atom dengan banyak elektron

B. Atom Berelektron banyak

                Teori Atom Bohr menjelaskan spectrum  cahaya yang dipancarkan oleh atom hydrogen dari tingkat energi  elektronnya. Untuk Z=1 berlaku:

Untuk Z>1 berlaku:

Dapat disimpulkan bahwa electron pada lintasan yang berbeda memiliki energy yang berbeda pula. Untuk membedakan keadaan electron dalam suatu atom, digunakan bilangan kuantum.

1.  Bilangan Kuantum

Kuantum digunakan untuk menyatakan keadaan energy electron. Ada 4 macam bilangan kuantum, antara lain:

a.     Bilangan kuantum utama (n)

Menyatakan nama kulit atom. Energy terendah dimulai dari kulit K, energi yang lebih tnggi dengan kulit L,M,N dst.  Setiap kulit hanya dapat diisi oleh sejumlah electron tertentu.

                Persamaan banyaknya electron maksimal yang dapat mengisi setiap kulit :

                Menurut teori Bohr , besarnya  momentum sudut electron sama dengan tetapan Planck dikalikan bilangan bulat, secara matematis dituliskan :

Dengan :

r = jari-jari orbit electron (m)

h = tetapan planck (6,63 x  Js)

v = kecepatan orbit electron

m = massa electron (kg)

n = bilangan bulat. nilai n sesuai dengan nama kulit.

b.     Bilangan kuantum azimuth (l)

Menyatakan nama subkulit yang dikenal sebagai berikut :

·         Orbital s (sharp)

·         Orbital p ( principle)

·         Orbital d (diffuse)

·         Orbital f ( fundamental)

Orbital yang lebih tinggi lagi dinyatakan dengan orbital g,h,I, dst.

Bilangan kuantum azimut menggambarakan bentuk orbital electron. Nilai l bergantung pada nilai bilangan kuantum utama n.

                L = 0,1,2, ……, n-1

                Setiap orbital l memiliki nama dan bentuk tertentu.

                Gambar orbital untuk tiap-tiap subkulit :

·         Orbital s, berbentuk bola

·         Orbital p, berbentuk seperti balon yang berpilin 2

·         Orbital d, berbentuk seperti balon yang terpilin 4

Jika diketahui  bilangan kuantum l, momentum sudut electron dapat dicari dengan menggunakan persamaan :

               

c.      Bilangan kuantum magnetik (m)

Menyatakan banyaknya orbital yang terdapat disetiap subkulit dan juga menunjukan arah vector momentum sudut.  Nilai bilangan kuantum magnetik bergantung pada nilai bilangan kuantum orbital (l), yaitu :

               

Arah momentum sudut electron ditentukan dengan memperhitungan komponen  vektor momentum sudut tersebut terhadap sumbu z, yakni . Nilai  ditentukan oleh nilai bilangan kuantum magnetik  .

                 =  

d.     Bilangan kuantum spin (s)

Menyatakan arah putaran electron pada sumbunya. Perputaran (spin) elektron dapat menimbulkan momen magnetik. Ada 2 kemungkinan perputaran, yang keduanya saling berlawanan arah. Salah satu diberi tanda +½ dengan notasi penulisan anak panah ke atas, sedangkan arah lain diberi tanda -½ dengan notasi penulisan anak panah kebawah.

Benda yang berputar memiliki momentum sudut. Vektor momentum sudut yang berkaitan dengan bilangan kuantum s ini adalah S dengan panjang :

               

Arah momentum sudut ditentukan oleh komponen vektor pada sumbu z, yaitu sumbu tegak pada  sistem koordinat 3 dimensi.

                 =   dengan ½ atau -½

Pada tahun 1925, S.A. goudsmit dan G. uhlenbeck (ahli fisika asal Belanda), mengusulkan bahwa electron memiliki momentum sudut intrinsic yang bebas dari momentum sudut orbitalnya dan yang berkaitan dengan momen magnetik.  

e.     Efek Zeeman

Energi dalam keadaan atomic akan berubah jika atom itu berada dalam medan magnetik dan energinya dapat sedikit lebih besar atau lebih kecil daripada keadaan tanpa medan magnetik. Ini menyebabkan ‘terpecahnya’ garis spektrum individual menjadi garis-garis terpisah jika atom dipancarkan kedalam medan magnetik dengan jarak antara garis bergantung dari besar medan tsb.  Efek Zeeman  diambil dari nama seorang fisikawan Belanda, Zeeman, yang mengamati efek itu pada 1896. Efek Zeeman merupakan bukti yang jelas dari kuantitasi ruang.

2.   Sifat Atom dan Sitem Periodik

a.     Sifat Atom

Pada sebagian unsur, kulit-kulit atom ada yang terisi elektron dengan penuh dan ada yang tidak penuh (pada kulit yang paling luar). Konfigurasi yang mantap terdapat pada subkulit yang terisi penuh. Jika subkulit telah terisi penuh, sisa electron akan mengisi subkulit selanjutnya. Jika hanya ada satu electron yang mengisi subkulit terluar, electron ini cenderung mudah lepas supaya atom menjadi stabil dengan cara berikatan dengan aton lain.

Sebaliknya, pada atom dengan subkulit terluar kekurangan satu electron, maka untuk menjadi netral atom ini cenderung mudah menerima 1 elektron dari luar.  Electron berada disatu orbital, mengelilingi inti dengan suatu rapat probabilitas tertentu. Penyebaran electron didalam suatu atom dipengaruhi oleh atom-atom lain yang berdekatan.

b.     Sistem Periodik

Sistem periodic unsur disusun berdasarkan kenaikan nomor atomnya atau berdasarkan urutan jumlah electron. Sifat-sifat dalam system periodic dapat diketahui melalui konfigurasi elktronnya sehingga diketahui jumlah elektron sekitarnya.

                                Konfigurasi electron gas mulia :

·         Aturan Aufbau

Penempatan electron dimulai dari subkulit yang memiliki tingkat energi paling rendah sampai penuh. Urutan tingkat energi sesuai dengan urutan arah panah  1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s.

·         Kaidah Hund

Penempatan electron pada orbital-orbital p, d, f yang memiliki tingkat energi yang sama (pada subkulit yang sama), setiap subkulit diisi dengan satu electron terlebih dahulu dengan arah spin yang sama, kemudian diisi dengan electron berikutnya dengan arah yang berlawanan.

·         Azas Larangan Pauli

Pada  1925 Wolfgang Pauli mengemukakan aturan yaitu, “elekton-elektron cenderung akan menempati energy terendah yang masih mungkin dalaqm satu orbital”.  Asas larangan pauli :

“dalam sebuah atom tidak boleh ada dua electron yang menempati keadaan yang sama, artinya electron tidak boleh mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama (m, l, , dan ).

c.      Energi Ionisasi dan Elektron Valensi

·         Energi Ionisasi

Jika dalam suatu atom terdapat  satu electron diluar subkulit yang stabil, electron ini cenderung mudah lepas supaya memiliki konfigurasi seperti gas mulia. Energy untuk melepaskan electron dari suatu atom disebut energy ionisasi.

Dalam satu periode semakin banyak electron dan proton, gaya tarik-menarik electron terluar dengan inti semakin besar (jari-jari kecil).  Akibatnya electron sukar dilepas sehingga energy untuk melepas electron semakin besar. Hal ini berarti energy ionisasinya besar.

Perulangan sifat pada system periodic :

Dari atas kebawah dalam satu golongan, jari-jari atom semakin besar dan menyebabkan electron terluar relative mudah lepas. Berarti energy ionisasi berkurang.

·         Afinitas Elektron

Afinitas electron merupakan  energy yang terlibat saat suatu atom menerima electron dari luar. Atom-atom yang memiliki gaya tarik-menarik antar intinya kecil menunjukan bahwa afinitas elektronnya juga kecil. Hal-hal yang mempengaruhi besar kecilnya afinitas electron :

ü  Jumlah muatan dalam inti

ü  Jarak antar inti

ü  Jumlah electron dalam atom

Besarnya afinitas elktron suatu atom tidak sama dengan energy ionisasi karena kedua hal tersebut bukan proses kebalikan. Atom-atom yang semaikn mudah menangkap electron akan memiliki harga afinitas electron yang semakin besar.

·         Elektron Valensi

Dalam system periodic, satu golongan atom-atom tersebut memiliki electron valensi yang sama