Perkembangan Teori Atom, Konfigurasi Elektron dan Mekanika Kuantum

Ayu Aliyatun RofiahChi Chi Gita ParamithaIrma Lutiyah Apriany

Klani AnnisaTanti Tiara Rezani

1. Perkembangan Model Atom

2. Konfigurasi Elektron

3. Bilangan Kuantum

1. Perkembangan Model AtomA. Model Atom Dalton

B. Model Atom Thomson

C. Model Atom Rutherford

D. Teori Kuantum

E. Hipotesis Louis de Broglie

F. Model Atom Bohr

G. Model Atom Berdasarkan Teori Mekanika Kuantum

Teori atom dibuat untuk memudahkan dalam mempelajari sifat atom. Teori atom tidak muncul seketika, tetapi selalu ada penyempurnaan seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan.

• Filsuf dari Yunani bernama Democritus menjelaskan dan percaya bahwa semua materi (zat) tersusun dari partikel yg sangat kecil dan tidak dapat dibagi lagi yg disebut dengan atomos

• Tahun 1803, John Dalton mengemukakan asumsi mengenai atom berdasarkan pengukuran kuantitatif dari reaksi kimia.

Teori dan model atom Dalton dapat disimpulkan sebagai berikut:1. Materi tersusun atas partikel-partikel

terkecil disebut atom2. Unsur adalah materi yg tersusun atas

atom-atom sejenis dengan ukuran, massa dan sifat kimia yg sama

3. Senyawa adalah materi yg tersusun lebih dari 1 jenis atom dari unsur-unsur berbeda dengan perbandingan tetap dan tentu

4. Atom tidak dapat dimusnahkan. Reaksi kimia hanya pemisahan, penggabungan atau penataan ulang atom-atom bereaksi

• Sejak ditemukannya elektron sebagai partikel dasar bermuatan negatif, maka keabsahan teori Dalton mulai diragukan. Pada 1899 Sir Joseph Thomson mengemukaan sebuah model atom yg disebut model roti kismis.

Thomson menggambarkan atom sebagai sebuah bola bermuatan positif yg memuat beberapa partikel bermuatan negatif (elektron) . Elektron tersebut tersebar pada bola seperti roti dan kismis

• Pada 1911 Ernest Rutherford, Geiger dan Marsden melakukan percobaan dengan menembakkan partikel-partikel α pada lempeng emas tipis untuk membuktikan teori Thomson. Dari hasil percobaan tersebut, Ernest mengajukan teori sebagai berikut:

1. Sebagian ruang besar dalam adalah ruang hampa

2. Terdapat suatu bagian yg sangat kecil, sangat padat dalam atom yaitu inti atom

3. Inti atom bermuatan positif

1. Pada 1900 Max Planck mengemukakan hipotesis yg dikenal dengan teori kuantum. Menurutnya, pancaran radiasi elektromagnetik suatu benda bersifat diskrit (suatu benda hanya dapat memancarkan atau menyerap radiasi elektromagnetik dalam ukuran paket-paket kecil) disebut dengan kuanta/kuantum.

2. Teori kuantum menyatakan bahwa gelombang bersifat diskontinu. Ini sangat bertentangan dengan teori fisika klasik yg menganggap radiasi elektromagnetik sebagai gelombang kontinu.

3. Hipotesis Planck didukung oleh Einstein yg menyebutkan partikel radiasi Planck dengan sebutan foton. Setiap foton memiliki energi tertentu yg bergantung pada frekuensi atau panjang gelombang

• Pada 1924, Louis de Broglie (fisikawan Prancis) mengemukaan hipotesis tentang gelombang materi. Menurutnya, cahaya dan partikel-partikel kecil, pada saat-saat tertentu dapat bersifat sebagai benda yg tersusun atas partikel, tetapi dapat pula sebagai gelombang yg dikenal dengan dualisme partikel gelombang

1. Elektron-elektron dalam atom hanya dapat melintasi lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit-kulit atau tingkat-tingkat energi.

2. Elektron yang beredar pada lintasannya tidak memancarkan energi, lintasan elektron ini disebut lintasan / keadaan stasioner.

3. Kedudukan elektron dalam kulit-kulit, tingkat-tingkat energi dapat disamakan dengan kedudukan seseorang yang berada pada anak-anak tangga. Seseorang hanya dapat berada pada anak tangga pertama, kedua, ketiga, dan seterusnya, tetapi ia tidak mungkin berada di antara anak tangga-anak tangga tersebut.

4. Energi yang dipancarkan/diserap ketika terjadi transisi elektron terekam sebagai spektrum atom.

Kelebihan model atom BohrAtom terdiri dari beberapa kulit/subkulit untuk

tempat berpindahnya electron dan atom membentuk suatu orbit dimana inti atom merupakan positif dan disekelilingnya terdapat elektron.

Kelemahan model atom Bohra. Tidak dapat menjelaskan efek Zeeman dan efek Strack.b. Tidak dapat menerangkan kejadian-kejadian dalam ikatan kimia dengan baik, pengaruh medan magnet terhadap atom-atom, dan spektrum atom yang berelektron lebih banyak.

• Perbaikan dan pengembangan dari teori atom Bohr yang dibangun oleh beberapa ilmuwan seperti Erwin Schrodinger, Louis de Brogile, Wolfgang Pauli, dan Werner Heisenberg. Dalam teori dualisme, elektron dipandang sebagai partikel dan gelombang, Heisenberg pun mengemukakan teori ketidakpastian

• Awan elektron sekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron.

• Jadi orbital-orbital dengan tingkat energi yg sama akan membentuk subkulit dan subkulit akan membentuk kulit. Walupun posisi kulitnya sama tapi posisi orbitalnya belum tentu sama.

Ciri khas model atom mekanika kuantum:• Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga

lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital

• Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya.

• Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.

2. Konfigurasi ElektronA. Asas

Larangan Pauli

B. Aturan Aufbau

C. Kaidah Hund

A. Penulisan Konfigurasi Elektron dengan

Lambang Gas Mulia

B. Orbital Penuh dan Setengah Penuh

C. Elektron Valensi

Dalam penulisan konfigurasi elektron, ada beberapa hal yg dapat diterapkan sebagai berikut :

Konfigurasi elektron berdasarkan model atom mekanika kuantum didasarkan pada 3 aturan:

• Menurut model atom Niels Bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yg disebut kulit elektron atau tingkat energi. Lintasan elektron yg terletak paling dekat dengan inti memiliki energi paling rendah. Semakin jauh lintasan elektron, semakin tinggi tingkat energinya. Lintasan elektron itu disebut sebagai kulit elektron dimana kulit yg paling dekat dengan inti dilambangkan K, kulit kedua dilambangkan L, kulit ketiga dilambangkan M dan seterusnya. Tiap-tiap kulit elektron hanya dapat ditempati oleh maksimum 2n² elektron, dimana n adalah nomor kulit

Kulit dan Jumlah Elektron Maksimum

Konfigurasi Elektron Beberapa Atom

• Wolfgang Linus Pauli (1926) menyatakan aturan penulisan konfigurasi elektron yg dikenal dengan asas larangan Pauli, yg menyatakan “Tidak ada 2 buah elektron dalam orbital yg sama memiliki ke-4 bilangan kuantum yg sama”

• Dengan demikian, jumlah elektron maksimum yg menempati suatu subkulit dapat dinyatakan dengan rumus:

Jumlah elektron maksimum = 2 x jumlah orbital dalam subkulit

• Aufbau berarti membangun. Menurut prinsip Aufbau ini elektron di dalam suatu atom akan berada dalam kondisi yang stabil bila mempunyai energi yang rendah, sedangkan elektron-elektron akan berada pada orbital-orbital yang bergabung membentuk subkulit. Jadi, elektron mempunyai kecenderungan akan menempati subkulit yang tingkat energinya rendah.

• Friedrich Hund (1927) menyatakan aturan untuk menggambarkan arah rotassi elektron, yg berbunyi:

“Elektron-elektron yg berbeda disuatu orbital akan menempati orbital yg kosong

dengan arah rotasi sejajar. Setelah itu, elektron-elektron lainnya menempati orbital tersebut dengan arah rotasi yg berlawanan”

• Penulisan konfigurasi elektron dapat secara panjang (sesuai aturan aufbau) dan dapat secara singkat. Penulisan konfigurasi elektron secara singkat didasarkan pada konfigurasi gas mulia.

• Berdasarkan jumlah elektron yang mengisi suatu orbital, orbital dikelompokkan menjadi orbital penuh, setengah penuh, dan tidak penuh. Orbital yang ditempati elektron secara maksimum adalah orbital penuh. Orbital yang ditempati setengah dari jumlah maksimum adalah orbital setengah penuh. Orbital selain penuh ataupun setengah penuh disebut orbital tidak penuh. Orbital penuh dan setengah penuh lebih stabil daripada orbital tidak penuh.

• Elektron valensi adalah jumlah elektron pada kulit terluar suatu atom netral. Cara menentukan elektron valensi adalah dengan menuliskan konfigurasi elektron.

3. Bilangan KuantumBilangan Kuantum Utama (n)

Bilangan Kuantum Azimuth (l)

Bilangan Kuantum Magnetik (m)

Bilangan Kuantum Spin (s)

• Bilangan kuantum (bahasa Inggris: Quantum number) adalah bilangan yang menyatakan kedudukan atau posisi elektron dalam atom yang diwakili oleh suatu nilai yang menjelaskan kuantitas kekal dalam sistem dinamis. Bilangan kuantum menggambarkan sifat elektron dalam orbital

• Struktur suatu atom ditentukan oleh posisi electron dalam atom tersebut. Untuk menggambarkan posisi electron dalam suatu atom berdasarkan model atom mekanika kuantum. Ada 4 jenis bilangan kuantum:

• Bilangan kuantum utama merupakan lintasan yang dinyatakan oleh Bohr. Lintasan ini disebut kulit atom. Posisi elektron dalam kulit atom dapat ditentukan menggunakan bilangan kuantum utama. Bilangan kuantum utama mempunyai harga mulai dari 1,2,3,4 dan seterusnya. Bilangan kuantum utama dinyatakan lambing kulit K untuk n=1 kulit L untuk n=2 kulit M untuk n=3 kulit N untuk n=4

• Bilangan kuantum azimuth menyatakan subkulit yg diberi nama s (sharp), p (principal), d (diffuse) dan f (fundamental). Setiap subkulit memiliki nilai bilangan kuantum azimuth yg berbeda. Nilai-nilai untuk bilangan kuantum azimuth dikaitkan dengan nilai bilangan kuantum utamanya, meliputi bilangan bulat nol hingga n-1. Jumlah subkulit ditentukan dengan rumus:

l = 0, 1, 2, ..., (n-1)

Kulit n Subkulit

K 1 0

L 2 0, 1

M 3 0, 1, 2

N 4 0, 1, 2, 3

• Bilangan kuantum magnetik menentukan orientasi orbital dalam ruang disekitar inti atom. Nilai bilangan kuantum magnetik bergantung pada bilangan kuantum azimuth. Nilai bilangan kuantum magnetik berkisar dari -l sampai +l , termasuk nol. Jadi harga m untuk setiap subkulit dengan bilangan kuantum l sebesar 2l+1

l Subkulit Harga m Jumlah Orbital0 s 0 1

1 p -1, 0, +1 3

2 d -2, -1, 0, +1, +2 5

3 f -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 7

Bentuk orbital dan orientasi orbital :

Orbital s

Orbital p

Orbital d

Orbital f

•  Orbital s berbentuk bola simetri yang menunjukkan bahwa elektron memiliki kerapatan yang sama, jika jarak dari inti atom juga sama.

• Nilai bilangan kuantum utama suatu orbital memengaruhi

ukuran orbital.

Orbital p terdiri atas 3 orbital, masing-masing berbentuk balon terpilin dengan arah dalam ruang sesuai dengan sumbu x, y, dan z. Subkulit-p ( l=1) memiliki nilai m= –1, 0, +1.

Artinya, subkulit-p memiliki tiga buah orientasi dalam ruang (3 orbital), yaitu orientasi pada sumbu-x dinamakan orbital px, orientasi pada sumbu-y dinamakan orbital py, dan orientasi pada sumbu-z dinamakan orbital pz.

• Subkulit-d ( l=2) memiliki harga m= –2, –1, 0, +1, +2. Artinya, subkulit-d memiliki lima buah orientasi dalam ruang (5 orbital), yaitu pada bidang-xy dinamakan orbital dxy, pada bidang-xz dinamakan orbital dxz, pada bidang-yz dinamakan orbital dyz, pada sumbu x2–y2 dinamakan orbital  dx2− y2 , dan orientasi pada sumbu z2 dinamakan orbital dz2 .

• Setiap subkulit f mempunyai 7 orbital dengan energi yang setara. 

• Orbital ini hanya digunakan untuk unsur-unsur transisi yang letaknya lebih dalam.

• Bilangan kuantum spin menyatakan arah putar elektron terhadap sumbunya (berotasi) sewaktu elektron berputar mengelilingi inti atom. Arah rotasi elektron ada 2 kemungkinan

1. Searah jarum jam2. Berlawanan dengan jarum jam• Oleh karnanya, bilangan kuantum spin memiliki 2 harga yaitu + yg dinyatakan dengan separuh tanda panah ke atas dan - yg dinyatakan dengan separuh tanda panah kebawah

S E K I A N

T E R I M A K A S I H