a. Ukuran Atom

Seperti telah disebutkan di bagian sebelumnya, ketakterbagian atom perlahan mulai dipertanyakan. Pada saat yang sama, perhatian pada struktur atom perlahan menjadi semakin besar. Bila ilmuwan mempelajari struktur atom, ukurannya harus dipertimbangkan. Telah diketahui bahwa sebagai pendekatan volume atom dapat diperkirakan dengan membagi volume 1 mol padatan dengan konstanta Avogadro.

Latihan 2.3 volume satu molekul air

Dengan menganggap molekul air berbentuk kubus, hitung panjang sisi kubusnya. Dengan menggunakan nilai yang didapat, perkirakan ukuran kira-kira satu atom (nyatakan dengan notasi saintifik atau notasi ilmiah 10^x).

Jawab:

Volume 1 mol air sekitar 18 cm³. Jadi volume 1 molekul air adalah:

V = 18 cm³/6,022 x 10²³ = 3x10^-23 cm³ = 30 x 10^-24 cm³. Panjang sisi kubus adalah

(30 x 10^-24 cm³)1/3 cm = 3,1 x 10^–8 cm.

Nilai ini mengindikasikan bahwa ukuran atom sekitar 10^–8 cm. Thomson mengasumsikan bahwa atom dengan dimensi sebesar itu adalah bola seragam bermuatan positif dan elektron-elektron kecil yang bermuatan negatif tersebar di permukaan bola tersebut. Dalam kaitan ini model Thomson sering disebut dengan “model bolu kismis”, kismisnya seolah elektron dan bolunya adalah atom.

Share:

Read More

2.2 Model Atom

Ukuran atom sekitar 10⁻⁸ cm. Thomson mengasumsikan bahwa atom dengan dimensi sebesar itu adalah bola seragam bermuatan positif dan elektron-elektron kecil yang bermuatan negatif tersebar di permukaan bola tersebut. Dalam kaitan ini model Thomson sering disebut dengan “model bolu kismis”, kismisnya seolah elektron dan bolunya adalah atom.

Menurut ide Rutherford, muatan positif atom terpusat di bagian pusat (dengan jari-jari terhitung sekitar 10^–12 cm) sementara muatan negatifnya terdispersi di seluruh ruang atom. Partikel kecil di pusat ini disebut dengan inti. Semua model atom sebelumnya yang menyatakan atom sebagai ruang yang seragam dengan demikian ditolak.

Share:

Read More

2.1 Penemuan Struktur Atom

Menurut Dalton dan ilmuwan sebelumnya, atom adalah partikel terkecil yang tak dapat terbagi lagi, dan merupakan komponen mikroskopik utama penyusun semua materi. Jadi, tidak ada seorangpun ilmuwan sebelum abad 19 menganggap atom memiliki struktur, atau dengan kata lain, atom juga memiliki komponen yang lebih kecil.

Keyakinan bahwa atom tak terbagi mulai goyah akibat perkembangan pengetahuan hubungan materi dan kelistrikan yang berkembang lebih lanjut. Kita dapat mempelajari perkembangan kronologis pemahaman hubungan antara materi dan listrik.

Tabel 2.1 Kemajuan pemahaman hubungan materi dan listrik.

Tahun                            Peristiwa

1800                              Penemuan baterai (Volta)

1807                              isolasi Na dan Ca dengan elektrolisis (Davy)

1833                              Penemuan hukum elektrolisis (Faraday)

1859                              Penemuan sinar katoda (Plücker)

1874                              Penamaan elektron (Stoney)

1887                              Teori ionisasi (Arrhenius)

1895                              Penemuan sinar-X (Röntgen)

1897                              Bukti keberadaan elektron (Thomson)

1899                              Penentuan e/m (Thomson)

1909-13                         Percobaan tetes minyak (Millikan)

Faraday memberikan kontribusi yang sangat penting, ia menemukan bahwa jumlah zat yang dihasilkan di elektroda-elektroda saat elektrolisis (perubahan kimia ketika arus listrik melewati larutan elektrolit) sebanding dengan jumlah arus listrik. Ia juga menemukan pada tahun 1833 bahwa jumlah listrik yang diperlukan untuk menghasilkan 1 mol zat di elektroda adalah tetap (96,500 C). Hubungan ini dirangkumkan sebagai hukum elektrolisis Faraday.

Faraday sendiri tidak bermaksud menggabungkan hukum ini dengan teori atom. Namun, kimiawan Irish George Johnstone Stoney (1826-1911) memiliki wawasan sehingga mengenali pentingnya hukum Faraday pada struktur materi; ia menyimpulkan bahwa terdapat satuan dasar dalam elektrolisis, dengan kata lain ada analog atom untuk kelistrikan. Ia memberi nama elektron pada satuan hipotesis ini.

Kemudian muncul penemuan menarik dari percobaan tabung vakum. Bila kation mengenai anoda saat diberikan beda potensial yang tinggi pada tekanan rendah (lebih rendah dari 10^–2 - 10^–4 Torr. Torr adalah satuan tekanan yang sering digunakan untuk mendeskripsikan tingkat vakum, (1 Torr = 133, 3224 Pa)), gas dalam tabung, walaupun merupakan insulator, menjadi penghantar dan memancarkan cahaya. Bila vakumnya ditingkatkan, dindingnya mulai menjadi mengkilap, memancarkan cahaya fluoresensi (Gambar 2.1). Fisikawan Jerman Julius Plücker (1801-1868) berminat pada fenomena ini dan menginterpreatsinya sebagai beikut: beberapa partikel dipancarkan dari katoda. Ia memberi nama sinar katoda pada partikel yang belum teridentifikasi ini (1859).

Gambar 2.1 Penemuan sinar katoda. Sinar katoda dihasilkan dalam tabung vakum bila vakum tinggi memberikan informasi yang sangat penting pada struktur atom.

Patikel yang belum teridentifikasi ini, setelah dipancarkan dari katoda, akan menuju dinding tabung atau anoda. Ditemukan bahwa partikel tersebut bermuatan karena lintasan geraknya akan dibelokkan bila medan magnet diberikan. Lebih lanjut, sifat cahaya tidak bergantung jenis logam yang digunakan dalam tabung katoda, maupun jenis gas dalam tabung pelucut ini. Fakta-fakta ini menyarankan kemungkinan bahwa partikel ini merupakan bahan dasar materi.

Fisikawan Inggris Joseph John Thomson (1856-1940) menunjukkan bahwa partikel ini bermuatan negatif. Ia lebih lanjut menentukan massa dan muatan partikel dengan memperkirakan efek medan magnet dan listrik pada gerakan partikel ini. Ia mendapatkan rasio massa dan muatannya. Untuk mendapatkan nilai absolutnya, salah satu dari dua hal tersebut harus ditentukan.

Fisikawan Amerika Robert Andrew Millikan (1868-1953) berhasil membuktikan dengan percobaan yang cerdas adanya partikel kelistrikan ini. Percobaan yang disebut dengan percobaan tetes minyak Millikan. Tetesan minyak dalam tabung jatuh akibat pengaruh gravitasi. Bila tetesan minyak memiliki muatan listrik, gerakannya dapat diatur dengan melawan gravitasi dengan memberikan medan listrik. Gerakan gabungan ini dapat dianalisis dengan fisika klasik. Millikan menunjukkan dengan percobaan ini bahwa muatan tetesan minyak selalu merupakan kelipatan 1,6x10^–19 C. Fakta ini berujung pada nilai muatan elektron yaitu sebesar 1,6x10^–19 C.

Rasio muatan/massa ("/" artinya "berbanding") partikel bermuatan yang telah diketahui selama ini sekitar 1/1000 (C/g). Ratio yang didapatkan Thomson jauh lebih tinggi dari nilai tersebut (nilai akurat yang diterima adalah 1,76 x10⁸ C/g), dan penemuan elektron tidak masuk dalam struktur pengetahuan yang ada saat itu. Partikel ini bukan sejenis ion atau molekul, tetapi harus diangap sebagai bagian atau komponen penyusun atom.

Latihan 2.1 Perhitungan massa elektron.

Hitung massa elektron dengan menggunakan nilai yang didapat Millikan dan Thomson.

Jawab:

Kita dapat memperoleh penyelesaian dengan mensubstitusikan nilai yang didapat Millikan pada hubungan: muatan/massa = 1,76 x10⁸ C/g). Maka, m = e/(1,76 x10⁸ C/g)) = 1,6x10^–19 C/(1,76 x10⁸ C/g) = 9,1 x10^-28 g. Muatan listrik yang dimiliki elektron (muatan listrik dasar) adalah salah satu konstanta universal dan sangat penting.

Latihan 2.2 Rasio massa elektron dan atom hidrogen.

Hitung rasio massa elektron dan atom hidrogen.

Jawab:

Massa mH atom hidrogen adalah: mH = 1 g/6,022 x 10²³ = 1,67 x 10^-24g.

Jadi, me : mH = 9,1 x 10^-28g : 1,67 x 10^-24g = 1 : 1,83 x 10³. Sangat menakjubkan bahwa massa elektron sangat kecil. Bahkan atom yang paling ringanpun, hidrogen, sekitar 2000 kali lebih berat dari massa elektron.

Share:

Read More

2. Struktur Atom

Kemajuan yang sangat pesat dalam sains (kimia, fisika, biologi dan matematika) dan teknologi (peralatan labolatorium modern) pada paruh pertama abad 20 ditandai dengan perkembangan paralel teori dan percobaan. Sungguh menakjubkan mengikuti perkembangan saintifik (metode saintifik dan pendekatan saintifik atau yang kita sebut juga metode ilmiah) sebab kita dapat dengan jelas melihat berbagai lompatan perkembangan ini. Sungguh kemajuan pesat sejak dari penemuan elektron, teori kuantum Planck, penemuan inti atom oleh Rutherford, teori Bohr, sampai dikenalkan teori mekanika kuantum yang merangsang kepuasan intelektual. Dalam kimia penemuan ide umum orbital dan konfigurasi elektron memiliki signifikansi khusus. Ide-ide ini dapat dianggap sebagai modernisasi dan pelengkapan teori atom. Mempelajari struktur atom adalah keharusan bagi para ahli kimia.

Share:

Read More

Latihan 1

1.1 Isotop.

Karbon alami adalah campuran dua isotop, 98,90(3)% ¹²C dan 1,10(3)% ¹³C. Hitung massa atom karbon.

Jawab.

Massa atom karbon = 12 x 0,9890 + 13 x 0,0110 = 12,01(1)

1.2 Konstanta Avogadro.

Intan adalah karbon murni. Hitung jumlah atom karbon dalam 1 karat (0,2 g) intan.

Jawab.

Jumlah atom karbon = [0,2 (g)/12,01 (g mol^–1)] x 6,022 x 10²³(mol^–1) = 1,00 x 10²²

1.3 Hukum perbandingan berganda.

Komposisi tiga oksida nitrogen A, B dan C diuji. Tunjukkan bahwa hasilnya konsisten dengan hukum perbandingan berganda: massa nitrogen yang bereaksi dengan 1 g oksigen dalam tiap oksida: Oksida A: 1,750 g, oksida B: 0,8750 g, oksida C: 0,4375 g.

Jawab.

Bila hukum perbandingan berganda berlaku, rasio massa nitrogen yang terikat pada 1 g oksigen harus merupakan bilangan bulat.

Hasilnya cocok dengan hukum perbandingan berganda.

1.4 Massa atom.

Tembaga yang ada di alam dianalisis dengan spektrometer massa. Hasilnya: ⁶³Cu 69,09% ⁶⁵Cu 30,91%. Hitung massa atom Cu. Massa ⁶³Cu dan ⁶⁵Cu adalah 62,93 dan 64,93 sma.

Jawab.

Massa atom Cu=62,93 x (69,09/100) + 64,93 x (30,91/100) = 63,55 (sma)

1.5 Mol.

Bila kumbang menyengat korbannya, kumbang akan menyalurkan sekitar 1 mg (1x 10^–6 g) isopentil asetat C₇H₁₄O₂. Senyawa ini adalah komponen fragrant pisang, dan berperan sebagai materi pentransfer informasi untuk memanggil kumbang lain. Berapa banyak molekul dalam 1 mg isopentil asetat?

Jawab.

Massa molekular isopentil asetat adalah M = 7 x 12,01 + 14 x 1,008 + 2 x 16,00 = 130.18 (g mol^–1). Jumlah mol: 1,0 x 10⁶ (g)/130,18(g mol^–1) = 7,68 x 10^–9(mol) Jumlah molekul 1 mg isopentil asetat: 7,68 x 10^–9(mol) x 6,022 x 10²³ (mol^–1) = 4,6 x 10¹⁵

1.6 Massa molekul hidrogen.

Massa atom hidrogen adalah 1,008. Hitung massa molekul hidrogen.

Jawab.

Massa molar hidrogen adalah 2,016 x 10^–3 kg mol^–1. Massa satu molekul hidrogen = [2,016 x 10^–3 (kg mol^–1)]/[6,022 x 10²³(mol^–1) = 3,35 x 10^–27(kg).

Share:

Read More

Selingan Kimia: Siapakah Pendiri Kimia?

Priestley, penemu oksigen, adalah seorang kerk. Scheele menjalankan usaha farmasi. Lavoisier adalah seorang penagih pajak resmi. Dalton adalah guru di sekolah swasta. Mereka semua mempunyai uang dari kantong sendiri untuk mengerjakan risetnya. Davy dan Faraday adalah kekecualian, keduanya dipekerjakan oleh Royal Institution. Saat itu hanya di institusi inilah di Inggris orang dapat memperoleh bayaran untuk pekerjaan di bidang kimia. Training kimia secara sistematis dimulai di Giesen University, Jerman. Di sinilah kimiawan Jerman Justus von Liebig (1803-1873) membuat kurikulum baru pertama untuk kimiawan dengan mengkombinasikan kuliah dan percobaan yang dilakukan oleh para siswanya sendiri, dengan demikian membuat kurikulum pendidikan kimia. Ia mengajar dan mentraining sejumlah besar kimiawan yang baik, dan banyak di antaranya masuk ke industri kimia. Dengan demikian kimiawan menjadi suatu profesi.

Share:

Read More

e. Satuan Massa Atom (sma)

Standar massa atom dalam sistem Dalton adalah massa atom hidrogen ¹H, sedangkan standar massa atom dalam SI yang ditetapkan adalah 1/12 massa atom ¹²C. Nilai ini disebut dengan satuan massa atom (sma) yang nilainya sama dengan 1,6605402 x 10⁻²⁷ kg,  D (Dalton) digunakan sebagai simbolnya. Massa atom didefinisikan sebagai rasio rata-rata sma unsur dengan distribusi isotop alaminya dengan 1/12 sma ¹²C.

Share:

Read More