Partikel dasar yang terdapat pada kulit atom adalah

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.

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.

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:

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 :

Harga n menunjukkan kulit yang ditempati elektron, yang dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3. Jumlah elektron maksimum di setiap kulit

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

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

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

IUPAC menetapkan suatu standar sebagai berikut. Satu satuan massa atom disingkat 1 sma.

Untuk unsur yang memiliki lebih dari satu isotop, Ar merupakan nilai rat-rata dari setiap massa atom. Penentuan Ar tersebut dengan memperhitungkan kelimpahannya . Misalnya untuk suatu unsur yang memiliki dua macam isotop, berlaku persamaan sebagai berikut :