Struktur atom kimia

1. J urus an
K i m i a
ATOM DAN STRUKTUR ATOM
Pertemuan 3
Dr. Tio Putra Wendari 1

2. J urus an
K i m i a
Dr. Tio Putra Wendari
Kompetensi Pokok bahasan
Mampu mendeskripsikan suatu
unsur pada tingkat atom dan
sub atomik
Perkembangan teori atom
Teori atom Dalton dan teori
atom Thomson
Struktur inti dan teori atom
Rutherford
Model atom Bohr
Partikel subatomik lainnya
2

3. J urus an
K i m i a
History of the atom timeline
Dr. Tio Putra Wendari 3

4. J urus an
K i m i a
Perkembangan Teori Atom
• Berukuran sangat
kecil,dan merupakan
bagian terkecil dari
materi
• Bentuk dan ukuran atom
tergantuk dari sifat
materinya
• Atom memiliki massa
Dr. Tio Putra Wendari
Leukippos, Demokritos, dan Epikouros mengemukan
bahwa atom merupakan:
4

5. J urus an
K i m i a
Teori atom Dalton (4 postulat)
Dr. Tio Putra Wendari
John Dalton (1766–1844)
Dalton tidak pernah punya
bukti eksperimen tentang
keberadaan atom
5

6. J urus an
K i m i a
How Big (Small) Is the Nucleus of an
Atom?
• If the total atom was the size of a football field, then
the nucleus would be the size of an apple in the
middle of the field.
Dr. Tio Putra Wendari 7

7. J urus an
K i m i a
Penemuan Elektron
8
• Michael Faraday, 1832
melanjutkan kerja Faraday, dimana unit dari muatan
listrik yang diberikan terkait dengan atom, yang
kemudian disimpulkan sebagai elektron. Percobaan
yang dilakukan dengan menggunakan tabung sinar
katoda
menentukan hubungan antara jumlah listrik yang
digunakan dengan jumlah reaksi kimia yang terjadi.
• George Stoney, 1874
• Robert Milikan, 1909
dengan percobaan tetes minyak berhasil
menentukan muatan dari elektron
Dr. Tio Putra Wendari

8. J urus an
K i m i a
The experiments were carried out in glass tubes
called cathode-ray tubes or Crookes tubes for
the man that developed them.
Dr. Tio Putra Wendari 9

9. J urus an
K i m i a
J. J. Thomson (1903)
Dr. Tio Putra Wendari 10
J. J. Thomson received the Nobel Prize in Physics in 1906 for his discovery of the electron.
• Eksperimen tabung sinar katoda
beam of negative particles
• Berhasil menentukan perbandingan
muatan dengan massa elektron
e/m = 1,75881 x 108 coulomb per gram
• Diusulkan model atom seperti puding
plum
• Terbukti bahwa atom dapat dibagi dan
bahwa semua atom mengandung electron
(bertentangan dengan Teori Atom Dalton).
• Ini memungkinkan model atom baru.

10. J urus an
K i m i a
J. J. Thomson (1903)
Plum-pudding Model
• positive sphere (pudding)
with
negative electrons (plums)
dispersed throughout
http://www.youtube.com
/watch?v=GzMh4q-
2HjM
Dr. Tio Putra Wendari 11

11. J urus an
K i m i a
Peneman
Dr. Tio Putra Wendari
Robert Millikan (1910’s)
Oil drop experiment
• Millikan menjatuhkan partikel minyak bermuatan negatif ke dalam tabung
yang berisi pelat logam dan melihatnya dengan mikroskop.
• Dengan menerapkan tegangan ke pelat logam, Millikan menciptakan medan
listrik.
• Dia mampu menahan tetesan minyak dengan menyesuaikan medan listrik
dengan kekuatan dan arah yang tepat untuk mengatasi gravitasi.
12

12. J urus an
K i m i a
Kesimpulan Percobaan Tetesan Minyak
• Dia tahu massa tetesan dan kekuatan medan listrik
yang diperlukan untuk menahan gravitasinya
• Dia mampu menghitung muatan elektron.
• Dia mengetahui bahwa muatannya merupakan
kelipatan bilangan bulat 1,602 x10-19 Coulomb.
• Didapatkan massa electron sebesar :
1,602 x10−19 C
1,75881 x 108 C/g
= 9,11 x 10-28 g = 9,11 x 10-31 kg
Dr. Tio Putra Wendari 13

13. J urus an
K i m i a
The Discovery of Nucleus
Dr. Tio Putra Wendari
• Gold Foil Experiment
• Discovered the nucleus
• dense, positive charge in the
center of the atom
• Nuclear Model
Ernest Rutherford (1911)
14
mempelajari partikel alfa () sebagai partikel
yang bermuatan positif
Rutherford received the Nobel Prize in Chemistry for his pioneering work in nuclear chemistry.

14. J urus an
K i m i a
Conclusion of Gold Foil Experiment
• Ada sekumpulan materi bermuatan positif
yang sangat padat di dalam atom yang
menyebabkan defleksi.
• Dia menyebut ini positif ini sebagai nukleus.
• Dia mencoba eksperimen ini dengan logam
lain dan menemukan hasil yang sama.
• Volume inti sangat kecil dibandingkan dengan
volume atom.
• Oleh karena itu, sebagian besar atom terdiri
dari ruang kosong.
• Dia juga mengemukakan bahwa partikel bermuatan
negatif yang tersebar di luar inti atom, sama dengan
muatan positif di inti atom.
Dr. Tio Putra Wendari 15
Rutherford atomic
model

15. J urus an
K i m i a
Model atom Rutherford
Dr. Tio Putra Wendari
http://en.wikipedia.org/wiki/Atom#mediaviewer/File:Helium_atom_QM.svg
Keterangan:
• warna merah muda
menggambarkan nukleus
• warna hitam menggambarkan
sebaran awan elektron
Penggambaran atom helium
Nukelus
16
Atom terdiri dari bagian-bagian yang
sangat kecil, yaitu inti yang bermuatan
positif yang dikelilingi oleh awan
elektron pada jarak tertentu dari inti.
Jumlah proton dalam inti merupakan
nomor atom.

16. J urus an
K i m i a
Penemuanneutron
17
James Chadwick, 1932;
•melakukan percobaan dengan memborbardir berilium
dengan partikel alfa berenergi tinggi, yang
menghasilkan neutron
•neutron merupakan partikel yang tidak bermuatan
dengan massa jauh lebih ringan dari proton.
Atas penemuannya, Chadwick diberikan hadiah nobel Fisika pada tahun 1935.
Studied under
Rutherford and built
upon his model
Discovered neutrons
Dr. Tio Putra Wendari

17. J urus an
K i m i a
James Chadwick (1932)
Neutron Model
• revision of Rutherford’s Nuclear Model
Dr. Tio Putra Wendari 18

18. J urus an
K i m i a
Partikel subatomik
Dr. Tio Putra Wendari
partikel simbol muatan massa, kg massa, daltons
elektron e- -1 9.10953×10-31 0.000548
proton p+ +1 1.67265×10-27 1.007276
neutron n 0 1.67495×10-27 1.008665
1 amu (aka 1 dalton) = 1/12 massa dari inti atom karbon-12
1 dalton = 1.67 x 10-24 g
19

19. J urus an
K i m i a
Nomor massa dan nomor atom
Dr. Tio Putra Wendari
X
A
Z
X adalah simbol nama unsur
A adalah nomor massa; jumlah
proton dan neutron
A = Z + N
Z adalah nomor atom; jumlah proton
N adalah jumlah neutron
20

20. J urus an
K i m i a
Kenapa perlu struktur elektronik atom ?
Dr. Tio Putra Wendari
 mengapa unsur yang berbeda menunjukan sifat kimia
dan fisika yang berbeda
 mengapa bisa terjadi ikatan kimia
 mengapa setiap unsur menyerap atau memancarkan
cahaya pada karakteristik warna tertentu.
Model atom yang dikembangkan Rutherford tidak
menjelaskan tentang:
Untuk memahami hal tersebut, dipelajari
susunan elektron dalam atom atau
konfigurasi elektron.
21

21. J urus an
K i m i a
Evolution of
Modern Atomic
Theory
Almost there!
+
-
-
-
- -
-
-
-
Dr. Tio Putra Wendari 22

22. J urus an
K i m i a
Niels Bohr
• Bertemu dengan J.J. Thomson tetapi
tidak membuatnya terkesan
• Bekerja dengan Rutherford dan
menyukai model atomnya
• Memasukkan ide mekanika kuantum ke
dalam model atom Rutherford.
• Memperkenalkan gagasan elektron
bergerak mengelilingi atom di sekitar inti
dalam orbit atau tingkat energi.
• Elektron yang mengelilingi atom itu bisa
bergerak dengan berpindah tempat dari satu
jalur ke jalur lain.
• Seperti planet, ada banyak orbit seperti
lingkaran konsentris di sekitar nucleus.
Dr. Tio Putra Wendari 23
Niels Bohr
1885-1962
1913

23. J urus an
K i m i a
410,3 434,2 nm 486,3 nm 656,5 nm
spektrum emisi hidrogen
3 ke2
4 ke 2
5 ke 2
6 ke 2
• He used Bright-Line
Spectrum
• tried to explain
presence of specific
colors in hydrogen’s
spectrum
• Built upon Max
Planck’s concepts of
quantized energy
Dr. Tio Putra Wendari 24

24. J urus an
K i m i a
Model atom Bohr (1913)
Dr. Tio Putra Wendari
 Mengusulkan bahwa elektron harus
memiliki energi yang cukup untuk
menjaga pergerakannya konstan
disekitar inti.
 Gerakan elektron dapat dianalogkan
seperti gerakan planet-planet
mengelilingi matahari.
Model atom Bohr hanya model satu dimensi, dimana setiap lingkaran hanya
ditentukan oleh jari-jari, r.
Sehingga hanya satu koordinat yang diperoleh untuk orbit pada model Bohr.
Faktanya elektron bukanlah partikel yang bisa dibatasi pada satu dimensi orbit,
elektron dapat bersifat sebagai gelombang dan menempati ruang tiga dimensi
25

25. J urus an
K i m i a
Erwin Schrödinger (1926)
• Treats electrons as waves
• Tells us the probability of finding an
electron at any given location at any
given moment
• Electron cloud model
• Atomic orbital: region around the nucleus
where electrons are likely to be found
Dr. Tio Putra Wendari 26

26. J urus an
K i m i a
Erwin Schrödinger (1926)
Electron Cloud Model (orbital)
• dots represent probability of finding an e-
not actual electrons
Dr. Tio Putra Wendari 27

27. J urus an
K i m i a
Radiasi elektromagnetik
Dr. Tio Putra Wendari
• Digunakan untuk mempelajari sifat elektron dalam atom.
• Radiasi elektromagnetik memiliki sifat partikel dan sifat gelombang
emisi spektrum atom
panjang gelombang () adalah jarak terdekat atar puncak
gelombang
frekuensi () adalah jumlah gelombang per unit satuan waktu
 = c = 3,00 x 108 m/s
28

28. J urus an
K i m i a
Cahaya: emisi spektrum
Dr. Tio Putra Wendari
Max Planck merumuskan energi foton cahaya:

h
E  atau

hc
E  dimana h adalah konstanta Planck = 6,6262 x 10-34
J.s
29

29. J urus an
K i m i a
Efek fotolistrik
Dr. Tio Putra Wendari
Pancaran atau emisi elektron yang dihasilkan oleh materi pada
saat materi tersebut terpapar oleh radiasi elektromagnetik
(seperti foton cahaya)
30

30. J urus an
K i m i a
ContohAplikasi Efek fotolistrik
Dr. Tio Putra Wendari
• Efek fotolistrik banyak
digunakan sebagai
sensor pada pintu
otomatis
• Pintu akan otomatis
terbuka saat ada
bayangan orang
melewati melewati
pancaran cahaya.
31

31. J urus an
K i m i a
TeoriAtom Modern (Mekanika Kuantum)
Dr. Tio Putra Wendari
• Lois de Broglie dan Erwin Schrödinger mengembangkan
teori mekanika gelombang dan kuantum
Lois de Broglie memenangkan Nobel Prize untuk Fisika pada tahun 1929
• Model atom yang dikembangkan menempatkan elektron sebagai
gelombang dan menempati ruang tiga dimensi.
Berdasarkan teori mekanika quantum:
1. Atom dan molekul hanya dapat berada pada keadaan energi
tertentu (energi elektronik). Jika atom dan molekul merubah
tingkat energinya, maka harus ada energi yang dilepas atau
diserap.
2. Perubahan energi yang terjadi atom dan molekul dirumuskan
atau
3. Keadaan energi atom dan molekul dapat digambarkan
sebagai kelompok bilangan, yang disebut bilangan kuantum
32

32. J urus an
K i m i a
1. Bilangan Kuantum Utama (n)
Tingkat energi utama yang ditempati oleh elektron, merupakan bilangan bulat
positif . n = 1, 2, 3, 4,…..
Orbital Atom adalah daerah yang kemungkinan ditemukannya elektron paling tinggi
Bentuk orbital menggambarkan distribusi elektron dalam ruang
Bilangan kuantum menggambarkan tingkat energi dari elektron dan
2. Bilangan suborbital/azimut (ℓ)
Menunjukan bentuk daerah yang ditempati oleh elektron, nilainya dimulai dari 0 sampai
(n-1) ℓ = 0, 1, 2, 3 …, (n-1)
= s p d f… jenis subtingkat
3. Bilangan kuantum magnetik (mℓ)
Menunjukan orientasi ruang dari orbital atom, nilainya adalah dari -ℓ sampai +ℓ
mℓ =( -ℓ) ,…..., 0, ….., (+ℓ)
4. Bilangan Kuantum spin (ms)
Menunjukan putaran elektron dan orientasi medan magnet hasil perputaran
ms= ± 1/2
Bilangan kuantum
Dr. Tio Putra Wendari 33

33. J urus an
K i m i a
Bentuk orbital atom
Dr. Tio Putra Wendari 34

34. J urus an
K i m i a
…Bentuk orbital atom
Dr. Tio Putra Wendari
Bentuk ruang orbital p
Bentuk ruang orbital d
35

35. J urus an
K i m i a
Orbital atom
Dr. Tio Putra Wendari
Distribusi elektron dalam atom
Setiap atom netral jumlah elektron sama dengan jumlah proton dalam inti atom.
Setiap elektron menempati orbital atom berdasarkan bilangan kuantumnya (n, ℓ
dan mℓ.
Setiap orbital atom maksimum hanya bisa ditempati dua elektron
Kemungkinan kombinasi bilangan kuantum
2
1

n ℓ mℓ ms
1 0 (1s) 0 untuk setiap nilai
mℓ
2 0 (2s)
1(2p)
0
-1,0,+1
3 0 (3s)
1(3p)
2 (3d)
0
-1,0,+1
-2,-1,0,+1,+2
4 0 (4s)
1(4p)
2 (4d)
3 (4f)
0
-1,0,+1
-2,-1,0,+1,+2
-3,-2,-1,0,+1,+2,+3
36

36. J urus an
K i m i a
Contoh soal
Dr. Tio Putra Wendari
1. Berapa jumlah elektron paling banyak yang bisa menempati orbital:
(a) 3p (b)5d (c) 2s (d) 4f
2. Berapa maksimum jumlah elektron dari suatu atom yang memiliki bilangan
kuantum:
(a) n =2, ms = −½ l = 2 ml = 1
(b) n = 5, l =3 ms = −½ ml = −2
(c) n = 4, l =3, ml = −3 ms = ½
(d) n = 4, l =1, ml = 1 ms = −½
3. Tentukan nomor atom dan nama unsur yang memiliki konfigurasi elektron
berikut (konfirmasikan dengan tabel periodik)
(a) 1s22s22p63s2
(b) Ne3s23p1
(c) Ar4s13d5
(d) Kr5s24d105p4
37

37. J urus an
K i m i a
Massa atom dan isotop
Dr. Tio Putra Wendari
nomor massa
(proton + neutron)
nomor atom
(proton)
Isotop adalah atom dari unsur yang sama tetapi
memiliki jumlah massa yang berbeda
(jumlah proton sama tetapi jumlah neutron
berbeda)
Contoh isotop:
29
63
Cu
17
35
Cl
29
65
Cu
17
37
Cl
1
1
H 1
2
H 1
3
H
Tentukan jumlah proton, neutron, dan elektron dari contoh isotop yang diberikan!
38

38. J urus an
K i m i a
Berat atom dan kelimpahan isotop
Dr. Tio Putra Wendari
• Kelimpahan isotop ditentukan dengan Mass Spectrometry
(MS)
• MS, alat yang mengukur perbandingan muatan dan massa
(m/z) dari suatu parikel ynag bermuatan
Contoh: Spektrum MS dari pengukuran Neon (Ne)
• Tiga jenis isotop Ne
• 20Ne : 90,48 %
39

39. J urus an
K i m i a
…Berat atom dan kelimpahan isotop
Dr. Tio Putra Wendari
Contoh:
Dari hasil pengukuran dengan MS, magnesium di alam ditemukan dalam tiga
bentuk isotopnya (tabel). Berdasarkan informasi kelimpahan isotop Mg,
tentukan berat atom Mg
Isotop %
kelimpahan
Massa (amu
24Mg 78,99 23,98504
25Mg 10,00 24,98584
26Mg 11,01 25,98259
Jawab:
Berat atom Mg = 0,7899(23,98504 amu) + 0,1000(24,98585 amu) + 0,1101(25,98259 amu)
= 18,946 amu + 2,4986 amu + 2,8607 amu
= 24,30 amu ( empat angka penting)
40