Partikel Dasar Penyusun Atom, Nomor Atom dan Nomor Massa, Isotop, Isobar,
dan Isoton, Konfigurasi elektron, Elektron Valensi dan Massa Atom Relatif
Partikel
Dasar Penyusun Atom
Pada
1808, John Dalton menyatakan bahwa atom adalah partikel terkecil yang tidak
dapat dibagi lagi. Teori atom Dalton bertahan hingga ditemukannya partikel
dasar penyusun atom pada 1896. Atom demikian kecil sehingga tidak dapat dilihat
walaupun dengan mikroskop. Akan tetapi sifat atom dapat dipelajari dari gejala
yang timbul bila diberi medan listrik, medan magnet, atau cahaya. Dari gejala
tersebut telah dibuktikan bahwa atom mengandung elektron, proton, dan neutron
yang disebut partikel dasar pembentuk atom.
1).
Elektron
Pada
tahun 1875, Crookes membuat tabung kaca yang kedua ujungnya dilengkapi dengan
sekeping logam sebagai elektroda (gambar 1). Setelah udara dalam tabung
divakumkan dan kedua elektroda dihubungkan dengan arus searah bertegangan
tinggi, ternyata timbul sinar pada kutub negatif (katoda) yang bergerak ke
kutub positif (anoda). Oleh sebab itu, sinar ini disebut sinar katoda dan alatnya
disebut tabung sinar katoda.
Gambar 1.
Tabung sinar katoda.
Sinar
mengalir dari katoda (-) ke anoda (+)
Sinar
katoda bersifat sebagai berikut:
a)
Secara normal sinar katoda bergerak lurus.
b)
Sinar ini dapat memutar baling-baling kecil yang diletakkan antara kedua
elektroda. Berarti sinar ini mempunyai energi dan bersifat sebagai materi.
c)
Sinar katoda dibelokkan oleh medan listrik dan magnet. Arah pembelokan itu
menunjukkan bahwa sinar ini bermuatan negatif.
d)
Dengan menggunakan spektroskopi massa ternyata partikel ini mempunyai e/m =
-1,76 x 108 C g-.
e)
Kemudian pada tahun 1908, R.A. Milikan mengukur sinar katoda dengan alat
tetesan minyak, ternyata muatan partikelnya = -1,6 x 10-19 C.
Dari
kedua percobaan diatas diperoleh massa elektron = 9,11 x 10-28 g.
Hasil penyelidikan selanjutnya menunjukkan bahwa sinar katoda merupakan
partikel yang paling ringan dan paling kecil. Sifat sinar katoda ini tidak
bergantung pada bahan katoda yang digunakan. Hal ini dibuktikan oleh Thomson
dengan mengganti katoda percobaan Crookes dengan logam lain, dan ternyata
hasilnya sama. Akhirnya ia berkesimpulan bahwa sinar katoda adalah partikel
negatif yang terdapat pada semua atom. Partikel ini kemudian diberi nama
elektron (Syukri, 1999, hal. 116).
2).
Proton
Goldstein
pada tahun 1886, membuat alat yang mirip tabung Crookes. Katoda dibuat
berlubangdan diletakkan agak ke dalam (gambar 2). Tabung diisi gas hidrogen
bertekanan rendah. Setelah dialirkan listrik menghasilkan dua macam sinar.
Pertama sinar katoda (elektron) yang bergerak dari katoda ke anoda. Kedua,
sinar yang bergerak ke katoda dan sebagian masuk ke dalam lobang (saluran)
sehingga disebut juga sinar saluran.
Gambar 2.
Tabung sinar negatif yang mempunyai lubang-lubang
pada
katoda, sehinga dilewati oleh sinar positif.
Hasil
penyelidikan terhadap sinar saluran adalah sebagai berikut :
a)
Diuji dengan medan listrik atau magnet ternyata sinar ini bermuatan positif,
maka disebut juga sinar positif.
b)
Jika tabung diisi gas lain, seperti helium, oksigen, dan nitrogen, menghasilkan
sinar positif yang berbeda. Berarti sinar yang dihasilkan bergantung pada jenis
gas dalam tabung.
c)
Nilai e/m sinar ini berbeda antara yang satu dengan yang lain. Hal ini berarti
sinar positif mempunyai massa dan muatan tertentu. Massa sinar positif jauh
lebih besar daripada elektron.
d)
Sinar positif yang paling ringan berasal dari gas hidrogen dan bermuatan
sebesar muatan elektron, tetapi tandanya berlawanan. Partikel ini kemudian
dikenal dengan nama proton. Massa proton = 1,6726 x 10-24 g
(Syukri, 1999, hal. 117).
3).
Neutron
Pada
tahun 1932, James Chadwick melakukan eksperimen untuk membuktikan hipotesis
Rutherford bahwa dalam inti atom terdapat neutron. Ia menembak atom berilium
dengan sinar alfa. Dari hasil penembakan itu terdeteksi adanya partikel tidak
bermuatan yang mempunyai massa hampir sama dengan proton. Karena sifatnya
netral, partikel tersebut dinamakan neutron. Neutron mempunyai massa 1,6750 x
10-24 g.
b. Nomor
Atom dan Nomor Massa
1). Nomor
Atom
Nomor
atom suatu unsur menunjukkan jumlah proton yang terdapat dalam atom. Dalam atom
netral jumlah proton sama dengan jumlah elektron, sehingga nomor atom juga
menunjukkan banyaknya jumlah elektron yang terdapat pada atom. Hal ini berlaku
untuk atom netral. Nomor atom diberi lambang Z.
|
|
|
Nomor atom = Z = jumlah proton = jumlah elektron
|
|
2). Nomor
massa
Nomor
massa menggambarkan massa partikel-partikel penyusun atom, yaitu massa proton,
massa elektron, dan massa neutron. Massa elektron sangat kecil dibandingkan
massa proton dan neutron sehingga massa elektron ini dapat diabaikan. Nomor
massa diberi notasi A dan dapat didefenisikan sebagai jumlah proton dan jumlah
neutron.
|
|
|
Nomor massa = A = jumlah proton + jumlah neutron
eleelektronjumlahelektron
|
|
Notasi
atom lengkap dapat ditulis sebagai berikut :
A
Z
dimana
X : lambang unsur
A : nomor
massa (jumlah proton + jumlah neutron)
Z : nomor
atom (jumlah proton)
Contoh :
23 Na :
11
jumlah
proton (Z) = 11
jumlah
elektron (Z) = 11
jumlah
neutron (A-Z) = 23 – 11 = 12
Ion
:
jumlah
proton (Z) = 9
jumlah
elektron (Z + 1) = 10
jumlah
neutron (A-Z) = 19 – 9 = 10
c.
Isotop, Isobar, dan Isoton
1).
Isotop
Isotop
adalah atom-atom yang memiliki nomor atom sama, tetapi nomor massanya berbeda.
Nomor atom ditentukan oleh jumlah proton. Jumlah proton dalam isotop-isotop
adalah sama, yang berbeda hanyalah jumlah neutronnya.
Contoh :
memiliki
6 proton dan 6 neutron
memiliki
6 proton dan 7 neutron
memiliki
6 proton dan 8 neutron
Isotop-isotop
tersebut, ketiganya merupakan atom karbon yang sifat-sifat kimianya identik.
Perbedaan isotop-isotop ini terletak pada sifat fisikanya, seperti massa.
2).
Isobar
Isobar
adalah atom-atom yang memiliki nomor massa sama, tetapi nomor atomnya berbeda.
Contoh :
dan
memiliki nomor massa sama yaitu 14.
dan
memiliki nomor massa 24.
Sifat
kimia setiap isobar sangat berbeda karena unsurnya memang berbeda. Satu-satunya
kesamaan isobar adalah massanya.
3).
Isoton
Isoton
adalah atom-atom yang memiliki jumlah neutron sama, tetapi jumlah proton
berbeda. Contoh :
dan
memiliki 7 neutron.
dan
memiliki 16 neutron.
Isoton-isoton
memiliki massa dan sifat yang berbeda.
d.
Konfigurasi Elektron dan Elektron Valensi
Menurut
teori atom Bohr, elektron berada dalam suatu lintasan atau orbit tertentu yang
disebut lintasan elektron atau kulit elektron. Berdasarkan jaraknya dari inti
atom, terdapat beberapa kulit.
1)
Kulit ke-1 atau kulit K
2)
Kulit ke-2 atau kulit L
3)
Kulit ke-3 atau kulit M
4)
Kulit ke-4 atau kulit N
5)
Kulit ke-5 atau kulit O
6)
Kulit ke-6 atau kulit P
7)
Kulit ke-7 atau kulit Q
Setiap
kulit memiliki tingkat energi tertentu. Semakin dekat ke inti atom, semakin
kecil tingkat energinya. Sebaliknya, semakin jauh dari inti atom, semakin besar
tingkat energinya.
Berdasarkan
hal tersebut, urutan tingkat energi dapat dituliskan sebagai berikut:
|
|
|
Kulit K< kulit
L< kulit M< kulit N< kulit O< kulit P<kulit Q,
atau E1<
E2< E3< E4< E5< E6<
E7
|
|
1).
Konfigurasi Elektron
Elektron
dalam atom tersusun berdasarkan tingkat energinya. Pengisian atau penyebaran
elektron-elektron pada kulit-kulit atom dinamakan konfigurasi elektron.
Konfigurasi elektron per kulit didasarkan pada jumlah elektron maksimum yang
dapat mengisi setiap kulit sesuai dengan rumusan :
Σ
e maksimum per kulit = 2n2
|
|
Harga n
menunjukkan kulit yang ditempati elektron, yang dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3.
Jumlah elektron maksimum di setiap kulit
Kulit
|
n
|
Σ
e maksimum
|
KLMN
|
1234
|
2(1)2=
22(2)2= 82(3)2= 182(4)2 = 32
|
Sumber:
(Sutresna, 2007, hal. 18)
Urutan
pengisian elektron dimulai dari kulit yang memiliki tingkat energi terendah,
kemudian kulit berikutnya yang memiliki energi lebih tinggi, sampai pada kulit
terakhir, contohnya dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4.
Konfigurasi elektron atom berkulit K sampai N
Atom
|
Jumlah
elektron
|
Kulit
K(n = 1)
|
Kulit
L(n = 2)
|
Kulit
M(n = 3)
|
Kulit
N(n = 4)
|
1H3Li6C12Mg33As
|
1361233
|
12222
|
-1488
|
—218
|
—-5
|
Sumber: (
Sutresna, 2007, hal. 19)
Jika
jumlah elektron yang tersedia tidak mencapai jumlah elektron maksimum dalam
suatu kulit, bahkan lebih besar dari jumlah elektron maksimum kulit sebelumnya,
maka kulit yang akan ditempati elektron harus menggunakan jumlah elektron yang
sama dengan jumlah elektron maksimum dalam kulit sebelumnya. Hal tersebut dapat
digambarkan dengan bagan sebagai berikut:
2 (jika
elektron yang tersedia ≥ 2)
1 (hanya
untuk H)
8 (jika
elektron yang tersedia ≥ 8)
Jumlah
elektron sisa (jika elektron yang tersedia < 8)
18 ( jika
elektron yang tersedia > 18)
8 (jika 8
≤ elektron < 18 yang tersedia)
Jumlah
elektron sisa (jika elektron yang tersedia < 8)
32 (jika
elektron yang tersedia > 32)
18 (jika
18 ≤ elektron < 32 yang tersedia)
8 (jika 8
≤ elektron < 18 yang tersedia)
Sisa
(jika elektron yang tersedia < 8)
Sumber:
(Sutresna, 2007, hal. 19)
2).
Elektron Valensi
Elektron
valensi merupakan elektron yang terletak pada kulit terluar sehingga memiliki
tingkat energi paling tinggi. Elektron valensi inilah yang berperan dalam
reaksi kimia. Elektron kulit terluar ini dapat lepas, dipertukarkan, atau
dipakai bersama dengan atom lain membentuk ikatan antar atom. Jumlah maksimum
elektron valensi adalah 8. Dengan menentukan konfigurasi elektronnya, maka
dapat diketahui jumlah elektron pada kulit terluarnya (elektron valensi),
contohnya seperti pada Tabel 5.
Tabel 5.
Elektron valensi beberapa atom
Unsur
|
Jumlah
elektron
|
Kulit
K
|
Kulit
L
|
Kulit
M
|
Elektron
valensi
|
2He8O12Mg
|
2812
|
222
|
68
|
2
|
262
|
Sumber:
(Sutresna, 2007, hal. 20)
e. Massa
Atom Relatif
Ukuran
atom sangat kecil, sehingga tidak mungkin untuk menimbang sebuah atom. Hal yang
mungkin dilakukan adalah menentukan secara eksperimen massa sebuah atom relatif
terhadap atom lain. Massa atom relatif adalah perbandingan massa antara atom
yang satu terhadap atom yang lainnya. Massa pembanding yang telah disepakati
adalah 1/12 dari massa 1 atom C-12. Oleh karena umumnya unsur terdiri dari
beberapa isotop, maka pada penetapan massa atom relatif digunakan massa
rata-rata dari isotop-isotopnya