elektron menghasilkan besaran fisik yang disebut momentum angular. Besarnya momentum angular adalah n, dengan h = tetapan Planck

6) Tiap kulit lintas, paling banyak hanya dapat berisi elektron sebanyak 2n2.

Jadi :

kulit K maksimum berisi 2 . 12 = 2 elektron

kulit L maksimum berisi 2 . 22 = 8 elektron

kulit M maksimum berisi 2 . 32 = 18 elektron

dan seterusnya.

Kelemahan Model Atom Bohr

Meskipun kelihatannya sudah sangat sempurna, ternyata model atom Bohr, yang juga disebut model Rutherford-Bohr masih juga mempunyai beberapa kelemahan yaitu antara lain:

1) Model atom Bohr dan segala perhitungannya tidak hanya dapat digunakan untuk menjelaskan spektrum hidrogen, tetapi tidak mampu menjelaskan fenomena spektrum yang berasal dari atom lain.

2) Pernyataannya yang menyatakan besarnya momentum angular elektron adalah nh/2π ternyata juga salah. Kelak akan dibuktikan dalam model atom mekanika gelombang bahwa nilai momentum angular elektron tidak pernah nh/2π.

3) Bohr tidak mampu menjelaskan dari mana asalnya bilangan kuantum n.

g. Perbandingan antara Model Atom Dalton, Thomson, Rutherford dan Bohr

        Untuk mendapatkan gambaran yang menyeluruh mengenai perkembangan model atom, marilah kita membandingkan model-model atom yang sudah kita kenal.

        Di antara semua model atom, model atomnya Dalton merupakan model yang paling sederhana. Atom hanya digambarkan seperti bola yang sangat kecil tetapi masif. Model ini masih belum mengenal adanya muatan dalam atom.

        Model atom ini diperbaiki oleh Thomson. Dalam modelnya Thomson telah mengenalkan adanya muatan listrik dalam atom. Dia juga mengatakan bahwa muatan listrik negatif (elektron) harus sama banyaknya dengan muatan positif. Oleh Thomson, distribusi elektron dalam atom mirip distribusi kismis dalam kue. Persamaan model Thomson dengan Dalton adalah keduanya menganggap bahwa atom bersifat pejal atau masif.

        Perubahan yang besar terjadi pada model Rutherford. Menurut Rutherford, atom bukan benda masif tetapi berongga. Elektron tidak tersebar merata di dalam inti tetapi berada pada jarak yang jauh dari inti. Teori Rutherford juga menyatakan bahwa elektron tidak diam tetapi beredar mengelilingi inti.

        Model yang terakhir yang sudah kita kenal, adalah model Bohr. Model ini merupakan penyempurnaan terhadap model Rutherford, bedanya dalam model Bohr dikenal adanya tingkat-tingkat energi atau kulit-kulit lintas, juga dikenakannya bilangan kuantum.

        Agar lebih jelas, berikut ini adalah tabel yang menggambarkan perbandingan di antara ke empat model atom yang telah kita pelajari.

Dalton

Thomson

Rutherford

Bohr

Bagian terkecil dari unsur, seperti bola tetapi masif

Masih seperti bola masif, tetapi sudah mengenal muatan positif dan elektron. Bentuknya seperti kue kismis

Berongga, seperti tatasurya. Inti bermuatan positif, elektron tidak menempel.

Seperti model Rutherford, tetapi Bohr mengenal adanya kulit-kulit lintas dan bilangan kuantum

 

h. Penemuan Netron

Melalui sebuah percobaan Rutherford telah berhasil memperoleh kenyataan bahwa total massa proton dalam inti hanya sekitar separuh dari massa  inti.  Oleh karena itu ia menyimpulkan bahwa di dalam inti pasti masih ada partikel lain dengan massa yang besar tetapi netral atau tak bermuatan.

Kesimpulan Rutherford ini  dibuktikan  kebenarannya oleh Chadwick. Ketika ia menembak berilium dengan suatu partikel  ternyata dihasilkan  partikel  baru  yang massanya hampir sama dengan massa proton tetapi bersifat  netral. Partikel baru yang diketemukan oleh Chadwick ini selanjutnya disebut netron. Dengan demikian sekarang kita tahu bahwa inti atom terdiri atas dua macam partikel yaitu proton yang bermuatan positif dan netron yang tidak bermuatan.

 

2. Partikel-Partikel Penyusun Atom

        Sejauh yang sudah kita pelajari, sekarang kita telah mengetahui beberapa hal penting mengenai atom, yaitu:

a. Atom terdiri atas inti atom dan elektron yang beredar mengelilingi inti.

b. Inti atom terdiri atas proton yang bermuatan positif dan netron yang tak bermuatan. Karena inti terdiri atas proton dan netron maka massa inti adalah gabungan dari total massa proton dan netron

c. Massa elektron sangat kecil, sehingga dengan demikian massa atom semata-mata terpusat pada massa intinya..

d. Muatan sebuah elektron dan sebuah proton adalah sama, hanya tandanya yang berlawanan.

Besarnya massa dan muatan partikel penyusun atom dapat dilihat pada tabel berikut:

Jenis partikel

Muatan (Coulomb)

Massa

Kg

sma

proton

+ 1.6 x 10-19

1,673 x 1027

1,00728

netron

0

1,675 x 1027

1,00863

elektron

 1.6 x 10-19

9,11 x 1031

1,00728

Catatan:

                1 sma = 1,661 x 1027 kg

Nomor Atom, Nomor Massa dan Penulisan Lambang Atom

Jika sebuah atom atau ion dituliskan secara lengkap beserta dengan nomor atom dan nomor massanya, maka penulisannya adalah:

        A = nomor massa = banyak proton (p) + banyaknya netron (n)

        Z = nomor atom = banyaknya proton (z)

        m = muatan = banyaknya p  banyaknya elektron

Karena:

A = p + n  

Z = p

m = p  e

maka penulisan lengkap sebuah atom atau ion pada hakekatnya adalah:

Perlu dicatat bahwa untuk atom netral, atau m = p  e = 0 tidak usah ditulis dalam lambang.

Dari penulisan lambang di atas juga dapat dinyatakan bahwa:

        Banyaknya netron dalam atom atau n = A  Z

        Banyak elektron dalam atom = banyaknya proton

        Banyaknya elektron dalam ion = Z  − m

Dari penjelasan di atas, maka dengan mudah kita dapat menuliskan lambang lengkap sebuah atom, jika banyaknya masing-masing penyusun atom diketahui. Sebaliknya, jika lambang lengkap sebuah atom sudah diketahui, dengan mudah pula kita menentukan berapa jumlah proton, netron dan elektron yang ada di dalam atom/ion itu.

Contoh:

1. Sebuah atom mempunyai lambang lengkap . Berapakah:

        a. nomor atomnya

        b. nomor massanya

        c. jumlah netron dalam inti

        d. jumlah elektronnya

        e. massanya

(Awas: massa sebuah atom sama sekali lain dengan nomor massanya. Nomor massa hanya merupakan bilangan tanpa satuan yang berasal dari banyaknya proton dan netron sedang massa sebuah atom adalah total massa proton netron dan elektron, jadi massa sebuah atom mempunyai satuan)

Jawab:

        a. nomor atom Z = p = 11

        b. nomor massa = A = 23

        c. jumlah netron = A  Z = 23  11 = 12

        d. jumlah elektron = Z  - m

            Karena atom netral maka m = 0, jadi jumlah elektron = 11  0 = 11

        

e. Untuk menghitung massa sebuah atom langkahnya adalah menghitung:

                total massa proton         = 11 x massa sebuah proton

= 11 x 1,00728 sma

                                                =                                 11,08008 sma

                total massa netron         = 12 x massa sebuah netron

= 12 x 1,00863 sma

                                                =                                 12,10356 sma

                total massa elektron         = 11 x massa sebuah elektron

= 11 x 0,00055 sma

                                                =                                 0,00605 sma

                                                Massa                         =        23,18969 sma

                                                       =         3,85181 . 1026 kg        

2. Dalam keadaan tertentu. diketahui sebuah khlor ( Cl ),  terdiri atas 17 proton, 20 netron dan 18 elektron.  Tentukan  

        a. nomor atomnya

        b. nomor massanya

        c. muatan total partikel

        d. Lambang lengkapnya

        e. massanya

Jawab:

        a. nomor atom = p = 17

        b. nomor massa = p + n = 17 + 20 = 37

        c. muatan = m = p  e = 17  18 = 1

        d. lambangnya

        e. Untuk menghitung massa sebuah atom langkahnya adalah menghitung:

total massa proton         = 17 x 1,00728 sma

                                                =                                 17,12376 sma

                total massa netron         = 20 x 1,00863 sma

                                                =                                 20,1726 sma

                total massa elektron         = 18 x 0,00055 sma

                                                =                                 0,0099 sma

                                                Massa                         =        37,30626 sma

                                                       =         6,19657 . 1026 kg        

                                                        

3. Isotop, Isoton dan Isobar

a. Isotop

        Hal yang paling karakteristik dari sebuah atom adalah jumlah proton, artinya jumlah protonlah yang menjadi penentu jenis serta sifat-sifat kimiawi sebuah atom (Henry Moseley, 1914). Jika dua atom jumlah protonnya sama, tidak peduli netronnya sama atau tidak, maka kedua atom itu mempunyai lambang yang sama. Atom yang protonnya 1 lambangnya pasti H, jika protonnya 2 lambangnya pasti He, jika protonnya 3 lambangnya pasti Li, begitu seterusnya. Secara lengkap hubungan antara nomor atom dan lambangnya akan dibahas dalam kajian mengenai sistem periodik unsur.

        Yang menjadi pertanyaan adalah, adakah dua partikel yang jumlah protonnya sama, jadi lambangnya juga harus sama tetapi jumlah netronnya tidak sama ? Jawabnya adalah ada. Sebagai contoh atom khlour. Dikenal dua macam Cl. Keduanya mempunyai proton 17, tetapi ada Cl yang netronnya 18 ada pula yang netronnya 20, sehingga dikenal dua lambang Cl yaitu:

        dan        

Jadi isotop adalah:

Perlu diingat bahwa jumlah proton atau nomor atom merupakan penentu sifat kimia sedang nomor massa berhubungan dengan sifat fisik, sehingga definisi isotop juga boleh dinyatakan sebagai:

Secara umum pasangan isotop dapat ditulis:

         dan         

Apakah pasangan isotop selalu hanya dua macam ? jawabnya tidak. Sebagai contoh:

* Isotop Hidrogen ada 3 buah yaitu:

H         H        dan         H

* Isotop Karbon ada 3 buah yaitu:

C         C        dan         C

* Isotop Belerang bahkan ada 4 buah yaitu:

S                S        dan        S

Untuk lebih memahami masalah yang berhubungan dengan pasangan isotop, marilah kita coba selesaikan problem berikut:

Ada tiga buah isotop oksigen yaitu:

        I.           II.           dan         III.  O

Jika isotop I mempunyai 6 netron, dan isotop III mempunyai 9 netron, tulislah lambang lengkap ketiga isotop oksigen itu.

Jawab:

* Ketiga isotop oksigen tersebut nomor atomnya harus sama yaitu 8. Jadi Z dan Z' adalah 8.

* Karena isotop I mempunyai 6 netron, maka nomor massanya = A = 8 + 6 = 14

* Karena isotop III mempunyai 9 netron, maka nomor massanya = A' = 8 + 9 = 17

Jadi ketiga isotop oksigen itu adalah:

I.                   II.                 dan        III.

b. Isoton dan Isobar

Selain pasangan isotop yang sama jumlah protonnya, dikenal juga pasangan isoton dan isobar. Untuk mengetahui suatu pasangan adalah isoton atau tidak, dapat dilakukan dengan menghitung jumlah netron masing-masing atom. Jika jumlah netronnya sama, maka pasangan tersebut adalah isoton. Untuk mengetahui pasangan isobar, kita tinggal melihat nomor massanya saja. Agar lebih jelas, marilah kita lihat kasus berikut:

Diketahui partikel-partikel sebagai berikut:

        (a)         (b) K        (c)

Disebut pasangan apakah:

        1) a dengan b

        2) a dengan c

        3) b dengan c

Jawab:

1) a dengan b nomor atomnya sama, jadi isotop

2) a dengan c jelas tidak mungkin isobar, karena nomor massanya tidak sama, dan juga bukan isotop karena nomor atomnya juga tidak sama. Salah satu kemungkinannya adalah isoton. Untuk itu kita cari jumlah netronnya.

        Jumlah netron pada (a) = 39  19 = 20

        Jumlah netron pada (c) = 40  20 = 20

        Jadi a dan c adalah isoton

3) b dengan c mempunyai nomor massa sama, jadi isobar.

B. Sistem Periodik

         Dalam rangka memperoleh kemudahan dalam mempelajari sifat-sifat unsur kimia penyusun alam semesta, para ahli berusaha untuk membuat pengelompokan berdasarkan kriteria-kriteria tertentu. Hal ini perlu, karena dari waktu ke waktu, semakin banyak unsur-unsur baru diketemukan orang, sehingga tanpa metode yang baik, niscaya akan sangat sukar mempelajari sifat-sifat unsur. Produk akhir dari upaya para ahli dalam rangka pengelompokan unsur adalah sebuah tabel yang sekarang dikenal dengan nama tabel sistem periodik unsur. Tetapi, sebelum dihasilkan tabel seperti yang di atas, berbagai upaya pengelompokan unsur telah dilakukan orang.

1. Perkembangan Sistem Periodik

a. Hukum Triade

        Sebenarnya, upaya pengelompokan ini sudah ada sejak akhir abad 18. Pada mulanya unsur hanya dikelompokkan atas dua jenis, yaitu logam dan nonlogam, tetapi pengelompokan seperti dianggap masih sangat tidak memuaskan. Selanjutnya Johan Wolfgang Dobereiner (1829), melakukan upaya pengelompokan dan menghasilkan sebuah keteraturan yang disebut hukum triade. Menurutnya, jika unsur-unsur memiliki kemiripan sifat diurutkan mulai dari yang massanya paling kecil sampai yang massanya paling besar, maka setiap triade ( kelompok yang terdiri atas 3 unsur berturutan) memiliki keteraturan, yaitu unsur yang letaknya di tengah mempunyai massa sekitar setengah dari jumlah massa unsur yang mengapitnya.  

Beberapa contoh kelompok triade adalah:

        * Li  ;  Na  ;  K

        * Cl ;  Br  ;  I

Tetapi kemudian, pengelompokan oleh Dobereiner ini mempunyai banyak kelemahan, ketika semakin banyak unsur yang dikenal orang. Banyak sekali unsur-unsur yang berdasarkan kesamaan sifatnya dapat dikelompokkan menjadi satu kelompok triade, tetapi ternyata kurang sesuai dengan hukum triade. Contoh untuk kelemahan ini adalah He, Ne dan Ar. Ketiga unsur ini mempunyai kesamaan sifat dan dapat dipandang sebagai satu kelompok triade, tetapi fakta menunnjukkan bahwa:

        Ar He = 4

        Ar Ne = 20

        Ar = 40

Menurut hukum triade, seharusnya Ar Ne = 22, padahal faktanya hanya 20, sehingga kesalahan hukum triade cukup besar yaitu sekitar 10 %. Bagaimana cara menghitung angka kesalahan ? Angka kesasalahan dihitung sebagai berikut:

Untuk kasus di atas:

        Ar triade untuk Ne         =

                                =  

                                = 22

        Ar faktual Ne = 20

Jadi :

        Angka Kesalahan triade untuk Ne         =

                                                = 22 %

b. Hukum Oktaf

Pada tahun 1864, ilmuwan Inggris bernama A.R Newlands mengemukakan bahwa apabila unsur-unsur diurutkan berdasarkan kenaikan massa atomnya maka unsur yang berbeda letak satu oktaf mempunyai sifat-sifat yang sangat mirip. Untuk selanjutnya hukum Newlands ini disebut hukum oktaf. 

Tabel Oktaf

1 H

2 Li

3 Be

4 B

5 C

6 N

7 O

8 F

9Na

10Mg

11Al

12Si

13P

14S

15Cl

16K

17Cs

18Cr

19Ti

20Mn

21Fe

22Co Ni

23Cu

24Zn

25Y

26In

27As

28Se

29Br

30Rb

31Sr

32Ce La

33Zr

34Di Mo

35Ro Ru

36Pd

37Ag

38Cd

39Sn

40U

41Sb

42Te

43I

44Cs

45Ba V

46Ta

47W

48Nb

49Au

50Pt Ir

51Os

52Hg

53Tl

54Pb

55Bi

56Th

Dari tabel itu tampak bahwa unsur pertama mempunyai kemiripan dengan unsur ke 8, unsur ke dua dengan ke 9 dan seterusnya. Tetapi ternyata hukum Newland hanya sesuai untuk unsur-unsur ringan. Untuk unsur yang berat, hukum ini tidak sesuai. Sampai dengan kotak nomor 16, hukum oktaf masih sesuai tetapi lewat itu sudah tidak lagi mengikuti hukum oktaf. Sifat unsur Cs (no 17) sama sekali lain dengan unsur satu oktaf sebelumnya yaitu Mg dan lebih tidak sesuai lagi dengan yang satu oktaf sesudahnya yaitu Zn. Penyimpangan ini semakin parah untuk unsur-unsur yang lebih berat.

c. Susunan Periodik Mendeleyev

        Pada tahun 1869, dua orang ilmuwan yaitu ilmuwan Jerman bernama Julius Lothar Meyer dan ilmuwan Rusia bernama Dmitri Ivanovich Mendeleyev secara terpisah tetapi dalam waktu yang hampir bersamaan mengumumkan sebuah susunan periodik unsur. Tetapi karena Mendeleyev mengumumkan beberapa saat lebih awal dari pada Lothar Meyer, maka untuk urusan susunan periodik, nama Mendeleyev lebih terkenal dari pada Lothar Meyer.

        Mendeleyev mengurutkan 65 macam unsur yang sudah dikenal saat itu, dan mengurutkannya mulai dari yang massanya paling kecil. Selanjutnya ia membuat tabel yang terdiri atas kolom-kolom vertikal dan baris-baris horisontal. Kolom vertikal disebut golongan sedang kolom horisontal disebut periode. Selanjutnya unsur-unsur yang mempunyai persamaan sifat diletakkan pada periode yang sama.

        Kehebatan dari susunan Mendeleyev adalah adanya tempat-tempat yang masih dikosongkan yang dipergunakan untuk unsur yang saat itu belum diketemukan tetapi ia sudah meramalkan sifat-sifat unsur yang nantinya harus menempati tempat yang masih kosong itu. Sebagai contoh Mendeleyev meletakkan Ti ( Ar - 48) di golongan IV dan membiarkan golongan III periode yang sama kosong. Hal ini dilakukan karena sifat Ti lebih mirip dengan C dan Si dari pada dengan B dan Al. Tempat yang kosong itu oleh Mendeleyev diisi dengan unsur rekaan yang ia beri nama ekasilikon. Ternyata kemudian tempat eksilikon ini sesuai dengan unsur germanium (Ge) yang diketemukan kemudian.

Mendeleyev juga mengemukakan hukum yang disebut hukum periodisitas yang menyatakan bahwa:

Sifat-sifat unsur merupakan fungsi periodik dari massanya

Tetapi kenyataannya, ada unsur-unsur yang letaknya tidak sesuai dengan azas kenaikan massa. Berdasarkan urutan massa seharusnya unsur Te sesudah I, unsur Ar sesudah K dan unsur Co sesudah Ni. Tetapi atas dasar pertimbangan sifat-sifatnya, Mendeleyev melanggar azasnya sendiri (ini dianggap sebagai kelemahannya), dengan meletakkan Ar sebelum K, Co sebelun Ni dan Te sebelum I. Secara menyeluruh kelebihan dan kelemahan susunan Mendeleyev adalah:

Dengan daftar sistem periodik unsur Mendeleyev ini dapat diketahui:

1) Perubahan sifat yang teratur dari unsur-unsur dalam satu golongan ke golongan lain.

2) Hubungan antara valensi tertinggi unsur dengan nomor golongannya.

3) Ramalan sifat-sifat unsur yang belum diketahui pada saat itu.

4) Susunan Mendeleyev ini dibuat pada saat gas mulia belum diketemukan tetapi susunannya tidak banyak berubah ketika unsur-unsur gas mulia telah diketemukan.

Susunan Mendeleyev ini mempunyai keterbatasan-keterbatasan di antaranya:

1) Panjang periodenya tidak sama.

2) Terjadi keanehan urutan (anomali) unsur ditinjau dari kenaikan massa atom relatif itu sendiri seperti penempatan Ar dan K, Te dan I serta Co dan Ni

3) Triade besi (Fe, Co, Ni) dan triade yang lain dimasukkan ke dalam golongan VIII, padahal tidak mempunyai valensi tertinggi 8.

4) Selisih massa atom relatif antara dua unsur yang berturut-turut tidak teratur sehingga sukar untuk meramalkan sifat unsur yang belum diketahui.

5) Perubahan sifat dari golongan unsur yang elektronegatif melalui sifat lamban dari gas mulia ke sifat elektropositif dari golongan alkali belum dapat dijelaskan dengan naiknya massa atom relatif.

6) Kejanggalan-kejanggalan sifat (anomali) pada unsur-unsur satu golongan tidak dapat dijelaskan dengan menggunakan azas massa atom relatifnya.

7) Kesulitan meletakkan isotop-isotop beberapa unsur-unsur yang mempunyai massa atom relatif yang sama (isobar).

d. Susunan Periodik Modern

        Pada tahun 1914, Henry Moseley mengusulkan agar susunan Mendeleyev dipertahankan tetapi prinsip penyusunannya saja yang diganti. Jika tetap menggunakan prinsip kenaikan massa atom, maka tampak ada kontroversi yang dapat melemahkan hasil kerja Mendeleyev. Untuk itu, prinsip penyusunan hendaknya diganti dengan menggunakan kenaikan nomor atom atau jumlah proton. Kalau prinsip penyusunannya menggunakan kenaikan nomor atom, tidak ada keberatan untuk meletakkan Ar sebelum K karena nomor atom Ar = 18 sedang nomor atom K = 19. Hal yang sama juga terjadi pada Co dan Ni serta Te dan I. Dengan penggantian prinsip penyusunan yaitu dari kenaikan massa menjadi kenaikan nomor atom maka hukum periodisitas juga harus dikoreksi menjadi:

Sifat-sifat unsur merupakan fungsi periodik dari nomor atomnya

        Selain azas penyusunannya diganti, format susunan golongan pada tabel Mendeleyev juga diubah, yaitu dengan cara, memisahkan golongan A dari golongan B sehingga tabelnya tampak memanjang. Susunan Mendeleyev yang dimodifikasi inilah yang sekarang disebut sistem periodik modern dan juga disebut sistem periodik model panjang.

 

1) Golongan

Susunan berkala modern terdiri atas 18 golongan. Urutan nomor golongannya adalah 1A, 2A, 3B , 4B, 5B, 6B, 7B, 8B yang terdiri atas 3 sub golongan, 1B, 2B dilanjutkan 3A sampai dengan 8A. Unsur-unsur golongan A disebut unsur golongan utama sedang golongan B disebut unsur transisi. Unsur dengan nomor 58 sampai dengan 71 seharusnya berada dalam satu kotak dengan unsur nomor 57 yaitu La dan karenanya unsur dengan nomor 57 sampai dengan 71 disebut golongan Lantanida. Dengan alasan yang sama, unsur dengan nomor 90 sampai dengan 103 disebut golongan Actinida. Golongan Actinida dan golongan Lantanida juga disebut golongan transisi dalam. Selain itu, golongan-golongan tertentu mempunyai nama khusus misalnya:

Golongan 1A disebut golongan alkali

Golongan 2A disebut golongan alkali tanah

Golongan 6A disebut golongan khalkogen

Golongan 7A disebut golongan halogen

Golongan 8A disebut golongan gas mulia

Golongan-golongan yang lain diberi nama sesuai dengan nama unsurnya yang paling, misal:

        Golongan 3A disebut golongan boron

        Golongan 4A disebut golongan karbon, begitu seterusnya.

        VIIIB

IIA

2

IA

1

IIIB

IVB

VB

VIB  VIIB

He

3

4

H

5

6

7

8

9

10

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

11

12

13

14

15

16

17

18

Na

Mg

IIIB

IVB

VB

VIB

VIIB      VIIIB

IB

IIB

Al

Si

P

S

Cl

Ar

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

55

56

57

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

Cs

Ba

La*

Hf

Th

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

87

88

89

104

104

106

107

108

109

Fr

Ra

Ac*

Unq

Unp

Unh

Uns

Uno

Une

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

68

69

70

71

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

101

102

103

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lw

a) Jenis Unsur pada Golongan Utama.

        Jika tabel periodik hanya ditampilkan golongan utamanya saja, maka diperoleh tabel sebagai berikut:

Tabel Unsur Golongan Utama

IA

        VIIIB

1

IIA

2

H

IIIB

IVB

VB

VIB  VIIB

He

3

4

5

6

7

8

9

10

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

11

12

13

14

15

16

17

18

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

19

20

31

32

33

34

35

36

K

Ca

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

37

38

49

50

51

52

53

54

Rb

Sr

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

55

56

81

82

83

84

85

86

Cs

Ba

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

87

88

Fr

Ra

Ada tiga macam warna pada tabel golongan utama. Ini menunjukkan bahwa ada tiga macam unsur golongan utama. Tiga jenis unsur itu adalah logam, semi logam dan non logam.

        Logam berada pada kotak kuning, semi logam pada kotak biru dan non logam berada pada kotak abu-abu. Dari tampilan tersebut dapat kita ketahui bahwa unsur logam terletak di bagian kiri sedang non logam terletak di bagian kanan. Perpindahan dari logam ke non logam dibatasi oleh garis tangga tebal yang disebut diagonal semi logam.

        Perhatikan unsur golongan 8A. Golongan 8A terdiri atas helium, neon, argon, kripton dan radon disebut gas mulia. Disebut demikian karena unsur-unsur ini bersifat sangat stabil, artinya dapat berdiri sendiri tanpa harus berikatan dengan unsur lain. Selain sifatnya yang stabil, gas mulia dalam sistem periodik merupakan pembatas antara unsur non logam dengan logam. Marilah kita perhatikan gas mulia kedua yaitu Ne dengan nomor atom 10. Sebelum Ne ada unsur F yang bersifat sangat non logam dan sesudahnya ada unsur Na dengan nomor atom 11 yang sangat logam. Selanjutnya unsur gas mulia ketiga yaitu Argon dengan nomor atom 18. Sebelum Ar adalah Cl dengan nomor 17, bersifat sangat non logam dan sesudah Ar ada K dengan nomor atom 19 yang bersifat sangat logam. Dengan demikian, kita dapat membuat batas untuk logam dan non logam bagi unsur golongan utama.

Jadi hanya dengan memperhatikan nomor atomnya, dengan mudah kita dapat menentukan jenis unsur golongan utama. Untuk itu kita harus selalu ingat nomor atom gas mulia yaitu 2 ; 10; 18; 36; 54; dan 86. Sebagai contoh, marilah kita tentukan jenis unsur dengan nomor atom 20.

        Gas mulia yang terdekat dengan unsur tersebut adalah gas mulia nomor 18. Dibandingkan dengan nomor 18, maka nomor 20 adalah lebih besar, jadi unsur dengan nomor 20 adalah logam.

b) Jenis unsur Golongan Transisi

        Semua unsur pada golongan transisi dan transisi dalam adalah unsur logam.

Dengan demikian dari uraian mengenai jenis unsur tersebut maka dapat disimpulkan bahwa unsur-unsur penyusun semesta terdiri atas:

* non logam sebanyak 17 unsur

* semi logam sebanyak 10 unsur

* sisanya adalah logam. Dari semua jenis logam yang ada, yang merupakan logam golongan Utama ada 17 macam unsur, sedang sisanya adalah logam transisi dan 28 macam unsur transisi dalam.

2) Periode

        Sistem periodik modern terdiri atas 7 baris horisontal yang disebut periode. Tujuh periode itu masing-masing adalah:

* Periode 1 terdiri atas 2 unsur yaitu unsur dengan nomor atom 1 dan 2.

* Periode 2 terdiri atas 8 unsur yaitu nomor 3 sampai dengan 10.

* Periode 3 terdiri atas 8 unsur yaitu nomor 11 sampai dengan 18.

* Periode 4 terdiri atas 18 unsur yaitu nomor 19 sampai dengan 36

* Periode 5 terdiri atas 18 unsur yaitu nomor 37 sampai dengan 54.

* Periode 6 terdiri atas 32 unsur yaitu nomor 55 sampai dengan 86

* Periode 7 belum lengkap, yaitu nomor 87 ke atas

Periode pertama, kedua dan ketiga disebut periode pendek. Periode keempat dan kelima disebut periode panjang. Periode keenam disebut periode sangat panjang dan periode ke tujuh disebut periode belum lengkap.

        Selain periode pertama yang hanya berisi unsur non logam, periode-periode yang lain berisi unsur-unsur logam, semi logam maupun non logam.

 

2. Hubungan Antara Nomor atom, Nomor Periode dan Golongan

        Berkaitan dengan struktur atom, informasi terpenting yang dapat dilihat dari setiap unsur dalam sistem periodik adalah nomor atom, nomor periode dan nomor golongan unsur tersebut. Jika nomor atom diketahui maka nomor periode dan nomor golongan dapat diketahui, demikian pula sebaliknya.

Contoh:

1. Tentukan nomor atom dari suatu unsur yang terletak pada:

a) golongan 3A periode 2

b) golongan 5A periode 3

c) golongan 4B periode 4

Jawab:

a) Periode dua terdiri atas 8 unsur dimulai dari atom nomor 3 untuk golongan 1A. Karena yang ditanyakan unsur golongan 3A berarti terletak 2 kotak setelah nomor atom 3. Jadi nomor atom unsur yang ditanyakan adalah 5.

b) Periode 3 terdiri atas 8 unsur dimulai dari atom nomor 11 untuk golongan 1A. Karena yang ditanyakan unsur golongan 5A berarti terletak 4 kotak setelah nomor atom 11. Jadi nomor atom unsur yang ditanyakan adalah 15.

a) Periode 4 terdiri atas 18 unsur dimulai dari atom nomor 19 untuk golongan 1A. Yang ditanyakan unsur golongan 4B. Dalam periode 4, golongan 4B merupakan kolom ke 4, berarti terletak 3 kotak setelah nomor atom 13. Jadi nomor atom unsur yang ditanyakan adalah 22.

2. Tentukan letak unsur dalam tabel periodik, jika nomor atom unsur itu adalah:

a) 12

b) 17

Jawab:

a) nomor atom 12 tidak mungkin di periode 1 karena akhir periode 1 adalah atom nomor 2, juga tidak mungkin pada periode 2, karena periode 2 berakhir pada nomor 10. Nomor atom 12 pasti pada periode 3. Periode 3 dimulai dari nomor 11 untuk golongan 1A. Atom yang ditanyakan bernomor 12, jadi satu kotak setelah nomor 11. Karena nomor 11 berada pada golongan 1A, maka yang ditanyakan berada pada golongan 2A. 

        Jadi nomor atom 12 berada pada golongan 2A periode 3

b) nomor atom 17 berada pada periode 3. Periode 3 dimulai dari nomor 11 untuk golongan 1A dan berakhir pada nomor 18 untuk golongan 8A. Atom yang ditanyakan bernomor 17, jadi satu kotak sebelum nomor 18. Karena nomor 18 berada pada golongan 8A, maka yang ditanyakan berada pada golongan 7A.

        Jadi nomor atom 17 berada pada golongan 7A periode 3

3. Hubungan antara Letak Unsur dalam Sistem Periodik dengan Konfigurasi Elektron

        Yang dimaksud dengan konfigurasi elektron adalah pendistribusian elektron yang dimiliki oleh suatu atom pada masing-masing kulit lintasnya. Untuk membuat distribusi elektron, kita harus mengetahui jumlah elektron yang dimiliki oleh suatu atom. Jumlah elektron dapat diketahui dari nomor atom. Karena nomor atom berhubungan dengan letak atom dalam sistem periodik, maka dengan mengetahui letak atom dalam sistem periodik kita dapat menentukan konfigurasi elektronnya.

        Untuk kebutuhan penentuan konfigurasi elektron ini, ada beberapa hal yang perlu dikuasai, yaitu:

1. Nomor periode berhubungan dengan banyaknya kulit lintas yang dimiliki oleh suatu atom. Misal unsur yang terletak pada nomor periode 3 mempunyai 3 kulit lintas, yaitu kulit K, L dan M

2. Nomor golongan berhubungan dengan elektronvalensi yaitu banyaknya elektron yang berada pada kulit lintas paling luar. Hubungan antara nomor golongan dengan banyaknya elektron paling luar adalah sebagai berikut:

a) Untuk golongan Utama atau Golongan A, berlaku aturan:

Nomor golongan = banyaknya elektron terluar.

b) Untuk Golongan Transisi atau Golongan B

Elektron terluar selalu = 2, kecuali golongan 4B dan 1B yang elektron paling luarnya 1.

3. Urutan pendistribusian elektron adalah sebagai berikut:

a) Isilah kulit terluar sesuai dengan ketentuan jumlah elektron terluar.

b) jika ada dua kulit lintas, isilah kulit pertama dengan 2 elektron.

c) jika ada tiga kulit, isilah kulit pertama dengan 2 elektron, sisanya pada kulit kedua..

b) jika ada n kulit dengan n > 3, maka kulit pertama sampai kulit ke (n3) dapat diisi penuh. Jika kulit terluar serta kulit pertama sampai kulit ke (n3) telah terisi, tetapi masih ada beberapa kulit dalam yang belum terisi, isilah kulit dalam itu dengan jumlah maksimum yang dibutuhkan oleh kulit itu. Tetapi, jika sisa elektronnya tidak mencukupi untuk mengisi jumlah maksimum kulit tersebut, maka isilah kulit tersebut dengan jumlah maksimum kulit sebelumnya. Jika tinggal satu kulit yang belum terisi (yaitu kulit pertama sebelum terluar), maka semua elektron yang tersisa diisikan pada kulit itu.

Contoh:

Kita akan membuat konfigurasi elektron untuk unsur-unsur golongan alkali tanah yang terdiri atas 4Be ; 12Mg ; 20Ca ; 38Sr, 56Ba ; 88Ra.

Kita tahu bahwa golongan alkali tanah adalah golongan 2A, jadi elektron terluarnya adalah 2. Nomor periode dari Be sampai Ra adalah 2, 3, 4, 5, 6 dan 7. Jumlah elektron masing-masing atom adalah sesuai dengan nomor atomnya, jadi untuk:

* Atom Be, jumlah elektron seluruhnya 4, banyaknya kulit 2, kulit terluar harus diisi 2 elektron, jadi sisanya 2 elektron diisikan pada kulit pertama, sehingga konfigurasi elektron untuk Be adalah:

4Be = 2 ; 2

        

* Atom Mg, jumlah elektron seluruhnya 12, banyaknya kulit 3, kulit terluar harus diisi 2 elektron, kulit pertama diisi penuh 2 elektron, jadi sisanya 8 elektron diisikan pada kulit kedua, sehingga konfigurasi elektron untuk Mg adalah:

12Mg = 2 ; 8 ; 2

* Atom Ca, jumlah elektron seluruhnya 20, banyaknya kulit 4, kulit terluar harus diisi 2 elektron, kulit pertama diisi penuh 2 elektron, kulit kedua diisi penuh 8 elektron, jadi sisanya 8 elektron diisikan pada kulit ketiga, sehingga konfigurasi elektron untuk Ca adalah:

20Ca = 2 ; 8 ; 8 ; 2

* Atom Sr, jumlah elektron seluruhnya 38, banyaknya kulit 5, kulit terluar harus diisi 2 elektron, kulit pertama diisi penuh 2 elektron, kulit kedua diisi penuh 8 elektron. Masih ada dua kulit yang belum terisi yaitu kulit 3 dan 4. Untuk mengisi kulit 3, kita lihat sisa elektron. Sisa elektronya adalah = 38 - 2 - 2 - 8 = 26. Sisa ini masih dapat digunakan untuk mengisi maksimum kulit ketiga yaitu 18. Jadi kulit ketiga diisi 18 elektron. Sekarang tinggal kulit keempat yang belum terisi. Jika tinggal satu kulit yang belum terisi, maka sisanya yaitu 8 elektron yang kita isikan sehingga konfigurasi elektron untuk Sr adalah:

38Sr = 2 ; 8 ; 18;  8 ; 2

* Atom Ba, jumlah elektron seluruhnya 56, banyaknya kulit 6, kulit terluar harus diisi 2 elektron, kulit pertama diisi penuh 2 elektron, kulit kedua diisi penuh 8 elektron. Masih ada 3 kulit yang belum terisi yaitu kulit 3, 4 dan 5. Untuk mengisi kulit 3, kita lihat sisa elektron. Sisa elektronya adalah = 56 - 2 - 2 - 8 = 44. Sisa ini masih dapat digunakan untuk mengisi maksimum kulit ketiga yaitu 18. Jadi kulit ketiga diisi 18 elektron. Selanjutnya kita isi kulit ke empat. Sekarang sisa elektron tinggal 26. Sisa ini tidak dapat memenuhi jumlah elektron maksimum kulit ke 4, jadi kulit ke 4 diisi dengan jumlah maksimum kulit sebelumnya yaitu kulit ke 3 yaitu 18 elektron. Sekarang tinggal kulit kelima yang belum terisi. Jika tinggal satu kulit yang belum terisi, maka sisanya yaitu 8 elektron yang kita isikan sehingga konfigurasi elektron untuk Ba adalah:

56Ba = 2 ; 8 ; 18; 18;  8 ; 2

* Atom Ra, jumlah elektron seluruhnya 88, banyaknya kulit 7, kulit terluar harus diisi 2 elektron. Kulit kedua, ketiga, dan keempat bisa diisi penuh berturut-turut 8, 18, dan 32 elektron.. Masih ada 2 kulit yang belum terisi yaitu kulit 5 dan 6. Untuk mengisi kulit 5, kita lihat sisa elektron. Sisa elektronya adalah = 88 - 2 - 2 - 8 - 18 - 32 = 26. Sisa ini tidak mencukupi untuk mengisi jumlah maksimum kulit ke 5. Oleh karena itu kulit ke 5 diisi dengan jumlah maksimum sebelumnya yaitu maksimum kulit ke 3 sebanyak 18 elektron (kita tidak dapat mengisikan sejumlah maksimum kulit ke empat karena sisanya tinggal 26 elektron sedang maksimum kulit ke empat adalah 32 elektron).  Jadi kulit kelima diisi 18 elektron. Sekarang tinggal kulit keenam yang belum terisi. Karena tinggal satu kulit yang belum terisi, maka sisanya yaitu 8 elektron kita isikan sehingga konfigurasi elektron untuk Ba adalah:

88Ra = 2 ; 8 ; 18; 18;  8 ; 2

Dari uraian di atas, kita dapat membuat tabel konfigurasi elektron golongan alkali tanah yaitu:

`K

L

M

N

O

P

Q

4Be

2

2

12Mg

2

8

2

20Ca

2

8

8

2

38Sr

2

8

18

8

2

56Ba

2

8

18

18

8

2

88Ra

2

8

18

32

18

8

2

4. Sifat-sifat Unsur

Ada beberapa sifat penting dari setiap unsur, yang merupakan sifat dasar dari setiap unsur. Sifat-sifat itu meliputi jari-jari atom, kelogaman atau keelektropositifan, keelektronegatifan, afinitas elektron dan potensial ionisasi atau energi ionisasi. Uraian mengenai sifat-sifat tersebut adalah sebagai berikut:

a. Jari-jari atom

        Jari-jari adalah jarak dari inti sampai dengan kulit lintas paling luar. Di antara semua sifat periodik, jari-jari merupakan sifat yang paling penting, karena jari-jari atomlah yang dipandang sebagai konsep rujukan dalam menganalisis sifat-sifat unsur. Kelogaman, afinitas elektron, potensial ionisasi dan sifat-sifat yang lain sangat ditentukan oleh jari-jari atom. Sifat apapun yang dianalisis, selalu akan menggunakan jari-jari sebagai rujukan, oleh karena itu, jari-jari merupakan sifat periodik yang dibahas paling awal.

b. Kelogaman

        Ada perbedaan antara pengertian logam dalam kehidupan sehari-hari dengan logam dalam kajian kimia. Dalam bahasa keseharian, logam adalah benda yang keras, dapat dicanai, bersifat konduktor baik terhadap panas maupun listrik, titik lebur maupun titik didihnya tinggi. Tetapi dalam kajian kita, logam adalah unsur yang atom-atomnya mudah melepas elektron. Karena atom yang melepas elektron akan membentuk ion positif, maka suatu unsur adalah logam jika dapat membentuk ion positif. 

        Sehubungan dengan itu, maka yang disebut sifat kelogaman adalah kemampuan suatu atom dari suatu unsur untuk melepas elektron atau kemampuan suatu atom untuk membentuk ion positif. Sifat kelogaman juga boleh disebut keelektropositifan.  Makin mudah atom suatu unsur melepas elektron, makin kuat sifat kelogaman atau kelektropositifannya. Bagaimana hubungan antara sifat kelogaman ini dengan jari-jari atom ?. Karena sifat kelogaman adalah kemampuan melepas elektron, maka atom yang jari-jarinya besar akan mudah melepas elektron. Telah kita ketahui bahwa atom yang mudah melepas elektron berarti sifat kelogamannya kuat dengan demikian berlaku hubungan:

Makin panjang jari-jari atom, makin besar sifat kelogamannya.

c. Keelektronegatifan

Keelektronegatifan merupakan ukuran relatif dari kemampuan suatu atom untuk menarik elektron, manakala atom itu membentuk ikatan dengan atom lain. Sebenarnya yang mempunyai kemampuan menarik elektron adalah proton yang ada dalam inti atom. Tarikan inti terhadap elektron sangat ditentukan pula oleh jari-jari atom. Kemampuan inti dalam menarik elektron tentu sangat besar jika jari-jari atomnya sangat kecil atau sebaliknya dapat dinyatakan bahwa:

        Makin panjang jari-jari atom makin kecil keelektronegatifannya

d. Afinitas Elektron

        Sebenarnya afinitas elektron adalah keelektronegatifan juga. Bedanya adalah, bahwa afinitas elektron diperhitungkan dari banyaknya energi yang dibebaskan ketika suatu atom menangkap elektron. Jadi Afinitas elektron merupakan ukuran absolut terhadap kemampuan mengikat elektron sedang keelektronegatifan merupakan ukuran relatif. Karena pada hakekatnya, afinitas elektron adalah keelektronegatifan juga, maka harga afinitas elektronpun linear dengan harga keelektronegatifan. Jadi jika atom suatu unsur mempunyai keelektronegatifan yang besar, maka afinitasnya juga besar. Hubungan afinitas elektron dengan jari-jari juga identik dengan hubungan keelektronegatifan dengan jari-jari, jadi:

        

        Makin panjang jari-jari atom, makin kecil afinitas elektronnya.

e. Potensial Ionisasi atau Energi Ionisasi

Potensial ionisasi adalah potensi atau kemampuan melepas elektron diukur dari banyaknya energi yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron terluar. Karena yang dipergunakan sebagai ukuran adalah energi yang dibutuhkan, maka potensial ionisasi juga lazim disebut energi ionisasi.  Bagaimana hubungannya dengan jari-jari atom ? Jika jari-jari atomnya panjang, maka elektron terluar berada pada jarak yang jauh, sehingga untuk melepasnya dibutuhkan energi yang kecil. Jadi:

Makin panjang jari-jari atom makin kecil potensial ionisasi

Dari uraian mengenai sifat-sifat di atas maka secara umum dapat disimpulkan bahwa

:

Makin besar jari-jari atom, Kelogamannya makin besar, sedang keelektronegatifan, afinitas elektron dan potensial ionisasi makin kecil.

Hati-hati ! Unsur yang potensial ionisasinya besar justru kelogamannya kecil sedang sifat non logamnya yang besar.

 

5. Periodisitas Sifat Unsur

        Dalam tabel periodik unsur, sifat-sifat unsur berubah secara periodik baik dari kiri ke kanan untuk yang seperiode maupun dari atas ke bawah untuk yang segolongan. Sifat seperti ini disebut sifat-sifat periodik unsur atau periodisitas sifat-sifat unsur, yang antara lain meliputi periodisitas jari-jari atom, periodisitas kelogaman, periodisitas afinitas elektron, periodisitas keelektronegatifan, periodisitas potensial ionisasi, titik lebur dan titik didih.

        Telah kita ketahui bahwa sifat-sifat unsur berhubungan dengan jari-jari atomya, maka periodisitas sifat unsur pasti juga berhubungan dengan periodisitas jari-jari. Untuk itu, akan kita akan membahas lebih dahulu mengenai periodisitas jari-jari. Jika periodisitas jari-jari sudah kita kuasai maka periodisitas sifat-sifat yang lain dapat dengan mudah kita tentukan.

a. Periodisitas Jari-jari

        Ada dua faktor penentu besarnya jari-jari. Faktor yang pertama adalah banyaknya kulit lintas. Makin banyak kulit lintas elektron, makin besar jari-jari. Jika banyaknya kulit lintas sama, maka yang menjadi penentu adalah tarikan inti. Tarikan inti ditentukan oleh banyaknya proton dalam inti. Makin banyak elektron dalam inti makin kuat tarikan inti.

Jari-jari Atom Segolongan

        Atom-atom yang segolongan dari atas ke bawah, nomor periodenya bertambah. Karena nomor periode menentukan banyaknya kulit lintas, maka atom-atom yang segolongan jumlah kulitnya makin banyak jadi jari-jarinya makin besar.

Untuk lebih memahami masalah jari-jari atom segolongan, marilah kita lihat ilustrasi kualitatif yang membandingkan unsur-unsur segolongan, misalnya saja antara atom Li dan Na. Atom Li maupun Na keduanya berada dalam golongan yang sama yaitu 1A tetapi periodenya berbeda, yaitu periode 2 untuk Li dan periode 3 untuk Na. Dengan demikian, Li mempunyai 2 kulit sedang Na mempunyai 3 kulit. Secara kualitatif Li dengan 2 kulit dan Na dengan 3 kulit, dapat digambarkan sebagai berikut:

Tampak dari ilustrasi di atas bahwa jari-jari atom dari unsur Na > jari-jari Li.

Jari-jari Seperiode

        Unsur-unsur yang seperiode mempunyai jumlah kulit lintas yang sama, jadi banyaknya kulit bukan merupakan penentu jari-jari. Faktor penentu jari-jari untuk unsur-unsur yang seperiode adalah jumlah proton dalam inti atau nomor atom. Unsur seperiode dari kiri ke kanan, nomor atomnya makin besar, jadi jumlah proton makin banyak dan tarikan inti makin kuat sehingga bola lintasan mengempis dan jarak kulit lintas makin pendek. Dari uraian tersebut disimpulkan bahwa:

Jari-jari ion positif

        Kita akan membandingkan jari-jari atom dengan jari-jari ion positif yang bersangkutan. Misalnya antara Na dengan Na+. Atom Na dengan nomor atom 11, mempunyai 3 kulit, sedang Na+ hanya mempunyai 2 kulit, Mengapa ? Ion Na+ adalah Na yang melepas 1 elektron terluar. Jika 1 elektron terluar lepas, maka elektron Na yang semula 11, tinggal 10. Jika elektronnya tinggal 10, maka hanya dibutuhkan dua kulit dengan masing-masing terisi penuh. Karena Na mempunyai 3 kulit sedang Na+ hanya mempunyai 2 kulit maka jari-jari Na lebih besar dari pada jari-jari Na+. Secara umum dapat disimpulkan bahwa:

Jari-jari ion Negatif

        Sebagai ilustrasi, kita akan mengambil Cl dan Cl sebagai contoh. Atom Cl dengan nomor atom 17, mempunyai 3 kulit, dan Cl yang berasal dari atom Cl yang menangkap 1 elektron juga mempunyai 3 kulit. Mengapa dengan menangkap sebuah elektron, kulitnya tidak bertambah? Ini terjadi karena kulit terluar Cl belum maksimum, sehingga ketika Cl menangkap sebuah elektron lagi ia tidak perlu menambah kulit baru. Karena jumlah kulitnya sama maka penentunya tarikan inti terhadap elektron. Atom Cl mempunyai 17 proton yang menarik 17 elektron. Sementara itu, Cl  yang protonnya juga 17 harus menarik elektron sebanyak 18. Tentu saja tarikan inti pada atom Cl lebih kuat dari pada tarikan inti Cl. Dengan mudah dapat disimpulkan bahwa jari-jari atom Cl lebih kecil dari pada jari-jari ion Cl atau jari-jari Cl lebih besar dari pada jari-jari atom Cl sehingga secara umum dapat dinyatakan bahwa:

Contoh:

Diketahui atom/ ion sebagai berikut: 19K  ; 20Ca ; 20Ca++ dan 17Cl. Urutkan atom atau ion tersebut mulai dari yang jari-jarinya paling kecil.

Jawab:

Konfigurasi 19K ( 19 elektron ) = 2 ; 8 ; 8 ; 1 = 4 kulit

Konfigurasi 20Ca ( 20 elektron ) = 2 ; 8 ; 8 ; 2 = 4 kulit

Konfigurasi 20Ca++ ( 18 elektron ) = 2 ; 8 ; 8  = 3 kulit

Konfigurasi 17Cl ( 18 elektron ) = 2 ; 8 ; 8  = 3 kulit

Dari fakta jumlah kulit maka K dan Ca pasti lebih besar dari pada Ca++ dan Cl.

Sekarang kita bandingkan K dan Ca. Karena jumlah kulitnya sama tetapi protonnya Ca lebih banyak maka jari-jari Ca < jari-jari K.

Selanjutnya kita bandingkan Ca++ dan Cl. Karena jumlah kulitnya sama tetapi protonnya Ca++ lebih banyak maka jari-jari Ca++ < jari-jari Cl.

Jadi urutannya dari yang jari-jarinya paling kecil adalah:

Ca++  ;  Cl   ;   Ca   ;   K

b. Periodisitas Sifat-Sifat yang lain

Telah kita ketahui bahwa:

1) jari-jari atom unsur-unsur segolongan dari atas ke bawah makin besar sedang jari-jari atom unsur-unsur seperiode dari kiri ke kanan

2) makin besar jari, kelogaman makin besar sedang keelektronegatifan, afinitas elektron dan potensial ionisasinya makin kecil.

Dengan demikian dapat dinyatakan bahwa, untuk:

Unsur-unsur yang segolongan dari atas ke bawah:

kelogamannya makin besar

keelektronegatifannya makin kecil

afinitas elektronnya makin kecil

potensial ionisasinya makin kecil

        Sedang unsur-unsur yang seperiode dari kiri ke kanan:

kelogamannya makin kecil

keelektronegatifannya makin besar

afinitas elektronnya makin besar

potensial ionisasinya makin besar

c. Kereaktifan Unsur-unsur

        Kereaktifan suatu unsur ditentukan oleh jenis unsurnya. Unsur logam akan reaktif jika mudah melepas elektron sedang non logam sebaliknya, ia akan reaktif jika mudah menangkap elektron. Dengan demikian Logam paling reaktif terletak di paling kiri bawah ( golongan 1A paling bawah ) sedang untuk non logam unsur paling reaktifnya terletak di paling kanan atas (7A paling atas)

Dalam satu periode kereaktifan logam menurun tetapi kereaktifan non logam justru naik, sebaliknya dalam satu golongan, kereaktifan logam naik sedang kereaktifan

d. Rangkuman Periodisitas Sifat Unsur

Bertolak dari segenap uraian mengenai periodisitas unsur, dapat kita buat tabel sebagai berikut:

Rangkuman Periodisitas Sifat Unsur

Sifat Periodik

Segolongan dari atas

Seperiode dari Kiri

Jari-jari

makin besar

Makin kecil

Kelogaman / kereaktifan logam

makin besar

makin kecil

Kenonlogaman / kereaktifan non logam

makin kecil

makin besar

Keelektronegatifan

makin kecil

makin besar

Afinitas elektron

makin kecil

makin besar

Potensial Ionisasi

makin kecil

makin besar

Kereaktifan

C. Konfigurasi Aufbau

Menurut teori atom mekanika gelombang, electron-elektron dalam atom menempati orbital-orbital tertentu. Tiap orbital berisi 2 elektron yang arah spin-nya berlawanan. Dalam teori ini juga dikenal istilah sub kulit (sub ingkat Energi). Sub kulit adalah suatu tingkat energi yang ditempati (terdiri) atas satu atau beberapa orbital. Dikenal sub kulit s, p, d, f,  …. dan seterusnya. Sub kulit s terdiri atas satu orbital, jadi sub kulit s maksimum dapat memuat 2 elektron. Sub kulit p terdiri atas tiga orbital, jadi sub kulit p maksimum dapat memuat 6 elektron. Sub kulit d terdiri atas lima orbital, jadi sub kulit d maksimum dapat memuat 10 elektron. Sub kulit f terdiri atas tujuh orbital, jadi sub kulit f maksimum dapat memuat 14 elektron. Sub kulit bergabung membentuk kulit utama (Tingkat Energi Uatama). Dikenal uruan kulit sebagai berikut:

        Kulit Pertama adalah Kulit K terdiri satu sub kulit yaitu 1s

        Kulit kedua adalah Kulit L terdiri dua kulit yaitu 2s dan 2p

        Kulit ketiga adalah Kulit M terdiri tiga sub kulit yaitu 3s ; 3p dan 3d

        Kulit keempat adalah Kulit N terdiri empat sub kulit yaitu 4s ; 4p ; 4d dan 4f, begitu seterusnya.

Menurut azas aufbau (azas pembangunan), urutan sub kulit dimulai dari yang paling rendah tingkat energinya adalah sebagai berikut:

1s        2s        2p        3s        3p        4s        3d        4p        5s        4d        5p        6s        

4f        5d        6p        7s        5f        6d        7p.

Bagaimana elektron didistribusikan ?

D. Bilangan – Bilangan Kuantum

        Kedudukan elektron dalam atom ditentukan oleh empat macam bilangan kuantum. Bilangan-bilangan kuantum ini diperolh ketika orang menyelesaikan persamaan Schrodinger yang tidak dibahas di sini. Menurut eksklusi Pauli, dua buah elektron tidak boleh mempunyai bilangan kuantum yang ke empat-empatnya sama semua.  Artinya, paling tidak salah satu bilangan kuantum dari dua elektron dalam satu atom itu harus berbeda. Bilangan-bilngan kuantum itu adalah:

1. Bilangan Kuantum Utama (n)

        Bilangan kuantum utama n mempunyai harga mulai dari 1, 2, 3 .......... Bilangan kuantum utama ini merupakan penentu kulit.

        n                =         1        3        3        4        dan seterusnya

        Kulit                =        K        L        M        N        dan seterusnya

Bilangan n juga menentukan energi elektron dalam atom dan jarak rata-arata elektron dari inti atom.

2. Bilangan Kuantum Angular Translasi ()

        Bilangan kuantum  merupakan penentu sub kulit, harga  mulai dari 0 untuk sub kulit s sampai dengan n – 1 .

                         =         0        1        2        3        .............         (n  – 1)

        sub kulit        =        s        p        d        f        ..............

Untuk kulit K, n = 1, jadi hanya ada satu harga  yaitu 0. Jadi Kulit K hanya mempunyai satu sub kulit yaitu 1s.

Untuk kulit L, n = 2, jadi hanya ada dua harga  yaitu 0 dan 1. Jadi Kulit L     mempunyai dua sub kulit yaitu 2s dan 2p. Begitu seterusnya.

3. Bilangan Kuantum magnetik (m)

        Bilangan kuantum ini  merupakan penentu orientasi dan banyaknya orbital pada tiap sub kulit. Harga m mulai dari -  s.d +.  .

Sub kulit s, mempunyai harga  = 0, jadi hanya ada satu harga m yaitu 0. Oleh karena itu sub kulit s hanya terdiri atas satu orbital, dan digambar  

Sub kulit p, mempunyai harga  = 1, jadi hanya ada tiga harga m yaitu 1 ;0 dan +1. Oleh karena itu sub kulit p terdiri atas tiga orbital, dan digambar  

Begitu seterusnya.

4. Bilangan Kuantum magnetik spin (ms)

        Bilangan kuantum ini  merupakan penentu orientasi spin elektron. Karena orientasi (arah) spin hanya ada 2 kemungkinan (yaitu putar kiri dan putar kanan), tentu saja hanya ada dua harga ms yang keduanya harus berselisisih satu dan berbeda tanda. Jadi dua harga ms itu pasti + ½  dan  ½ .

Elektron dengan ms = ½ digambar ↑ , sedang elektron dengan ms = ½ digambar ↓.

Hubungan antara Kulit,  Sub kulit, Orbital dengan bilangan kuantum n,  dan m.

        Hubungannya dapat dilihat pada tabel berikut:

n

Kulit

subkulit

m

Gambar Orbital

1

K

0

1s

0

2

L

0

2s

0

1

2p

1; 0; +1

3

M

0

3s

0

1

3p

1; 0; +1

2

3d

1;1;0;+1;+2

4

N

0

4s

0

1

4p

1; 0; +1

2

4d

2;1;0;+1;+2

3

4f

−3;−2;1;0;+1;+2;+3

Posisi orbital, sub kulit dan kulit dalam sebuah atom, secara skematik dapat digambarkan sebagai berikut:

        

Aturan Hund

        Jika suatu sub kulit terdiri atas beberapa orbital, pengisian elektronnya dilakukan dengan mengisi masing-masing satu elektron sampai semua orbital terisi selanjutnya kembali mengisi elektron mulai orbital yang pertama dengan spin berlawanan. Sebagai contoh jika sub kulit p berisi 3  elektron, pengisiannya adalah:

Jika sub kulit p berisi 4 elektron, pengisiannya adalah:

Latihan:

1. Jika elektron berada pada 3d, maka bilangan kuantum berikut yang tidak mungkin adalah . . . .

        A. n = 3          = 2                m = 0        ms = + ½

        B. n = 3          = 2                m = 3        ms = + ½

        C. n = 3          = 2                m = +1        ms = + ½

        D. n = 3          = 2                m = +2        ms = + ½

        E. n = 3          = 2                m = −2        ms = + ½

        Jawab:

        Elektron berada pada sub kulit 3d, berarti n = 3 dan  = 2. Untuk  = 2, harga m yang mungkin adalah 2 atau 1 atau 0 atau +1 atau +2. Jadi susunan bilangan kuantum yang tidak mungkin adalah pilihan B. Karena m= 3, tidak mungkin ada pada sub kulit d.

2. Tentukan ke empat bilangan kuantum untuk elektron terakhir atom 26Fe.

        Jawab:

        Konfigurasi elektron 26Fe        = 6

        Jadi elektron terakhir berada pada sub kulit 3d yang ke enam, jadi n = 3 dan  = 2. Untuk menentukan harga m dan ms kita gambarkan elektron ke enam pada sub kulit d yaitu sebagai berikut:

                

        

        Elektron ke enam adalah yang berada pada posisi terbalik, jadi m = 2 dan ms =  ½

        Jadi ke empat bilangan kuantum elektron terakhir 26Fe adalah:

n = 3         = 2                m = 2        ms =  ½

        Catatan: Jika yang ditanyakan elektron terluar maka yang dimaksud adalah elektron kedua pada 4s

n = 4         = 0                m = 0        ms =  ½

3. Tentukan nomor atom dan letak dalam sistem periodik jika elektron terakhir dari suatu atom mempunyai bilangan kuantum sebagai berikut:

n = 5         = 1                m = +1        ms =  ½

        Jawab:

                 sub kulit 5p, yang terdiri atas 3 orbital. Karena m = +1, berarti elektron berada pada orbital ke tiga dari 3 orbital yang ada. Dan karena ms = + ½ , berarti posisi elektronnya tegak, dan ini dapat digambarkan sebagai berikut:

                

        Elektron tersebut adalah elektron p yang ke tiga. Jadi konfigurasi elektron berakhir pada sub kulit 5p3, dan konfigurasi lengkapnya adalah:

3

Jadi nomor atomnya = 51        ; nomor golongan = 5A ; nomor periode = 5.

=================