Mash Up Kimia Atom(Partikel-Partikel Penyusun Atom,Bilangan Kuantum,Konfigurasi Elektron dan Diagram Orbital)

    Hello whatsapp gaes... Peace be upon you :) berjumpa lagi kita di pertemua kali ini. Sesuai janji writer beberapa hari yang lalu, Insyaallah writer akan membahas seputar kimia setiap minggu nya. Nah dalam postingan kali ini, writer masih akan membahas tentang atom nih. Tapi agak mendalam sih pembahasan nya Yakni kita akan membahas beberapa sub judul tentang atom. Langsung aja tanpa basa basi kita mulai aja diskusi hari ini. Cekidot!

A. Partikel-Partikel Penyusun Atom

Anda tahu penggaris plastik? Tahukah anda bahwa penggaris plastik itu merupakan materi yang tersusun dari beberapa atom? Apa itu materi? Jawaban nya ada di postingan writers beberapa hari lalu yg sebelum nya sudah di bahas lengkap. Penggaris ini bila di gosokkan ke rambut yang kering akan menarik potongan² kecil kertas. Pasti hal ini sudah anda lakukan saat masih kecil.disitu kita akan mengetahui bahwa penggaris itu memiliki sifat listrik. Oleh karena itu penggaris plastik terdiri dari atom, maka bisa dikatakan bahwa atom memiliki sifat listrik. 

1.Elektron
Elektron merupakan partikel dasar penyusun atom Yg pertama kali ditemukan. Elektron ditemukan pertama kali oleh Joseph John Thomson pada tahun 1897.wah udah lama banget ya tuh gaes... 

Elektron ditemukan dengan menggunakan tabung kaca yang bertekanan sangat rendah yang tersusun oleh :*plat logam sebagai elektroda pada bagian ujung tabung *katoda, elektroda dengan kutub negatif dan anoda,elektroda dengan kutub positif.

Sir William Crookes (1879) melakukan percobaan sinar katode. Dalam percobaannya, Crookes menggunakan alat yang disebut tabung sinar katode atau disebut juga tabung Crookes.

Jika tabung sinar katode dihubungkan dengan sumber arus searah tegangan tinggi maka katode akan memancarkan berkas sinar menuju anode. Sinar itu dinamakan sinar katode. George Johnstone Stoney (1891) mengusulkan nama sinar katode dengan “elektron”.

Joseph John Thomson (1897) melanjutkan eksperimen William Crookes dan menemukan bahwa sinar katode dapat dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik. Hal ini membuktikan terdapat partikel bermuatan negatif dalam suatu atom.

Pembelokan sinar katode oleh medan listrik

Besarnya muatan dalam elektron ditemukan oleh Robert Andrew Milikan (1908) melalui percobaan tetes minyak Milikan. Dari hasil Milikan dan Thomson diperoleh muatan elektron -1 dan massa elektron 0.

2. Proton

Jika massa elektron itu 0 (nol), bagaimana mungkin partikel materi dapat memiliki massa jika hanya terdapat elektron saja? Selain itu, jika muatan elektron itu -1, bagaimana mungkin atom bersifat netral jika hanya ada elektron saja?

Eugene Goldstein (1886) membuktikan keberadaan proton melalui percobaan tabung Crookes yang dimodifikasi. Tabung Crookes diisi dengan gas hidrogen tekanan rendah (lihat gambar di samping). Hasil eksperimen membuktikan bahwa pada saat terbentuk elektron yang menuju anode, terbentuk pula sinar positif yang menuju arah berlawanan melewati lubang pada katode. Setelah berbagai gas dicoba dalam tabung ini, ternyata gas hidrogen-lah yang menghasilkan sinar muatan positif yang paling kecilbaik massa maupun muatannya. Sehingga partikel ini disebut dengan “proton”. Massa proton adalah 1 sma (satuan massa atom) dan muatan proton adalah +1.

3. Inti Atom

Setelah penemuan proton dan elektron, Ernest Rutherford melakukan penelitian penembakan lempeng tipis emas (lihat gambar disamping). Jika atom terdiri dari partikel yang bermuatan positif dan negatif, seharusnya sinar alfa yang ditembakkan tidak ada yang menembus lempeng sehingga muncullah istilah “inti atom”. Ernest Rutherford dibantu oleh Hans Geiger dan Ernest Marsden (1911) menemukan konsep inti atom didukung oleh penemuan Sinar X oleh WC. Rontgen (1895) dan penemuan zat radioaktif (1896).

4. Neutron

Hasil percobaan Rutherford pada penelitian penembakan lempeng emas di atas menyatakan bahwa atom tersusun dari inti atom bermuatan positif dan dikelilingi elektron yang bermuatan negatif, sehingga atom bersifat netral. Massa inti atom tidak seimbangdengan massa proton yang ada di dalam inti atom. Sehingga dapat diprediksi ada partikel lain dalam inti atom. Prediksi tersebut memacu W. Bothe dan H. Becker (1930) melakukan eksperimen penembakan partikel alfa pada inti atom berilium (Be) dan dihasilkan radiasi partikel berdaya tembus tinggi. Eksperimen ini dilanjutkan oleh James Chadwick (1932).  Ternyata partikel yang menimbulkan radiasi tersebut bersifat netral dan massanya hampir sama dengan proton. Partikel ini disebut “neutron”.

Kasih  uplous dulu buat para ilmuan-ilmuan luarbiasa ini gaes!! 

Nah sekarang kita lanjut lagi gaes ke sub judul berikut nya yaitu Bilangan Kuantum. Penasaran kan yuk simak dan pelajari dengan benar!
B.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. 

Bilangan kuantum menentukan tingkat energi utama atau jarak dari inti, bentuk orbital, orientasi orbital, dan spin elektron. Setiap sistem kuantum dapat memiliki satu atau lebih bilangan kuantum.

Bilangan kuantum merupakan salah satu ciri khas dari model atom mekanika kuantum atau model atom modern yang dicetuskan oleh Erwin Schrodinger. Dalam mekanika kuantum, bilangan kuantum diperlukan untuk menggambarkan distribusi elektron dalam atom hidrogen dan atom-atom lain. Bilangan-bilangan ini diturunkan dari penyelesaian matematis persamaan schrodinger untuk atom hidrogen.

JenisSunting

Jenis bilangan kuantum adalah:

1. Bilangan Kuantum Utama (n) yang menyatakan tingkat energi.
2. Bilangan Kuantum Azimuth/Momentum Sudut(l) yang menyatakan bentuk orbital.
3. Bilangan Kuantum Magnetik (m) yang menyatakan orientasi orbital dalam ruang tiga dimensi.
4. Bilangan Kuantum Spin (s) yang menyatakan spin elektron pada sebuah atom.

Bilangan kuantum utama (n)Sunting

Bilangan Kuantum Utama  (primer) digunakan untuk menyatakan tingkat energi utama yang dimiliki oleh elektron dalam sebuah atom. Bilangan kuantum utama tidak pernah bernilai nol. Bilangan kuantum utama dapat mempunyai nilai semua bilangan positif, yaitu 1,2,3,4 dan seterusnya. Sedangkan kelopak atom dinyatakan dengan huruf K,L,M,N dan seterusnya.

Kulit	K	L	M	N
Nilai n	1	2	3	4

contoh:

n=1 elektron berada pada kelopak K;

n=2 elektron berada pada kelopak L;

n=3 elektron berada pada kelopak M;

n=4 elektron berada pada kelopak N; dan seterusnya

Bilangan kuantum utama juga berhubungan dengan jarak rata-rata elektron dari inti dalam orbital tertentu. Semakin besar n, semakin besar jarak rata-rata elektron dalam orbital tersebut dari inti dan oleh karena itu semakin besar orbitalnya.

Bilangan kuantum azimut / momentum sudut (ℓ)Sunting

Bilangan Kuantum Azimuth sering disebut bilangan kuantum anguler (sudut). Energi sebuah elektron berhubungan dengan gerakan orbital yang digambarkan dengan momentum sudut. Momentum sudut tersebut dikarakterisasi menggunakan bilangan kuantum azimut. Bilangan azimut menyatakan bentuk suatu orbital dengan simbol ${\displaystyle \ell }$ "huruf L kecil". Bilangan kuantum azimut juga berhubungan dengan jumlah subkelompok.  Nilai ini menggambarkan subkelopak yang dimana elektron berbeda. Untuk subkelopak s, p, d, f bilangan kuantum azimut berturut-turut adalah 0,1,2,3.

Nilai bilangan kuantum azimut atau "${\displaystyle \ell }$" ini bergantung pada nilai bilangan kuantum utama atau "n" . Untuk nilain tertentu, ${\displaystyle \ell }$ mempunyai nilai bilangan bulat yang mungkin dari 0 sampai (n-1). Bila n-1, hanya ada satu nilai ${\displaystyle \ell }$ yakni ${\displaystyle \ell =n-1=1-1=0}$. Bila n=2, ada dua nilai ${\displaystyle \ell }$, yakni 0 dan 1. Bila n=3, ada tiga nilai ${\displaystyle \ell }$, yakni 0,1, dan 2. Nilai-nilai ${\displaystyle \ell }$ biasanya ditandai dengan huruf s, p, d, f... sebagai berikut:

${\displaystyle \ell }$	0	1	2	3
Nama orbital	s	p	d	f

Jadi bila ${\displaystyle \ell }$=0, kita mempunyai sebuah orbital s; bila ${\displaystyle \ell }$=1, kita mempunyai orbital f; dan seterusnya.

Sekumpulan orbital-orbital dengan nilai n yang sama seringkali disebut kulit. Satu atau lebih orbital dengan nilai n dan ${\displaystyle \ell }$ yang sama dirujuk selalu subkelopak. Misalnya kelopak dengan n=2 terdiri atas 2 subkelopak, ${\displaystyle \ell }$=0 dan 1 (nilai-nilai ${\displaystyle \ell }$ yang diizinkan untuk n=2). Subkelopak-subkelopak ini disebut subkelopak 2s dan subkelopak 2p di mana 2 melambangkan nilai n, sedangan s dan p melambangkan nilai ${\displaystyle \ell }$.

Tabel di bawah ini menunjukkan keterkaitan jumlah kelopak dengan banyaknya subkelopak serta jenis subkelopak dalam suatu atom

Jenis subkelopak	Jumlah orbital	Elektron maksimum
Subkelopak s	1 orbital	2 elektron
Subkelopak p	3 orbital	6 elektron
Subkelopak d	5 orbital	10 elektron
Subkelopak f	7 orbital	14 elektron

Bilangan kuantum magnetik (m)Sunting

Bilangan Kuantum Magnetik menyatakan tingkah laku elektron dalam medan magnet . Tidak adanya medan magnet luar membuat elektron atau orbital mempunyai nilai n dan l yang sama tetapi berbeda m. Namun dengan adanya medan magnet, nilai tersebut sedikit berubah. Hal ini dikarenakan timbulnya interaksi antara medan magnet sendiri dengan medan magnet luar.

Bilangan kuantum magnetik ada karena momentum sudut elektron, gerakannya berhubungan aliran arus listrik.Karena interaksi ini, elektron menyesuaikan diri di wilayah tertentu sekitar inti. Daerah khusus ini dikenal sebagai orbital. Orientasi elektron di sekitar inti dapat ditentukan dengan menggunakan bilangan kuantum magnetik m

Di dalam satu subkulit, nilai m bergantung pada nilai bilangan kuantum azimut/momentum sudut l. Untuk nilai l tertentu, ada (2l + 1) nilai bulat m sebagai berikut: -l, (-l + 1), ..., 0, ..., (+l - 1), +l

Bila l =0, maka m=0. Bila l =1, maka terdapat tiga nilai m yaitu -1,0,dan -1. Bila l =2, maka terdapat lima nilai m yaitu -2,-1,0,+1, dan +2. Jumlah m menunjukkan jumlah orbital dalam subkulit dengan nilai l tertentu

Bilangan kuantum spin (s)Sunting

Bilangan kuantum spin menyatakan momentum sudut suatu partikel. Spin mempunyai simbol "s" atau sering ditulis dengan m_s (bilangan kuantum spin magnetik). Suatu elektron dapat mempunyai bilangan kuantum spin s = +1/2 atau -1/2.

Nilai positif atau negatif dari spin menyatakan spin atau rotasi partikel pada sumbu. Sebagai contoh, untuk nilai s=+1/2 berarti berlawanan arah jarum jam (ke atas), sedangkan s=-1/2 berarti searah jarum jam (ke bawah). Diambil nilai setengah karena hanya ada dua peluang orientasi, yaitu atas dan bawah. Dengan demikian, peluang untuk mengarah ke atas adalah 50% dan peluang untuk ke bawah adalah 50%

C. Konfigurasi Elektron 

Konfigurasi elektron adalah susunan elektron berdasarkan kulit atau orbital dari suatu atom. Jadi ada dua cara menyatakan konfigurasi elektron nih. Namun konfigurasi elektron berdasarkan orbital atom itu, lebih berguna untuk mempelajari sifat-sifat suatu zat kimia, termasuk mengapa ada zat kimia yang berwarna-warni. Jadi yang dibahas di sini adalah bagaimana membuat konfigurasi elektron berdasarkan orbital suatu atom ya.

Nah, ada satu gambar yang harus kalian pahami dulu sebelum membuat konfigurasi elektron berdasarkan orbital atom. Coba perhatikan gambar di bawah ini.

Wow, apa tuh? Uler-uleran? Bukan dong.

Itu adalah urutan tingkat energi kulit dan subkulit suatu atom. Ada 4 subkulit yaitu s, p, d, dan f dan angka sebelum subkulit menunjukkan kulit. Subkulit 1s punya tingkat energi paling rendah, lalu naik ke subkulit 2s, 2p, 3s, 3p, sampai terakhir yang paling tinggi 8s. Pastinya elektron yang bisa mengisi subkulit tertentu juga terbatas. Elektron yang mengisi subkulit ini dituliskan dalam bentuk pangkat. Subkulit s maksimal terisi 2 elektron , p terisi 6 elektron,d terisi 10 elektron
, dan f terisi 14 elektron .

Saat menuliskan konfigurasi elektron, kita harus menuliskannya secara urut berdasarkan tingkat energi subkulit dari yang terendah ke tertinggi. Coba nih lihat contoh konfigurasi elektron atom karbon.

Kok bisa gitu ya konfigurasi elektron atom karbon? Coba kita ulik satu persatu ya. Karbon punya 6 elektron. Kita harus menuliskan konfigurasi untuk 6 elektron ini. Padahal elektron yang menempati suatu subkulit bisa dilihat dari pangkat subkulitnya. Kalau kita jumlahkan pangkatnya dari   maka pas 6 kan? Jadi, dalam menuliskan konfigurasi elektron, ikuti saja urutan tingkat energi kulit dan subkulitnya sampai pangkatnya sama seperti banyaknya elektron yang dipunyai atom itu.

Terus zat kimia dengan konfigurasi elektron seperti apa ya yang bisa menghasilkan warna? Biasanya, zat kimia dari logam transisi (golongan B) yang bisa menghasilkan warna. Ambil contoh Mangan (Mn). Seperti apa tuh konfigurasi elektron mangan? Coba perhatikan gambar di bawah ini.

Mn punya subkulit d di akhir konfigurasi elektronnya kan? Subkulit d ini yang biasanya akan mengalami proses kimia lebih lanjut sehingga menghasilkan warna. Itu sebabnya sebagian besar zat kimia dari logam transisi bisa menghasilkan warna. Gimana? Paham kan? Kalau sudah, kita lanjut, yuk!
Berikut adalah penentuan konfigurasi elektron berdasarkan orbital

1. Asas Aufbau: Elektron menempati orbital-orbital dimulai dari tingkat energi yang terendah, dimulai dari 1s, 2s, 2p, dan seterusnya seperti urutan subkulit yang terlihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Urutan tingkat energi subkulit

2. Asas larangan Pauli: Tidak ada dua elektron dalam satu atom yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama. Setiap orbital maksimum diisi oleh 2 elektron yang memiliki spin yang berlawanan.

3. Kaidah Hund: Jika ada orbital dengan tingkat energi yang sama, konfigurasi elektron dengan energi terendah adalah dengan jumlah elektron tak berpasangan dengan spin paralel yang paling banyak.

Gambar 3. Diagram orbital dan konfigurasi elektron berdasarkan orbital dari 10 unsur pertama

D. Diagram Orbital

Nah sekarang kita akan menggambarkan konfigurasi elektron memakai diagram orbital, Squad. Sebenarnya gambarnya cukup mudah kok. Suatu subkulit punya sejumlah orbital. Orbital itu digambarkan sebagai persegi dan berisi garis setengah panah yang mewakili elektron. Subkulit s punya 1 orbital, p punya 3 orbital, d punya 5 orbital, dan f 14 orbital. Ada aturan-aturannya lho dalam menggambar diagram orbital.

orbital.

Kalau sudah tahu aturan-aturannya, langsung aja deh kita lihat contoh diagram orbital untuk beberapa atom berikut.

Sama seperti konfigurasi elektron, diagram orbital juga dipakai diperlukan untuk mempelajari mengapa zat-zat kimia mempunyai warna lho. Diagram orbital bisa menggambarkan mengapa ada zat yang warnanya ungu, hijau, atau bahkan tidak berwarna walaupun ia merupakan logam transisi. Misalnya pada logam transisi yang tidak berwarna Zn, bila kita gambarkan diagram orbitalnya, akan terlihat perbedaan diagram orbital antara logam itu dengan logam transisi berwarna lain.

Sampai di sini ya pembahasan kita hari ini. Tunggu pembahasan berikut nya ya. Bye

Daftar Pustaka
Brown, Theodore L & Lemay, H. Eugene, J.R. 1977. Chemisty, The Central Science.
Prentice-Hall. Inc.
Harnanto, Arie dan Ruminten. 2009. Kimia I. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.
Permana, Irvan. 2009. Memahami Kimia I. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.
Ratna dkk. 2008. Kimia Jilid 1. Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan.

 James E. Brady (1990)

Chang R. 2003. General Chemistry: The Essential Concepts. alih bahasa: Indra Noviandri dkk. 2004. Kimia Dasar jilid 1. Jakarta:Erlangga.
Spencer, James N., Bodner, George M., & Rickard, Lyman H. 2011. Chemistry: Structure and Dynamics (5th edition). New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.)
Gilbert, Thomas N.et al. 2012. Chemistry: The Science in Context (3rd edition). New York: W. W. Norton & Company, Inc.)