Makalah Tentang Struktur Atom dan Molekul

A.STRUKTUR ATOM

1. PENGERTIAN

Menurut Bohr Atom adalah suatu struktur yang terdiri dari inti bermuatan positif yang di kelilingi oleh elektron-elektron yang mengorbit. Elektron akan jatuh kedalam inti bila tanpa gaya centripugal dalam gerakanya agar dapat mengimbangi penarikan inti.

Atom adalah suatu satuan dasar materi, yang terdiri atas inti atom serta awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Atom yang mengandung jumlah proton dan elektron yang sama bersifat Netral, sedangkan yang mengandung jumlah proton dan elektron yang berbeda bersifat positif atau negatif dan disebut sebagai Ion.

Struktur Atom merupakan satuan dasar materi yang terdiri dari inti atom beserta awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya. Istilah atom berasal dari Bahasa Yunani, yang berarti tidak dapat dipotong ataupun sesuatu yang tidak dapat dibagi-bagi lagi.

1) Partikel Dasar adalah partikel-partikel pembentuk atom yang terdiri dari elektron, proton dan neutron.

a. Proton : partikel pembentuk atom yang mempunyai massa sama dengan satu sma (amu) dan bermuatan +1.

b. Neutron : partikel pembentuk atom yang bermassa satu sma (amu) dan netral.

c.  Elektron : partikel pembentuk atom yang tidak mempunyai massa dan bermuatan -1.

2) Nukleus adalah Inti atom yang bermuatan positif, terdiri dari proton dan neutron.

3) Notasi Unsur ( Nomor Atom dan Massa Atom )

Henry Gwyn-Jeffreys mengusulkan istilah nomor atom (Z) untuk menyebutkan jumlah proton. Massa atom ataau nomor massa (A) untuk menyebutkan jumlah nucleon ( jumlah proton + neutron ) dalam inti atom.

Ø Cara penulisan nomor atom (Z) dan massa atom (A)

 → X = tanda atom (unsur)

     A = nomor atom

     Z = massa atom

Nomor atom (Z) = jumlah electron (e) = jumlah proton (p)

Massa atom (A) = jumlah proton + neutron

Jumlah neutron = A - Z

Pada atom netral, berlaku: jumlah elektron = jumlah proton.

4) Atom Tak Netral

Atom Tak Netral adalah atom yang bermuatan listrik karena kelebihan atau kekurangan elektron bila dibandingkan dengan atom netralnya.

Ø Atom bermuatan positif bila kekurangan elektron, disebut kation.

Ø Atom bermuatan negatif bila kelebihan elektron, disebut anion.

Contoh:

Ø Cl^- : anion dengan kelebihan 1 elektron

Ø O² : anion dengan kelebihan 2 elektron

Ø Na⁺ : kation dengan kekurangan 1 elektron

Ø Mg^2- : kation dengan kekurangan 2 elektron

5) Isotop

Atom-atom dari unsur yang sama dapat memiliki massa yang berbeda, ini disebut isotop. Jadi, isotop adalah unsure-unsur sejenis yang memiliki jumlah proton sama tetapi jumlah neutron berbeda. Atau isotop adalah unsur-unsur sejenis yang memiliki nomor atom sama tetapi massa atom berbeda.

Contoh:

Ø Isotop oksigen: ;  ;

6) Isobar

Isobar adalah unsur yang bilangan massanya sama, tetapi berbeda nomor atomnya. Contoh:  dengan

7) Isoton

Isoton adalah unsur dengan jumlah neutron yang sama. Contoh:  dengan

8) Iso Elektron

Iso Elektron adalah atom/ion dengan jumlah elektron yang sama. Contoh: Na⁺ dengan Mg²⁺  dan K⁺ dengan Ar.

2. MODEL ATOM

1) MODEL ATOM JOHN DALTON

Pada tahun 1808, John Dalton yang merupakan seorang guru di Inggris, melakukan perenungan tentang atom. Hasil perenungan Dalton menyempurnakan teori atom Democritus. Bayangan Dalton dan Democritus adalah bahwa atom berbentuk pejal. Dalam renungannya Dalton mengemukakan postulatnya tentang atom:

a. Setiap unsur terdiri dari partikel yang sangat kecil yang dinamakan dengan atom

b. Atom dari unsur yang sama memiliiki sifat yang sama

c.  Atom dari unsur berbeda memiliki sifat yang berbeda pula

d. Atom dari suatu unsur tidak dapat diubah menjadi atom unsur lain dengan reaksi kimia, atom tidak dapat dimusnahkan dan atom juga tidak dapat dihancurkan

e. Atom-atom dapat bergabung membentuk gabungan atom yang disebut molekul

f.   Dalam senyawa, perbandingan massa masing-masing unsur adalah tetap

g. Reaksi kimia merupakan proses penggabungan atau pemisahan atom dari unsur-unsur yang terlihat.

Ø Teori atom Dalton ditunjang oleh 2 hukum alam yaitu :

a.   Hukum Kekekalan Massa ( hukum Lavoisier ) : massa zat sebelum dan sesudah reaksi adalah sama.

b.  Hukum Perbandingan Tetap ( hukum Proust ) : perbandingan massa unsur-unsur yang menyusun suatu zat adalah tetap.

Ø Kelemahan Model Atom Dalton :

a.   Tidak dapat membedakan pengertian atom den molekul. Dan atom ternyata bukan partikel yang terkecil.

b.  Tidak dapat menjelaskan perbedaan antara atom unsur yang satu dengan unsur yang lain

c.   Tidak dapat menjelaskan sifat listrik dari materi

d.  Tidak dapat menjelaskan cara atom-atom saling berikatan

2) MODEL ATOM J.J. THOMPSON

Pada tahun 1897, J.J Thomson mengamati electron. Dia menemukan bahwa semua atom berisi elektron yang bermuatan negatif. Dikarenakan atom bermuatan netral, maka setiap atom harus berisikan partikel bermuatan positif agar dapat menyeimbangkan muatan negatif dari elektron. Menurutnya atom :

a.   atom merupakan suatu bola bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron-elektron seperti kismis.

b.  jumlah muatan positif sama dengan muatan negatif, sehingga atom bersifat netral.

Ø Kelebihan Model Atom Thomson

Membuktikan adanya partikel lain yang bermuatan negatif dalam atom. Berarti atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu unsur.

Ø Kelemahan Model Atom Thomson

Model Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.

3) MODEL ATOM RUTHERFORD

Rutherford melakukan penelitian tentang hamburan sinar α pada lempeng emas. Hasil pengamatan tersebut dikembangkan dalam hipotesis model atom Rutherford.

a.   atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dengan muatan positif yang massanya merupakan massa atom tersebut.

b.  elektron-elektron dalam atom bergerak mengelilingi inti tersebut.

c.   banyaknya elektron dalam atom sama dengan banyaknya proton dalam inti dan ini sesuai dengan nomor atomnya.

Ø Kelemahan Model Atom Rutherford :

a. Menurut hukum fisika klasik, elektron yang bergerak mengelilingi inti memancarkan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Akibatnya, lama-kelamaan elektron itu akan kehabisan energi dan akhirnya menempel pada inti.

b. Model atom rutherford ini belum mampu menjelaskan dimana letak elektron dan cara rotasinya terhadap ini atom.

c.  Elektron memancarkan energi ketika bergerak, sehingga energi atom menjadi tidak stabil.

d. Tidak dapat menjelaskan spektrum garis pada atom hidrogen (H).

4) MODEL ATOM NIELS BOHR

Pada tahun 1913, Niels Bohr mengemukakan pendapatnya bahwa elektron bergerak mengelilingi inti atom pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit atom. Model atom Bohr merupakan penyempurnaan dari model atom Rutherford.

a.   Elektron-elektron dalam mengelilingi inti berada pada tingkat-tingkat energy (kulit) tertentu tanpa menyerap atau memancarkan energy.

b.  Elektron dapat berpindah dari kulit luar ke kulit yang lebih dalam dengan memancarkan energi, atau sebaliknya.

Ø Kelemahan Model Atom Niels Bohr :

a.   Hanya dapat menerangkan spektrum dari atom atau ion yang mengandung satu elektron dan tidak sesuai dengan spektrum atom atau ion yang berelektron banyak.

b.  Tidak mampu menerangkan bahwa atom dapat membentuk molekul melalui ikatan kimia.

5) MODEL ATOM MODERN

Dikembangkan berdasarkan Teori Mekanika Kuantum yang disebut mekanika gelombang; diprakarsai oleh 3 ahli yaitu :

a. Louis Victor de Broglie

Menyatakan bahwa materi mempunyai dualisme sifat yaitu sebagai materi dan sebagai gelombang.

b. Werner Heisenberg

Mengemukakan prinsip ketidakpastian untuk materi yang bersifat sebagai partikel dan gelombang. Jarak atau letak elektron-elektron yang mengelilingi inti hanya dapat ditentukan dengan kemungkinan – kemungkinan saja.

c. Erwin Schrodinger (menyempurnakan model Atom Bohr)

Berhasil menyusun persamaan gelombang untuk elektron dengan menggunakan prinsip mekanika gelombang. Elektron-elektron yang mengelilingi inti terdapat di dalam suatu orbital yaitu daerah 3 dimensi di sekitar inti dimana elektron dengan energi tertentu dapat ditemukan dengan kemungkinan terbesar.

Ø Model Atom Modern :

1. Atom terdiri dari inti atom yang mengandung proton dan neutron sedangkan elektron-elektron bergerak mengitari inti atom dan berada pada orbital-orbital tertentu yang membentuk kulit atom.

2. Orbital yaitu daerah 3 dimensi di sekitar inti dimana elektron dengan energi tertentu dapat ditemukan dengan kemungkinan terbesar.

3. Kedudukan elektron pada orbital-orbitalnya dinyatakan dengan bilangan kuantum.

a. Orbital digambarkan sebagai awan elektron yaitu : bentuk-bentuk ruang dimana suatu elektron kemungkinan ditemukan.

b. Semakin rapat awan elektron maka semakin besar kemungkinan elektron ditemukan dan sebaliknya.

3.  BILANGAN KUANTUM

Untuk menentukan kedudukan suatu elektron dalam atom, digunakan 4 bilangan kuantum.

1) Bilangan Kuantum Utama (n), yaitu menyatakan nomor kulit.

a. Elektron pada kulit ke-1 memiliki harga n = 1

b. Elektron pada kulit ke-2 memiliki harga n = 2

c.  Elektron pada kulit ke-3 memiliki harga n = 3

2) Bilangan Kuantum Azimuth (l), yaitu menyatakan nomor subkulit.

a. Elektron pada subkulit s memiliki harga l = 0

b. Elektron pada subkulit p memiliki harga l = 1

c.  Elektron pada subkulit d memiliki harga l = 2

d. Elektron pada subkulit f memiliki harga l = 3

3) Bilangan Kuantun Magnetik (m), yaitu menyatakan nomor orbital.

Subkulit	Harga masing-masing orbital
s ( l = 0 ) p ( l = 1 ) d ( l = 2 ) f ( l = 3 )	0 -1, 0, +1 -2, -1, 0, +1, +2 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

Harga m berkisar antara – l sampai + l.

4) Bilangan Kuantum Spin (s), yaitu menyatakan arah rotasi elektron.

s = +  ↑↓ s = -

Elektron bergerak di sekitar sumbu melewati pusatnya. Kedua arah spin menunjukkan harga yang mungkin untuk bilangan kuantum.

Elektron-elektron pada kulit yang sama memiliki harga n yang sama.

Elektron-elektron pada subkulit yang sama memiliki harga n dan l yang sama.

Elektron-elektron pada orbital yang sama memiliki harga n, l, dan m yang sama dan harga s yang berbeda.

4. KONFIGURASI ELEKTRON

Dalam setiap atom telah tersedia orbital-orbital, akan tetapi belum tentu semua orbital ini terisi penuh. Pengisian elektron dalam orbital-orbital memenuhi beberapa peraturan.antara lain:

1) Prinsip Aufbau : elektron-elektron mulai mengisi orbital dengan tingkat energi terendah dan seterusnya.

Orbital yang memenuhi tingkat energi yang paling rendah adalah 1s dilanjutkan dengan 2s, 2p, 3s, 3p, dan seterusnya dan untuk mempermudah dibuat diagram sebagai berikut:

Contoh pengisian elektron-elektron dalam orbital beberapa unsur:

Atom H : mempunyai 1 elektron, konfigurasinya 1s¹

Atom C : mempunyai 6 elektron, konfigurasinya 1s² 2s² 2p²

Atom K : mempunyai 19 elektron, konfigurasinya 1s² 2s² 2p⁶ 3S² 3p⁶ 4s¹.

2) Prinsip Pauli : tidak mungkin di dalam atom terdapat 2 elektron dengan keempat bilangan kuantum yang sama.

Hal ini berarti, bila ada dua elektron yang mempunyai bilangan kuantum utama, azimuth dan magnetik yang sama, maka bilangan kuantum spinnya harus berlawanan.

3) Prinsip Hund : cara pengisian elektron dalam orbital pada suatu sub kulit ialah bahwa elektron-elektron tidak membentuk pasangan elektron sebelum masing-masing orbital terisi dengan sebuah elektron.

Contoh:

Ø Atom C dengan nomor atom 6, berarti memiliki 6 elektron dan cara Pengisian orbitalnya adalah:

Berdasarkan prinsip Hund, maka 1 elektron dari lintasan 2s akan berpindah ke lintasan 2pz, sehingga sekarang ada 4 elektron yang tidak berpasangan. Oleh karena itu agar semua orbitalnya penuh, maka atom karbon berikatan dengan unsur yang dapat memberikan 4 elektron. Sehingga di alam terdapat senyawa CH4 atau CCl4, tetapi tidak terdapat senyawa CCl3 atau CCl5.

5. JARI-JARI ORBIT

Tiap elektron dapat bergerak mengelilingi inti atom hanya pada orbit-orbit tertentu yang di izinkan, hal tersebut di sebabkan karena elektron dalam waktu yang bersamaan berlaku sebagai partikel dan juga sebagai gelombang.

6.   LEVEL ENERGI

Tiap elektron membutuhkan energi untuk dapat pindah dari orbit yang satu ke orbit yang lain. Orbit pertama(yang paling dekat dengan inti)menyatakan level energi pertama,orbit ke dua adalah level energi ke-2 dan seterusnya.makin tinggi level energi,makin besar energi elektron dan makin besar orbitnya.

Jika terdapat energi dari luar seperti panas,cahaya dan radiasi lain membom atom, maka hal ini akan mengangkat elektron ke level yang lebih tinggi,dalam kondisi ini atom berada di keadaan eksitasi.

Dimana kondisi ini tidak akan berlangsung lama karena elektron akan kembali ke level energi semula dengan melepaskan energi yang di terimanya dalam bentuk panas,cahaya atau radiasi lain.

B.STRUKTUR MOLEKUL

Molekul didefinisikan sebagai sekelompok atom (paling sedikit dua) yang saling berikatan dengan sangat kuat (kovalen) dalam susunan tertentu dan bermuatan netral serta cukup stabil.

1. SEJARAH MOLEKUL

Walaupun keberadaan molekul telah diterima oleh banyak kimiawan sejak awal abad ke-19, terdapat beberapa pertentangan di antara para fisikawan seperti Mach, Boltzmann, Maxwell, dan Gibbs, yang memandang molekul hanyalah sebagai sebuah konsepsi matematis. Karya Perrin pada gerak Brown (1911) dianggap sebagai bukti akhir yang meyakinkan para ilmuwan akan keberadaan molekul.

Definisi molekul pula telah berubah seiring dengan berkembangnya pengetahuan atas struktur molekul. Definisi paling awal mendefinisikan molekul sebagai partikel terkecil bahan-bahan kimia yang masih mempertahankan komposisi dan sifat-sifat kimiawinya. Definisi ini sering kali tidak dapat diterapkan karena banyak bahan materi seperti bebatuan, garam, dan logam tersusun atas jaringan-jaringan atom dan ion yang terikat secara kimiawi dan tidak tersusun atas molekul-molekul diskret.

2. UKURAN MOLEKUL

Kebanyakan molekul sangatlah kecil untuk dapat dilihat dengan mata telanjang. Kekecualian terdapat pada DNA yang dapat mencapai ukuran makroskopis. Molekul terkecil adalah hidrogen diatomik (H₂), dengan keseluruhan molekul sekitar dua kali panjang ikatnya (0.74 Å). Satu molekul tunggal biasanya tidak dapat dipantau menggunakan cahaya, namun dapat dideteksi menggunakan mikroskop gaya atom. Molekul dengan ukuran yang sangat besar disebut sebagai makromolekul atau supermolekul. Jari-jari molekul efektif merupakan ukuran molekul yang terpantau dalam larutan.

3. RUMUS MOLEKUL

Rumus empiris sebuah senyawa menunjukkan nilai perbandingan paling sederhana unsur-unsur penyusun senyawa tersebut. Sebagai contohnya, air selalu memiliki nilai perbandingan atom hidrogen berbanding oksigen 2:1. Etanol pula selalu memiliki nilai perbandingan antara karbon, hidrogen, dan oksigen 2:6:1. Namun, rumus ini tidak menunjukkan bentuk ataupun susunan atom dalam molekul tersebut. Contohnya, dimetil eter juga memiliki nilai perbandingan yang sama dengan etanol. Molekul dengan jumlah atom penyusun yang sama namun berbeda susunannya disebut sebagai isomer.

Perlu diperhatikan bahwa rumus empiris hanya memberikan nilai perbandingan atom-atom penyusun suatu molekul dan tidak memberikan nilai jumlah atom yang sebenarnya. Rumus molekul menggambarkan jumlah atom penyusun molekul secara tepat. Contohnya, asetilena memiliki rumus molekuler C₂H₂, namun rumus empirisnya adalah CH.

Massa suatu molekul dapat dihitung dari rumus kimianya. Sering kali massa molekul diekspresikan dalam satuan massa atom yang setara dengan 1/12 massa atom karbon-12.

4. GEOMETRI MOLEKUL

Molekul memiliki geometri yang berbentuk tetap dalam keadaan kesetimbangan. Panjang ikat dan sudut ikatan akan terus bergetar melalui gerak vibrasi dan rotasi. Rumus kimia dan struktur molekul merupakan dua faktor penting yang menentukan sifat-sifat suatu senyawa. Senyawa isomer memiliki rumus kimia yang sama, namun sifat-sifat yang berbeda oleh karena strukturnya yang berbeda.