Atom dan strukturnya

Sederhana · Fase A–C · SD kelas 1–6 (IPAS)

Kalau sebutir garam kamu bagi terus-menerus, lama-lama kamu sampai pada butiran super kecil yang disebut atom. Atom sangat kecil: sehelai rambut setebal kira-kira satu juta atom!

Atom punya bagian tengah yang disebut inti, dan di sekelilingnya bergerak elektron. Setiap jenis atom disebut unsur. Ada 118 unsur, misalnya hidrogen, oksigen, besi, dan emas. Semuanya tersusun rapi di lab atom dan tabel-periodik.

Atom-atom bisa bergandengan membentuk molekul. Satu molekul air terdiri atas 2 atom hidrogen dan 1 atom oksigen.

Standar · Fase D · SMP kelas 7–9 (IPA)

Atom tersusun atas tiga partikel subatom:

• Proton (muatan +1) dan neutron (netral) berada di inti yang sangat kecil tetapi hampir memuat seluruh massa atom.
• Elektron (muatan −1, massanya sekitar 1/1836 proton) bergerak di kulit sekitar inti.

Nomor atom (Z) adalah jumlah proton dan menentukan jenis unsur. Nomor massa (A) adalah jumlah proton dan neutron. Atom netral memiliki jumlah elektron sama dengan jumlah proton. Atom yang melepas atau menerima elektron menjadi ion.

Isotop adalah atom unsur sama dengan jumlah neutron berbeda, misalnya karbon-12 dan karbon-14 (dipakai untuk menentukan umur fosil).

Elektron mengisi kulit K (maks. 2), L (maks. 8), M, dan seterusnya. Elektron di kulit terluar disebut elektron-valensi dan menentukan cara atom bereaksi. Contoh: natrium (Z = 11) → 2 · 8 · 1.

Kuark penyusun proton dan neutron dibahas di Partikel penyusun materi, sedangkan isotop radioaktif di kimia inti.

Lanjutan · Fase E–F · SMA kelas 10–12 (Kimia)

Model atom berkembang seiring bukti percobaan:

1. Dalton (1803): atom bola pejal yang tidak dapat dibagi.
2. Thomson (1897): menemukan elektron; atom seperti roti kismis.
3. Rutherford (1911): hamburan sinar alfa pada emas menunjukkan inti kecil bermuatan positif.
4. Bohr (1913): elektron berada pada tingkat energi tertentu; loncatan antartingkat memancarkan cahaya berwarna (spektrum garis, lihat uji nyala).
5. Mekanika kuantum (Schrödinger, 1926): elektron digambarkan sebagai orbital, daerah peluang terbesar menemukan elektron.

Setiap elektron memiliki empat bilangan-kuantum: n (kulit), l (subkulit s, p, d, f), mₗ (orientasi orbital), dan mₛ (spin). Konfigurasi elektron mengikuti prinsip Aufbau (energi terendah dulu: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d …), larangan Pauli (maks. 2 elektron berlawanan spin per orbital), dan kaidah Hund (orbital setara diisi satu-satu dulu).

Contoh: Besi (Z = 26) = [Ar] 3d⁶ 4s². Kromium dan tembaga adalah pengecualian ([Ar] 3d⁵ 4s¹ dan [Ar] 3d¹⁰ 4s¹) karena subkulit setengah penuh dan penuh lebih stabil.

Mendalam · Perguruan tinggi · Kimia dasar dan lanjut

Persamaan Schrödinger untuk atom hidrogen menghasilkan fungsi gelombang ψₙₗₘ = Rₙₗ(r)·Yₗᵐ(θ,φ). Bagian radial menentukan jumlah simpul radial (n − l − 1) dan bagian sudut (harmonik bola) menentukan bentuk orbital: s bulat, p berbentuk halter dengan satu bidang simpul, d dengan dua bidang simpul.

Pada atom berelektron banyak, elektron saling menutupi (efek perisai) sehingga muatan inti efektif Z_eff = Z − S (aturan Slater). Penetrasi orbital s lebih besar daripada p dan d, sehingga pada kulit yang sama energi s < p < d. Inilah sebabnya 4s terisi sebelum 3d, tetapi saat membentuk ion transisi elektron 4s dilepas lebih dulu (Fe²⁺ = [Ar] 3d⁶).

Tren periodik (jari-jari, energi ionisasi, afinitas elektron, keelektronegatifan) dapat dijelaskan dari Z_eff dan bilangan kuantum utama. Untuk unsur berat, efek relativistik mengontraksi orbital s: inilah alasan emas berwarna kuning dan raksa cair pada suhu kamar.

Spektroskopi fotoelektron (PES) memberi bukti langsung energi tiap subkulit, sedangkan spektrum emisi atom dipakai dalam AAS dan ICP untuk analisis logam jejak.

Dasar kuantumnya diuraikan di Kimia kuantum & kimia fisik.