Struktur Elektron Atom

STRUKTUR ATOM

2

Partikel Penyusun Atom

• Neutron : James Chadwick

• Proton : Eugene Goldstein

• Elektron : J.J. Thomson

struktur atom

gaya-gaya diantara atom

molekul

Dalam bab ini akan dipelajari struktur elektron suatu atom

Posisi dimana elektron suatu atom paling mungkin ditemukan

Gerak partikel bermuatan listrik

Medan listrik

&

Medan magnet

Berpencar di ruang atau medium sekeliling partikel

Cara penyebaran :

Gelombang

Gelombang:

cara memindahkan energi dalam suatu jarak ttt

Radiasi Elektromagnetik

Transfer energi

Sifat Gelombang

Panjang gelombang (λ) menyatakan jarak di antara titik-titik yang identik pd gelombang2 yang berurutan.

Amplitudo adalah jarak vertikal dari garis tengah gelombang ke puncak atau lembah.

7.1

Sifat Gelombang

Frekuensi (ν) adalah jumlah gelombang yang melewati titik tertentu dalam 1 dtk (Hz = 1 siklus/dt).

laju (u) gelombang = λ x ν

7.1

Maxwell (1873), menyatakan bahwa cahaya yang terlihat terdiri dari gelombang elektromagnetik.

Radiasi Elektromagnetik adalah emisi dan transmisi energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik.

Kecepatan cahaya (c) dlm ruang hampa = 3,00 x 10⁸ m/dt

Seluruh radiasi elektromagnetik

λ x ν = c

7.1

7.1

λ x ν = c

λ = c/ν

λ = 3,00 x 10⁸ m/dt / 6,0 x 10⁴ Hz

λ = 5,0 x 10³ m

λ = 5,0 x 10¹² nm

7.1

Masalah #1, “Black Body Problem”�Diselesaikan oleh Planck pada tahun 1900

Energi (cahaya) dapat dipancarkan atau diserap hanya dalam kuantitas diskrit (kuantum).

E = h x ν

Konstanta Planck (h)

h = 6,63 x 10^-34 J•s

7.1

Cahaya memiliki:

1. sifat2 gelombang
2. sifat2 partikel

Masalah #2, “Efek Fotolistrik”�Ditemukan Einstein di th 1905

foton merupakan “partikel” cahaya

hν

KE e^-

7.2

E = h x ν

E = 6,63 x 10^-34 (J•s) x 3,00 x 10 ⁸ (m/s) / 0,154 x 10^-9 (m)

E = 1,29 x 10 ^-15 J

E = h x c / λ

7.2

7.3

7.3

1. e^- hanya dapat memiliki besaran energi yg spesifik (terkuantisasi).
2. cahaya dipancarkan sebagai gerakan e^- dari suatu tingkat energi level tingkat energi yg lebih rendah.

Model Atom Bohr (1913)

n (bilangan kuantum utama) = 1,2,3,…

R_H (konstanta Rydberg) = 2,18 x 10^-18J

7.3

eksitasi

Pancaran cahaya

n = 4

n = 3

n = 2

n = 1

foton

E_foton = ΔE = E_f - E_i

7.3

E_foton = 2,18 x 10^-18 J x (1/25 - 1/9)

E_foton = ΔE = -1,55 x 10^-19 J

λ = 6,63 x 10^-34 (J•s) x 3,00 x 10⁸ (m/dt)/1,55 x 10^-19J

λ = 1.280 nm

E_foton = h x c / λ

λ = h x c / E_foton

7.3

De Broglie (1924) menyatakan bahwa e^- merupakan partikel dan gelombang.

2πr = nλ λ = h/mu

u = kecepatan e^-

m = massa e^-

7.4

λ = h/mu

λ = 6,63 x 10^-34 / (2,5 x 10^-3 x 15,6)

λ = 1,7 x 10^-32 m = 1,7 x 10^-23 nm

m dlm kg

h dlm J•s

u dlm (m/dt)

7.4

Rumus Gelombang Schrodinger

In 1926 Schrodinger menulis suatu rumusan yang mendeskripsikan sifat-sifat partikel dan gelombang dari e^-

Fungsi gelombang (Ψ) menyatakan:

• . energi e^- memiliki jml tertentu Ψ
• . probabilitas memperoleh e^-

dalam suatu volume ruang

Rumus Schrodinger hanya dapat memprediksi atom hidrogen. Untuk sistem dg banyak elektron hanya dapat dilakukan perkiraan.

7.5

Rumus Gelombang Schrodinger

Ψ = fn(n, l, m_l, m_s)

bilangan kuantum utama n

n = 1, 2, 3, 4, ….

7.6

jarak e^- dari inti

7.6

23

Bilangan Kuantum

• Kedudukan elektron dalam atom dapat diterangkan dengan persamaan fungsi gelombang Schrödinger (Ψ)

• Electron in atoms display four characteristics:
• Energy
• Orbital shape
• Orbital orientation
• Spin orientation

Quantum Numbers

• Quantum numbers are used to characterized the properties of electron

• Penyelesaian Ψ diperoleh 3 Bilangan:

• 2 elektron dalam 1 orbital dibedakan dengan Bilangan Kuantum Spin (s)

• Bilangan Kuantum Utama (n)

• Bilangan Kuantum Azimuth (l)

• Bilangan Kuantum Magnetik (m)

​

Bilangan kuantum utama (n)

​

​

• 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

• Menunjukkan letak elektron pada kulit atau tingkat energi utama.

Bilangan kuantum Azimut (l )

​

​

• Nilai (l) adalah dari 0 sampai (n-1) untuk :

• Menunjukkan letak elektron dalam subkulit, serta juga menggambarkan jumlah subkulit.

Ukuran “volume” ruangan yang ditempati e^-

• n = 4 maka = 0, 1, 2, 3 🡪 l = 3, disebut subkulit f

• n = 3 maka = 0, 1, 2 🡪 l = 2, disebut subkulit d

• n = 2 maka = 0, 1 🡪 l = 1, disebut subkulit p

• n = 1 maka = 0 🡪 l = 0, disebut subkulit s

• Jumlah sublevel/ subkulit yang terdapat pada suatu tingkatan energi equal dengan prinsip bilangan kuantum.
• Contoh:
• tingkat energi kedua akan mempunyai 2 subkulit dan tingkat energi ketiga akan mempunyai 3 subkulit.
• Subkulit yang pertama disebut subkulit s. Yang kedua disebut subkulit p. Dan yang ketiga disebut subkulit d.

7.6

7.6

Bilangan kuantum magnetik (m)

​

​

• Contoh :
• l = 0 maka m = 0

• Untuk setiap l, harga m = -l sampai dengan +l.

• Menunjukkan orientasi orbital dalam ruangan dan juga menunjukkan banyaknya orbital pada subkulit.

• l = 3 maka m = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

• l = 2 maka m = -2, -1, 0, +1, +2

• l = 1 maka m = -1, 0, +1

m_l = -1

m_l = 0

m_l = 1

m_l = -2

m_l = -1

m_l = 0

m_l = 1

m_l = 2

7.6

Bilangan kuantum spin (s)

​

​

• Karena elektron hanya mempunyai 2 nilai spin, maka suatu orbital atom tidak mungkin mengandung lebih dari 2 elektron.

• Nilai s adalah -1/2 dan +1/2

• Menunjukkan arah putaran elektron dalam orbital. Pada orbital maksimum terdapat dua elektron dengan arah yang berlawanan.

Ψ = fn(n, l, m_l, m_s)

bilangan kuantum spin elektron m_s

m_s = +½ or -½

Rumus Gelombang Schrodinger

m_s = -½

m_s = +½

7.6

Eksistensi (dan energi) elektron pd atom dideskripsikan

oleh fungsi gelombang khas Ψ.

Prinsip larangan Pauli – tidak ada elektron2 dlm satu

atom yg memiliki keempat bilangan kuantum yg sama.

Rumus Gelombang Schrodinger

Ψ = fn(n, l, m_l, m_s)

Tiap kursi teridentifikasi secara khusus (E, R12, S8)

Tiap posisi hanya dapat menampung satu individu pada suatu waktu

7.6

7.6

• Subkulit dan Orbital
• Orbital merupakan suatu ruang yang ditempati maksimal sampai dengan 2 elektron.
• Setiap subkulit mempunyai jumlah orbital dan elektron yang berbeda.

Rumus Gelombang Schrodinger

Ψ = fn(n, l, m_l, m_s)

Kulit – elektron dengan nilai n yang sama

Subkulit – elektron dengan nilai n dan l yang sama

Orbital – elektron dg nilai n, l, dan m_l yang sama

Jika n, l, dan m_l tetap, maka m_s = ½ or - ½

Ψ = (n, l, m_l, ½)

or Ψ = (n, l, m_l, -½)

Satu orbital dapat menampung 2 elektron

7.6

2p

jika l = 1, maka m_l = -1, 0, or +1

3 orbital

3d

If l = 2, maka m_l = -2, -1, 0, +1, or +2

5 orbital dapat menampung total 10 e^-

7.6

• Cara yang mudah untuk menghitung jumlah elektron total yang terdapat dalam suatu tingkatan energi adalah 2n².

Energi di orbital pada atom dg satu elektron

Energi hanya ditentukan oleh bilangan kuantum utama n

7.7

Energi di orbital pd atom dg banyak elektron

Energi ditentukan oleh n dan l

7.7

Urutan pengisian subkulit pada atom berelektron banyak

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

7.7

Konfigurasi Elektron

• Merupakan susunan elektron dalam atom atau molekul.
• Suatu subkulit dituliskan dalam notasi ” nx^y ”, dimana:
• n melambangkan jumlah kulit atom
• x melambangkan subkulit atom
• y menunjukkan jumlah elektron pada subkulit atom
• Subkulit atom akan dituliskan berurutan sesuai dengan peningkatan energi.

1s¹

diagram orbital

H

7.8

• Contoh: Helium (He)

1s²

• Angka 1 menunjukkan prinsip bilangan kuantum (n) yang menggambarkan tingkatan energi.
• Huruf “s” merupakan bilangan kuantum momentum angular yang menggambarkan bahwa ada 2 elektron atom helium menempati orbital “s”.
• Eksponen 2 menunjukkan jumlah elektron total pada orbital atau subkulit.

​

• Untuk mengetahui susunan atom - atom tata ruang elektron dalam atom perlu diikuti aturan sebagai berikut :

a. Prinsip Aufbau

b. Prinsip Hund

c. Prinsip Pauli

​

A. Prinsip Aufbau

• Bila suatu atom pada kondisi ‘ground state’ (energi orbitalnya paling rendah), konfigurasi elektronnya mengikuti prinsip Aufbau.
• Pengisian orbital atom oleh elektron sesuai dengan energi relatifnya; orbital dengan energi lebih rendah akan terisi elektron lebih dahulu.

​

​

​

​

​

​

​

​

Contoh:

₁₁Na : 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

₂₁Sc : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹

​

H 1 elektron

H 1s¹

He 2 elektron

He 1s²

Li 3 elektron

Li 1s²2s¹

Be 4 elektron

Be 1s²2s²

B 5 elektron

B 1s²2s²2p¹

C 6 elektron

7.7

b. Prinsip Hund�

• Berdasarkan susunan elektronnya: suatu atom stabil apabila orbitalnya terisi elektron penuh atau setengah penuh

​

​

​

​

​

• Contoh:

​

• Subkulit d yang berisi setengah penuh atau penuh (5 elektron) akan lebih stabil dibandingkan subkulit s atau subkulit berikutnya.

• Hal ini dikarenakan energi yang dibutuhkan elektron untuk mempertahankan elektron setengah penuh pada subkulit d lebih kecil daripada subkulit s yang penuh.

c. Prinsip Pauli

• Tidak ada dua elektron dalam suatu atom yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama.
• Bila 2 elektron dalam suatu atom memiiki nilai bilangan n, l dan m yang sama, maka kedua elektron tersebut pasti memiliki nilai bilangan s yang berbeda.

Contoh soal

• Buatlah list cara penulisan yang berbeda untuk menuliskan bilangan-bilangan kuantum untuk elektron yang berada pada orbital 3p!

​

Jawab:

(3, 1, -1, +1/2) (3, 1, -1, -1/2)

(3, 1, 0, +1/2) (3, 1, 0, -1/2)

(3, 1, 1, +1/2) (3, 1, 1, -1/2)

• Suatu atom oksigen mempunyai 8 elektron. Tuliskan keempat bilangan kuantum untuk masing-masing elektron pada ground state!
• Gambarkan diagram orbital untuk elemen Cr dan Cu!
• Tuliskan konfigurasi elektron untuk potassium dan kalsium!

​

• Oksigen

​

​

1s² 2s² 2p⁴

Elektron n l m s Orbital

1 1 0 0 +1/2 1s

2 1 0 0 -1/2

3 2 0 0 +1/2 2s

4 2 0 0 -1/2

5 2 1 -1 +1/2

6 2 1 0 + 1/2 2p^x, 2p^y, 2p^z

7 2 1 1 +1/2

8 2 1 -1 -1/2

• Potasium (K) 🡪 19 elektron

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹

• Kalsium (Ca) 🡪 20 elektron

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²

​

Konfigurasi Elektron dan Tabel Periodik

• Periode Pertama��Hidrogen hanya memiliki satu elektron pada orbital 1s, kita dapat menuliskannya dengan 1s¹ dan helium memiliki dua elektron pada orbital 1s sehingga dapat dituliskan dengan 1s²��

• Periode kedua��Level kedua, yaitu periode kedua. Elektron litium memenuhi orbital 2s karena orbital ini memiliki energi yang lebih rendah daripada orbital 2p. Litium memiliki konfigurasi elektron 1s² 2s¹. Berilium memiliki elektron kedua pada level yang sama - 1s² 2s².��Level 2p. Pada level ini seluruhnya memiliki energi yang sama, sehingga elektron akan menempati tiap orbital satu persatu.�

B 1s² 2s² 2p_x¹

C 1s² 2s² 2p_x¹ 2p_y¹

N 1s² 2s² 2p_x¹ 2p_y¹ 2p_z¹

• Elektron selanjutnya akan membentuk sebuah pasangan dengan elektron tunggal yang sebelumnya menempati orbital.��O 1s² 2s² 2p_x² 2p_y¹ 2p_z¹�F 1s² 2s² 2p_x² 2p_y² 2p_z¹�Ne 1s² 2s² 2p_x² 2p_y² 2p_z²�

Mg 12 elektron

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s

1s²2s²2p⁶3s²

2 + 2 + 6 + 2 = 12 elektron

7.8

Tersusun menjadi [Ne]3s²

[Ne] 1s²2s²2p⁶

Cl 17 elektron

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s

1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17 elektron

Elektron terakhir ditambahkan pd orbital 3p

n = 3

l = 1

m_l = -1, 0, or +1

m_s = ½ or -½

Subkulit terluar yang terisi dengan elektron

7.8

7.8

Soal

1. a. Tuliskan konfigurasi elektron ₁₅P

b. Ada berapa elektron dalam orbital 3p ? Tuliskan semua bilangan kuantumnya

​

2. a. Tuliskan konfigurasi elektron ₂₀Ca

b. Ada berapa elektron dalam orbital 3p ? Tuliskan semua bilangan kuantumnya

c. Ada berapa elektron dalam orbital 4s ? Tuliskan semua bilangan kuantumnya

​

​

Paramagnetik

Elektron tdk berpasangan

Diamagnetik

Seluruh elektron berpasangan

7.8