Kimia Anorganik_Struktur Atom

 Struktur Atom

Telah ditemukan bahwa garis-garis spektra atom hidrogen terdiri atas beberapa deret garis konvergen. Pola yang dianut mengikuti secara seksama persamaan-persamaan berikut :

1.    Deret Ultraviolet (Lyman)    :            R(     )   n = 2, 3, 4, 5,...

2.    Deret tampak (Balmer)         :            R(     )   n = 3, 4, 5, 6,...

3.    Deret infra merah (Paschen) :           R(     )   n = 4, 5, 6, 7,...

Rumus-rumus tersebut dikembangkan oleh Rydberg, mengandung tetapan empirik, R, yang sama dengan 109.678 cm^-1. Jelaslah bahwa garis-garis itu merupakan kasus-kasus dengan rumus umum :

   R(     )      m = 1, 2, 3, 4,...       n = (m + 1), (m + 2), (m + 3),...

Pada tahun 1913, seorang ahli fisika Denmark, Niels Bohr, membuat usul-usulan yang berani. Ia menerima fakta bahwa pengamatan tersebut bertentangan dengan keterangan menurut teori-teori yang dianut saat itu; kemudian ia mendobrak tradisi. Bohr mengusulkan bahwa elektron dapan mengelilingi proton pada orbit dengan jari-jari tertentu, sedangkan fisika klasik menyatakan hal itu tidaklah mungkin; diyakini bahwa elektron akan terpilin ke dalam, sambil meradiasi energi dan akhirnya jatuh ke inti.

Kemudian Bohr menemukan cara untuk memilih orbit-orbit sehingga dapat menjabarkan rumus Rydberg. Ia mencapainya dengan mengajukan suatu persyaratan. Pada setiap orbit momentum sudut dari elektron, mvr, harus terkuanta, yaitu harus mempunyai nilai yang diberikan oleh rumus :       mvr = n  , dimana n = 1,2,3,4,...

Dalam hal ini m, v, r, dan h adalah massa dan laju elektron, jari-jari orbit, dan tetapan Planck, n disebut bilangan kuantum orbit, dan harus berupa bilangan bulat. Dengan menggunakan asumsi ini, dan menerapkan seluruh sisa konsep fisika yang lain sepenuhnya secara tradisional, telah ditentukan bahwa bagi setiap orbit, energi dan jari-jari diberikann oleh rumus :

E = -

r =

Z adalah muatan inti.bagi atom hidrogen sendiri harganya 1 dan dapat diabaikan.

Himpunan tetapan pada rumusan untuk E sama dengan nilai tetapan Rydberg. Secara singkat, Bohr mendapatkan  E = -

Energi terendah (paling negatif) dari deret spektra adalah –R/1² = -R. Bila elektron tereksitasi ke orbit yang lebih t  inggi energinya (n > 1) dan kembali lagi ke orbit dengan n=1, akan diperoleh deret garis ultraviolet, karena elektron akan kehilangan energi yang sama dengan R(1/1² – 1/n²). Deret-deret lain timbul bila elektron kembali dari orbit – orbit yang lebih tinggi ke orbit dengan n = 2 (deret tampak), dan n = 3 (deret infra merah).

Pada semua kasus di atas, Bohr menggunakan postulat Planck, yaitu bahwa radiasi terkuanta, dan setiap kuantum radiasi dengan frekuensi v mempunyai energi, E, dinyatakan oleh :  E = hv. Jari-jari Bohr terhitung bagi orbit paling stabil adalah 0,529 A.

2-2.  Mekanika Gelombang

Salah satu alasan mengapa model atom Bohr ditinggalkan ialah fakta bahwa karya-karya eksperimen dan teori lain menunjukkan bahwa elektron memiliki sifat seperti gelombang.

Dalam mekanika gelombang, salah satu gagasan dasar adalah bahwa letak elektron sebagai partikel diskret; tidak dapat dirinci dengan tepat. Mekanika elektron tersebut mempunyai fungsi gelombang , , yang mempunyai nilai tepat pada setiap titik dalam ruang. Fungsi gelombang dapat ditafsirkan dengan salah satu dari dua cara :

1.           Elektron dipandang sebagai partikel diskret ; pangkat dua fungsi gelombang, , menyatakan kemungkinan mendapatkannya secara relatif pada setiap titik.

2.           Elektron dipandang sebagai distribusi terpoles dari muatan negatif yang rapatannya beragam dari satu tempat ke tempat lain, menurut besarnya .

Menurut mekanika gelombang, rapatan elektron memiliki simetri bulat sekeliling inti. Rapatan elektron paling besar terjadi pada inti dan turun secara eksponensial dengan bertambahnya jari-jari.

2-3 Orbital Atom dalam Mekanika Gelombang

Terdapat berbagai jenis orbital yang disebut s,p,d,f ( secara abjad diikuti oleh g,h, dst., yang mempunyai nilai l berturut-turut 0,1,2,3, dst.) bagi setiap nilai n, terdapat satu orbital s. Bagi setiap nilai n dimulai dari 2 terdapat satu set tiga orbital, begitu seterusnya.

Orbital s. Setiap orbital s adalah simetri bulat. Orbital 1s dimana-mana bertanda positif. Mulai dari 2s, terdapat daerah positif dan negatif secara bergantian.

Orbital p. Setiap orbital p terdiri atas cuping positif sepanjang sumbu positif Cartesius, dan cuping negatif sepanjang sumbu negatifnya. Terdapat tiga orbital pada setiap set, satu sepanjang sumbu x, p_x, satu sepanjang sumbu y, p_y, satu sepanjang z, p_z. Orbital-orbital 2p tidak memiliki simpul radial, tetapi mulai dari 3p terdapat lagi simpul radial.

Orbital d. Setiap set orbital d terdiri atas lima anggota. Hal-hal berikut adalah penting.

1.           Orbital d  simetris di sekeliling sumbu z.

2.           Orbital-orbital , , dan  sangat mirip kecuali bahwa mereka mempunyai amplitudo maksimum berturut-turut pada bidang xy,yz, dan zx.

3.           Orbital d -  mempunyai bentuk tepat sama dengan orbital , tetapi diputar sebesar 45° pada sumbu z sedemikian, hingga cupingnya terarah sepanjang sumbu x dan y.

Orbital f . Bagi setiap bilangan kuantum utama mulai dengan 4 terdapat set orbital f. Orbital 4f  hanya sedikit berperan dalam ikatan kimia, walaupun tidak diragukan bahwa orbital 5f cukup ekstensif digunakan dalam berbagai senyawaan yang dibentuk oleh unsur-unsur aktinida.

2-3 Spin Elektron, Prinsip Eksklusi, Konfigurasi Elektron

Setiap elektron mempunyai sifat yang disebut spin, yang dapat dibayangkan bahwa elektron sebagai partikel diskret berpusing seperti gasingan pada sumbu yang melewatinya. Terdapat dua akibat penting dari spin elektron.

Prinsip Eksklusi. Bila suatu elektron diperuntukkan bagi suatu orbital elektron, elektron tersebut dapat sepenuhnya diterangkan dengan daftaran empat bilangan kuantumnya.

1.         Bilangan kuantum utama dari orbital, n.

2.         Bilangan kuantum l dari orbital, yang menjelaskan apakah itu orbital s, p, d, f dan seterusnya.

3.         Nilai m_l dari orbital, yang setara dengan pernyataan indeksnya seperti x, y, atau z bagi orbital-orbital suatu atom ialah prinsip eksklusi.

Dua elektron dalam suatu atom tidak dapat memiliki set bilangan kuantum yang

Konfigurasi elektron. Cara elektron menempati orbital-orbital dalam dalam atom disebut konfigurasi elektron atom tersebut.  

2-5 Struktur Atom dengan Banyak Elektron

Orbital–orbital dalam bilangan kuantum utama sama, tidak memiliki energi sama pada atom berelektron banyak, walaupun memang demikian halnya pada atom hidrogen.  

2-6 Tabel Berkala

 Bila sekarang unsur-unsur yang masing-masing mengikuti gas mulia dan memiliki elektron tunggal pada orbital ns setelah konfigurasi gas mulia, yakni [ ]ns ditempatkan dalam satu kolom pada tabel paling kiri, bentuk tabel tersebut secara mendasar sudah ditetapkan. Unsur pada golongan IA disebut logam alkali, unsur pada golongan IIA disebut logam alkali tanah.

Unsur-unsur kulit luar yang hanya terdiri atas elektron s dan p disebut unsur-unsur golongan utama.

2-7 Aturan Pertama Hund; Perubahan Entalpi Pengionan dengan Nomor Atom

Terdapat dua hal penting mengenai pola yang tergambar pada tabel periodik yaitu :

1.      Elektron-elektron terus menerus memasuki orbital-orbital yang berlainan sejauh mungkin.

2.      Dua atau lebih elektron masing-masing menempati orbital-orbital yang berlainan memiliki spin yang sama.

Kedua hal tersebut diringkas dalam suatu pernyataan yang dikenal sebagai aturan pertama Hund : Konfigurasinya paling stabil, diantara beberapa kemungkinan dengan energi orbital sama, ialah konfigurasinya dengan spin elektron tidak berpasangan yang paling banyak. Aturan ini berarti penyebaran elektron, karena setiap dua elektron pada orbital yang sama, ialah konfigurasinya dengan spin elektron pada orbital yang sama menurut prinsip eksklusi diharuskan untuk memiliki spin yang berlawanan arah, suatu keadaan yang diberikan sebagai perpasangan spin.

 2-8 Sifat Magnetik dari Atom dan Ion

Setiap atom, ion, atau molekul yang memiliki satu atau lebih elektron tidak berpasangan adalah paramagnetik, artinya bahwa setiap materi dimana ia terdapat, akan ditarik ke dalam medan magnet. Zat-zat yang tidak mengandung elektron tidak berpasangan adalah dimagnetik, artinya mereka sedikit ditarik oleh medan magnet.

2-9 Keelektronegatifan

Keelektronegatifan adalah ukuran empiris mengenai kecenderungan atom dalam molekul untuk menarik elektron. Dengan sendirinya ia akan berubah dengan tingkat oksidasi atom, dan karena beberapa alasan, harga numerik yang diperuntukkan tidak usah diartikan secara harfiah.