Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur dalam Kimia

Ilustrasi struktur atom dan sistem periodik unsur. Foto: Pixabay/ExplorersInternational

Struktur atom dan sistem periodik unsur merupakan salah satu materi kimia yang sering membuat siswa kesulitan. Padahal materi ini yang satu ini merupakan salah satu dasar dari pembelajaran kimia.

Terlebih materi struktur atom dan sistem periodik unsur membahas materi dengan ukuran yang sangat kecil. Hal ini membuat semakin sulit bagi siswa apabila tidak dipelajari secara mendalam.

Mengenal Struktur Atom

Ilustrasi struktur atom dan sistem periodik unsur. Foto: Pexels/Artem Podrez

Dikutip dari buku Pocket Book SMA/MA Kimia, Tim Smart Nusantara (2019), atom adalah bagian terkecil dari suatu partikel sudah dapat dibagi lagi secara reaksi kimia biasa. Atom tersusun dari tiga partikel, yakni:

1. Nomor Atom dan Nomor Massa

a. Nomor Atom

Jumlah proton dapat membedakan atom suatu unsur dengan atom unsur lainnya. Jumlah proton dinyatakan sebagai nomor atom (Z).

b. Nomor Massa

Massa atom (A) dapat ditentukan berdasarkan massa inti yang merupakan total massa proton dan neutron. Meskipun berkontribusi terhadap massa atom, neutron tidak berperan dalam menentukan muatan atom, karena tidak bermuatan atau netral.

Penulisan nomor atom dan nomor massa suatu unsur mengikuti notasi zX^A, dengan Z adalah nomor atom, A adalah nomor massa, dan X adalah lambang unsur.nomor atom.

2. Isotop, Isobar, dan Isoton

Atom unsur yang sejenis maupun berbeda jenis dimungkinkan memiliki jumlah proton, jumlah neutron, atau nomor massa yang sama. Berdasarkan kesamaan yang dimiliki, terdapat klasifikasi unsur-unsur sebagai berikut.

3. Bilangan Kuantum

Berdasarkan teori mekanika kuantum, kedudukan suatu elektron tidak dapat ditentukan secara pasti. Sehingga yang ada hanyalah kemungkinan terbesar menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom.

Untuk menggambarkan keberadaan elektron, digunakan bilangan kuantum yang menyatakan koordinat posisi dari elektron tersebut.

Posisi elektron dinyatakan dalam 4 bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimut (ℓ), bilangan kuantum magnetik (m), dan bilangan kuantum spin (s).

a. Bilangan Kuantum Utama (n)

Bilangan kuantum utama menyatakan tingkat energi atau nomor kulit atom tempat elektron berada. Bilangan kuantum utama dinyatakan dalam bilangan bulat positif (n = 1,2, 3, ...).

Meningkatnya bilangan kuantum utama diiringi dengan kenaikan tingkat energi yang ditempati oleh elektron.

b. Bilangan Kuantum Azimut (ℓ)

Bilangan kuantum azimut menyatakan bentuk orbital atau subkulit tempat elektron berada. Orbital yang berbeda akan dinyatakan dalam bilangan kuantum azimut yang berbeda juga.

c. Bilangan Kuantum Magnetik (m)

Bilangan kuantum magnetik menyatakan orientasi elektron di sekitar inti. Adanya momentum elektron menyebabkan elektron tersebar pada posisi tertentu di dalam subkulit.

Posisi elektron dinyatakan sebagai nomor orbital. Nomor orbital mempunyai nilai -ℓ sampai +ℓ.

d. Bilangan Kuantum Spin (s)

Bilangan kuantum spin menyatakan momentum sudut suatu elektron. Harga s yang dapat dimiliki oleh elektron adalah +½ dan -½. Nilai positif dan negatif menunjukkan arah rotasi elektron pada sumbunya.

4. Konfigurasi Elektron

Keberadaan elektron dalam suatu atom akan mengikuti aturan atau susunan tertentu. Susunan elektron dalam atom dikenal dengan konfigurasi elektron. Penulisan konfigurasi elektron didasari oleh aturan-aturan dalam bentuk:

a. Aturan Aufbau

Menurut aturan Aufbau, elektron mula-mula akan mengisi tingkat energi yang terendah, kemudian dilanjutkan ke tingkat energi yang lebih tinggi.

b. Aturan Hund

Aturan Hund menyatakan bahwa elektron akan mengisi seluruh orbital dengan energi setingkat terlebih dahulu. Setelah seluruhnya terisi, baru elektron akan berpasangan.

c. Asas larangan Pauli

Elektron-elektron dalam suatu atom tidak akan memiliki empat bilangan kuantum yang sama. Sehingga elektron-elektron mungkin memiliki ketiga bilangan kuantum yang sama.

Meski begitu, arah spin elektron pada orbital yang sama akan berlawanan. Dengan demikian, bilangan kuantumnya tidak mungkin sama.

Sistem Periodik Unsur

Ilustrasi struktur atom dan sistem periodik unsur. Foto: Unsplash/Vedrana Filipović

Dalam belajar sistem periodik unsur, terdapat beberapa macam sub bab yang dipelajari siswa, yakni:

1. Tabel Periodik

Tabel periodik adalah pengelompokan unsur-unsur berdasarkan kenaikan nomor atom, sifat fisika, dan sifat kimia. Dalam tabel ini, ditemukan keteraturan dalam ketiga indikator tersebut.

Baris pada tabel periodik disebut dengan periode, sedangkan kolom pada tabel periodik disebut sebagai golongan.

Periode menunjukkan jumlah kulit yang terisi elektron pada atom. Meningkatnya jumlah kulit yang terisi elektron akan diikuti dengan peningkatan nomor periode dari atas ke bawah, periode meningkat seiring dengan naiknya nomor atom.

Sementara itu, golongan menunjukkan jumlah elektron valensi. Secara garis besar, unsur-unsur dalam sistem periodik dibagi menjadi 2 golongan, yaitu sebagai berikut.

a. Golongan utama (golongan A)

Pada golongan utama (golongan A), nomor golongan ditentukan oleh jumlah elektron valensi pada subkulit s dan p atau s saja.

b. Golongan transisi (golongan B)

Golongan B dikelompokkan lagi menjadi 2, yaitu golongan transisi dan golongan transisi dalam.

1.) Golongan transisi: IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB, dan IIB

Nomor golongan ditentukan oleh jumlah elektron terakhir pada subkulit s dan d. Terdapat beberapa pengecualian pada golongan B, yaitu sebagai berikut.

2.) Golongan transisi dalam: golongan lantanida dan aktinida

Pada golongan ini, elektron valensi menempati subkulit s dan f. Jumlahnya tidak menentukan nomor golongan, karena lantanida dan aktinida tidak mempunyai nomor golongan.

2. Sifat-Sifat Periodik Unsur

Pada golongan dan periode, terdapat adanya keteraturan perubahan sifat yang dinamakan dengan sifat periodik unsur. Sifat periodik unsur meliputi jari-jari atom, energi ionisasi, afinitas elektron, sifat logam dan nonlogam, keelektronegatifan, serta kereaktifan.

a. Jari-Jari Atom

Jari-jari atom adalah jarak dari inti atom sampai lintasan elektron paling luar. Dalam satu golongan, dilihat dari atas ke bawah sehingga jari-jari atom akan semakin besar. Sementara itu, dalam satu periode dari kiri ke kanan, jari-jari atom akan semakin kecil.

b. Energi Ionisasi

Energi ionisasi adalah energi minimum yang diperlukan oleh atom dalam bentuk gas untuk melepaskan elektronnya yang paling luar. Semakin besar jari-jari atom, gaya tarik antara inti dan elektron pada kulit terluar semakin lemah.

Dampaknya adalah dalam satu golongan dari atas ke bawah, energi ionisasi semakin kecil. Sementara itu, dalam satu periode dari kiri ke kanan, energi ionisasi semakin besar.

c. Afinitas Elektron

Afinitas elektron merupakan energi yang dilepaskan oleh atom netral dalam bentuk gas ketika menerima sebuah elektron untuk membentuk ion negatif.

Dalam satu periode dari kiri ke kanan membuat afinitas elektron semakin besar. Sementara itu, dalam satu golongan dari atas ke bawah, afinitas elektron semakin kecil.

d. Sifat Logam dan Nonlogam

Dalam sistem periodik unsur, sifat non logam bertambah dari kiri ke kanan seiring bertambahnya elektron valensi. Penambahan elektron valensi cenderung membuat unsur untuk melepas elektron menjadi berkurang.

Sementara itu, sifat logam bertambah dari kanan ke kiri. Hal ini dikarenakan, semakin ke kiri kecenderungan unsur untuk melepas elektron semakin bertambah.

e. Keelektronegatifan

Keelektronegatifan adalah kecenderungan atom netral dalam molekul stabil untuk menarik elektron. Dalam satu periode dari kiri ke kanan, nilai keelektronegatifan semakin besar, karena muatan inti bertambah dan jari-jari atom berkurang.

Dampaknya adalah daya tarik inti terhadap elektron semakin besar. Sementara itu, dalam satu golongan dari atas ke bawah, nilai keelektronegatifan akan semakin kecil, karena jari-jari atom semakin besar. Akibatnya, daya tarik inti terhadap elektron semakin kecil.

f. Kereaktifan

Kereaktifan unsur logam diukur dari kemampuannya untuk melepaskan elektron. Semakin mudah melepaskan elektron atau semakin kecil energi ionisasinya, semakin reaktif unsur logam tersebut.

Kereaktifan unsur logam akan bertambah dari kanan ke kiri dan dari atas ke bawah, sesuai dengan mengecilnya nilai energi ionisasi. Kereaktifan unsur nonlogam diukur dari kemampuannya untuk menarik elektron.

Semakin kuat menarik elektron atau semakin besar keelektronegatifannya, semakin reaktif unsur nonlogam tersebut.

Kereaktifan unsur nonlogam akan bertambah dari kiri ke kanan dan dari bawah ke atas, sesuai dengan membesarnya nilai keelektronegatifan.

Baca Juga: Pengertian Ion, Molekul, dan Atom dalam Pelajaran Kimia

Itulah penjelasan tentang struktur atom dan sistem periodik unsur dalam kimia. Meskipun terkesan sulit, tetapi jika dipelajari lebih mendalam tidaklah terlalu sulit untuk dipahami.(MZM)