Ø ATOM
Atom adalah suatu satuan dasar materi, yang
terdiri atas inti atom serta awan elektron bermuatan
negatif yang mengelilinginya. Inti atom terdiri atas proton yang
bermuatan positif, dan neutron yang bermuatan netral (kecuali pada inti
atom Hidrogen-1, yang tidak
memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom
oleh gaya elektromagnetik. Sekumpulan atom
demikian pula dapat berikatan satu sama lainnya, dan membentuk sebuah molekul.
Atom yang mengandung jumlah proton dan elektron yang sama bersifat netral,
sedangkan yang mengandung jumlah proton dan elektron yang berbeda bersifat
positif atau negatif dan disebut sebagai ion. Atom dikelompokkan
berdasarkan jumlah proton dan neutron yang terdapat pada inti atom tersebut.
Jumlah proton pada atom menentukan unsur kimia atom
tersebut, dan jumlah neutron menentukan isotop unsur
tersebut.
Istilah atom berasal dari Bahasa Yunani (ἄτομος/átomos,
α-τεμνω), yang berarti tidak dapat dipotong ataupun sesuatu yang tidak dapat
dibagi-bagi lagi. Konsep atom sebagai komponen yang tak dapat dibagi-bagi lagi
pertama kali diajukan oleh para filsuf India dan Yunani. Pada
abad ke-17 dan ke-18, para kimiawan meletakkan dasar-dasar pemikiran ini dengan menunjukkan
bahwa zat-zat tertentu tidak dapat dibagi-bagi lebih jauh lagi menggunakan
metode-metode kimia. Selama akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, para fisikawan berhasil
menemukan struktur dan komponen-komponen subatom di dalam atom, membuktikan
bahwa 'atom' tidaklah tak dapat dibagi-bagi lagi. Prinsip-prinsip mekanika
kuantum yang digunakan para fisikawan kemudian berhasil
memodelkan atom.
Ø KOMPONEN-KOMPONEN
ATOM
1. Partikel
subatom
Walaupun awalnya kata atom berarti suatu partikel
yang tidak dapat dipotong-potong lagi menjadi partikel yang lebih kecil, dalam
terminologi ilmu pengetahuan modern, atom tersusun atas berbagai partikel
subatom. Partikel-partikel penyusun atom ini adalah elektron, proton,
dan neutron.
Namun hidrogen-1 tidak
mempunyai neutron. Demikian pula halnya pada ion hidrogen positif
H+.
Dari kesemua partikel subatom ini, elektron adalah yang
paling ringan, dengan massa elektron sebesar 9,11 × 10−31 kg dan
mempunyai muatan negatif. Ukuran elektron sangatlah kecil sedemikiannya tiada
teknik pengukuran yang dapat digunakan untuk mengukur ukurannya.Proton memiliki
muatan positif dan massa 1.836 kali lebih berat daripada elektron
(1,6726 × 10−27 kg). Neutron tidak bermuatan listrik dan
bermassa bebas 1.839 kali massa elektronatau
(1,6929 × 10−27 kg).
2. Inti atom
Inti atom terdiri atas proton dan neutron yang terikat
bersama pada pusat atom. Secara kolektif, proton dan neutron tersebut disebut
sebagai nukleon (partikel
penyusun inti). Diameter inti atom berkisar antara 10−15 hingga 10−14m. Jari-jari
inti diperkirakan sama dengan fm,
dengan A adalah jumlah nukleon. Hal ini sangatlah kecil dibandingkan
dengan jari-jari atom. Nukleon-nukleon tersebut terikat bersama oleh gaya
tarik-menarik potensial yang disebut gaya kuat residual. Pada jarak lebih kecil
daripada 2,5 fm, gaya ini lebih kuat daripada gaya elektrostatik yang menyebabkan proton
saling tolak menolak.
Atom dari unsur kimia yang
sama memiliki jumlah proton yang sama, disebut nomor atom.
Suatu unsur dapat memiliki jumlah neutron yang bervariasi. Variasi ini disebut
sebagai isotop.
Jumlah proton dan neutron suatu atom akan menentukan nuklida atom
tersebut, sedangkan jumlah neutron relatif terhadap jumlah proton akan
menentukan stabilitas inti atom, dengan isotop unsur tertentu akan menjalankan peluruhan radioaktif.
Neutron dan proton adalah dua jenis fermion yang
berbeda. Asas pengecualian Pauli melarang
adanya keberadaan fermion yang identik (seperti misalnya proton
berganda) menduduki suatu keadaan fisik kuantum yang sama pada waktu yang sama.
Oleh karena itu, setiap proton dalam inti atom harusnya menduduki keadaan
kuantum yang berbeda dengan aras energinya masing-masing. Asas Pauli ini juga
berlaku untuk neutron. Pelarangan ini tidak berlaku bagi proton dan neutron
yang menduduki keadaan kuantum yang sama.
3. Awan
elektron
Elektron dalam suatu atom ditarik oleh proton dalam inti atom
melalui gaya elektromagnetik. Gaya ini mengikat
elektron dalam sumur potensi elektrostatik di sekitar inti. Hal ini berarti
bahwa energi luar diperlukan agar elektron dapat lolos dari atom. Semakin dekat
suatu elektron dalam inti, semakin besar gaya atraksinya, sehingga elektron
yang berada dekat dengan pusat sumur potensi memerlukan energi yang lebih besar
untuk lolos.
Elektron, sama seperti partikel lainnya, memiliki sifat
seperti partikel maupun seperti gelombang (dualisme gelombang-partikel). Awan
elektron adalah suatu daerah dalam sumur potensi di mana tiap-tiap elektron
menghasilkan sejenis gelombang diam (yaitu gelombang yang tidak bergerak
relatif terhadap inti) tiga dimensi. Perilaku ini ditentukan oleh orbital atom,
yakni suatu fungsi matematika yang menghitung probabilitas suatu elektron akan
muncul pada suatu lokasi tertentu ketika posisinya diukur. Hanya akan ada satu
himpunan orbital tertentu yang berada disekitar inti, karena pola-pola
gelombang lainnya akan dengan cepat meluruh menjadi bentuk yang lebih stabil.
Tiap-tiap orbital atom berkoresponden terhadap aras energi elektron
tertentu. Elektron dapat berubah keadaannya ke aras energi yang lebih tinggi
dengan menyerap sebuah foton. Selain dapat naik menuju aras energi yang lebih tinggi,
suatu elektron dapat pula turun ke keadaan energi yang lebih rendah dengan
memancarkan energi yang berlebih sebagai foton.
Energi yang diperlukan untuk melepaskan ataupun menambah satu
elektron (energi pengikatan elektron) adalah lebih kecil daripada energi
pengikatan nukleon. Sebagai contohnya, hanya diperlukan 13,6 eV untuk
melepaskan elektron dari atom hidrogen. Bandingkan dengan energi sebesar
2,3 MeV yang diperlukan untuk memecah inti deuterium. Atom
bermuatan listrik netral oleh karena jumlah proton dan elektronnya yang sama.
Atom yang kekurangan ataupun kelebihan elektron disebut sebagai ion. Elektron yang
terletak paling luar dari inti dapat ditransfer ataupun dibagi ke atom terdekat
lainnya. Dengan cara inilah, atom dapat saling berikatan membentuk molekul.
Ø SIFAT-SIFAT
ATOM
1) Sifat-sifat
nuklir
Berdasarkan definisi, dua atom dengan
jumlah proton yang identik dalam intinya termasuk ke dalam unsur kimia yang
sama. Atom dengan jumlah proton sama namun dengan
jumlah neutron berbeda adalah dua isotop berbeda dari satu unsur yang
sama.
2) Massa
Karena mayoritas massa atom berasal dari proton dan neutron,
jumlah keseluruhan partikel ini dalam atom disebut sebagai nomor massa.
Massa atom pada keadaan diam sering diekspresikan menggunakan satuan massa
atom (u) yang juga disebut dalton (Da). Satuan ini
didefinisikan sebagai seperduabelas massa atom karbon-12 netral,
yang kira-kira sebesar 1,66 × 10−27 kg. Hidrogen-1 yang
merupakan isotop teringan hidrogen memiliki bobot atom 1,007825 u. Atom
memiliki massa yang kira-kira sama dengan nomor massanya dikalikan satuan massa
atom. Atom stabil yang paling berat adalah timbal-208, dengan massa sebesar 207,9766521 u.
Para kimiawan biasanya menggunakan satuan mol untuk menyatakan
jumlah atom. Satu mol didefinisikan sebagai jumlah atom yang terdapat pada 12
gram persis karbon-12. Jumlah ini adalah sekitar 6,022 × 1023, yang
dikenal pula dengan nama tetapan
Avogadro. Dengan demikian suatu unsur dengan massa atom 1 u akan
memiliki satu mol atom yang bermassa 0,001 kg. Sebagai contohnya, Karbon memiliki
massa atom 12 u, sehingga satu mol karbon atom memiliki massa 0,012 kg.
3) Ukuran
Atom tidak memiliki batasan luar yang jelas, sehingga dimensi
atom biasanya dideskripsikan sebagai jarak antara dua inti atom ketika dua atom
bergabung bersama dalamikatan kimia. Jari-jari ini bervariasi
tergantung pada jenis atom, jenis ikatan yang terlibat, jumlah atom di
sekitarnya, dan spin atom. Pada tabel
periodik unsur-unsur, jari-jari atom akan cenderung meningkat
seiring dengan meningkatnya periode (atas ke bawah). Sebaliknya jari-jari atom
akan cenderung meningkat seiring dengan menurunnya nomor golongan (kanan ke
kiri). Oleh karena itu, atom yang terkecil adalah helium dengan jari-jari
32 pm,
manakala yang terbesar adalah sesium dengan jari-jari 225 pm. Dimensi ini ribuan kali lebih kecil daripada gelombang cahaya (400–700 nm),
sehingga atom tidak dapat dilihat menggunakan mikroskop optik biasa. Namun,
atom dapat dipantau menggunakan mikroskop gaya atom.
Ukuran atom sangatlah kecil, sedemikian kecilnya lebar satu
helai rambut dapat menampung sekitar 1 juta atom karbon. Satu tetes air
pula mengandung sekitar 2 × 1021atom oksigen. Intan satu karat
dengan massa 2 × 10-4 kg mengandung sekitar 1022 atom
karbon.Jika
sebuah apel diperbesar sampai seukuran besarnya Bumi, maka atom dalam apel
tersebut akan terlihat sebesar ukuran apel awal tersebut.
4) Peluruhan
radioaktif
Setiap unsur mempunyai satu atau lebih isotop berinti tak
stabil yang akan mengalami peluruhan radioaktif, menyebabkan inti melepaskan
partikel ataupun radiasi elektromagnetik. Radioaktivitas dapat terjadi ketika
jari-jari inti sangat besar dibandingkan dengan jari-jari gaya kuat (hanya
bekerja pada jarak sekitar 1 fm).
5) Momen
magnetik
Setiap partikel elementer mempunyai sifat mekanika kuantum
intrinsik yang dikenal dengan nama spin. Spin beranalogi
dengan momentum sudut suatu objek yang berputar
pada pusat
massanya, walaupun secara kaku partikel tidaklah berperilaku seperti
ini. Spin diukur dalam satuan tetapan
Planck tereduksi (ħ), dengan elektron, proton, dan neutron
semuanya memiliki spin ½ ħ, atau "spin-½". Dalam atom, elektron
yang bergerak di sekitar inti atom selain memiliki spin juga
memiliki momentum sudut orbital, manakala inti atom
memiliki momentum sudut pula oleh karena spin nuklirnya sendiri.
Medan magnet yang dihasilkan oleh suatu
atom (disebut momen magnetik) ditentukan
oleh kombinasi berbagai macam momentum sudut ini. Namun, kontribusi yang
terbesar tetap berasal dari spin. Oleh karena elektron mematuhi asas pengecualian Pauli, yakni tiada dua
elektron yang dapat ditemukan pada keadaan kuantum yang
sama, pasangan elektron yang terikat satu sama lainnya memiliki spin yang
berlawanan, dengan satu berspin naik, dan yang satunya lagi berspin turun.
Kedua spin yang berlawanan ini akan saling menetralkan, sehingga momen dipol
magnetik totalnya menjadi nol pada beberapa atom berjumlah elektron genap.
Pada atom berelektron ganjil seperti besi, adanya keberadaan
elektron yang tak berpasangan menyebabkan atom tersebut bersifat feromagnetik.
Orbital-orbital atom di sekeliling atom tersebut saling bertumpang tindih dan
penurunan keadaan energi dicapai ketika spin elektron yang tak berpasangan
tersusun saling berjajar. Proses ini disebut sebagai interaksi pertukaran.
Ketika momen magnetik atom feromagnetik tersusun berjajaran, bahan yang
tersusun oleh atom ini dapat menghasilkan medan makroskopis yang dapat
dideteksi. Bahan-bahan yang bersifat paramagnetik memiliki
atom dengan momen magnetik yang tersusun acak, sehingga tiada medan magnet yang
dihasilkan. Namun, momen magnetik tiap-tiap atom individu tersebut akan
tersusun berjajar ketika diberikan medan magnet.
Inti atom juga dapat memiliki spin. Biasanya spin inti
tersusun secara acak oleh karena kesetimbangan termal. Namun, untuk
unsur-unsur tertentu (seperti xenon-129), adalah mungkin untuk memolarisasi keadaan spin
nuklir secara signifikan sehingga spin-spin tersebut tersusun berjajar dengan
arah yang sama. Kondisi ini disebut sebagai hiperpolarisasi. Fenomena ini
memiliki aplikasi yang penting dalam pencitraan resonansi magnetik.
6) Aras-aras
energi
Ketika
suatu elektron terikat pada sebuah atom, ia memiliki energi
potensial yang berbanding terbalik terhadap jarak elektron
terhadap inti. Hal ini diukur oleh besarnya energi yang diperlukan untuk
melepaskan elektron dari atom dan biasanya diekspresikan dengan satuan elektronvolt (eV).
Dalam model mekanika kuantum, elektron-elektron yang terikat hanya dapat
menduduki satu set keadaan yang berpusat pada inti, dan tiap-tiap keadaan
berkorespondensi terhadap aras energi tertentu. Keadaan energi terendah suatu
elektron yang terikat disebut sebagai keadaan dasar, manakala keadaan energi
yang lebih tinggi disebut sebagai keadaan tereksitasi.
Agar suatu
elektron dapat meloncat dari satu keadaan ke keadaan lainnya, ia haruslah
menyerap ataupun memancarkan foton pada energi yang sesuai dengan perbedaan energi
potensial antar dua aras tersebut. Energi foton yang dipancarkan adalah
sebanding dengan frekuensinya. Tiap-tiap unsur memiliki spektrum
karakteristiknya masing-masing. Hal ini bergantung pada muatan inti, subkelopak
yang terisi dengan elektron, interaksi elektromagnetik antar elektron, dan
faktor-faktor lainnya.
Ketika
suatu spektrum energi yang berkelanjutan dipancarkan melalui suatu gas ataupun
plasma, beberapa foton diserap oleh atom, menyebabkan elektron berpindah aras
energi. Elektron yang tereksitasi akan secara spontan memancarkan energi ini
sebagai foton dan jatuh kembali ke aras energi yang lebih rendah. Oleh karena itu,
atom berperilaku seperti bahan penyaring yang akan membentuk sederetan pita absorpsi.
Pengukuran spektroskopi terhadap kekuatan dan
lebar pita spektrum mengijinkan
penentuan komposisi dan sifat-sifat fisika suatu zat.
Pemantauan
cermat pada garis-garis spektrum menunjukkan bahwa beberapa memperlihatkan
adanya pemisahan halus. Hal ini terjadi karena kopling spin-orbit yang
merupakan interaksi antara spin dengan gerak elektron terluar. Ketika
suatu atom berada dalam medan magnet eksternal, garis-garis spektrum terpisah
menjadi tiga atau lebih komponen. Hal ini disebut sebagai efek Zeeman.
Efek Zeeman disebabkan oleh interaksi medan magnet dengan momen magnetik atom
dan elektronnya. Beberapa atom dapat memiliki banyak konfigurasi elektron dengan aras
energi yang sama, sehingga akan tampak sebagai satu garis spektrum. Interaksi
medan magnet dengan atom akan menggeser konfigurasi-konfigurasi elektron menuju
aras energi yang sedikit berbeda, menyebabkan garis spektrum berganda. Keberadaan medan listrik eksternal
dapat menyebabkan pemisahan dan pergeseran garis spektrum dengan mengubah aras
energi elektron. Fenomena ini disebut sebagai efek Stark.
7) Valensi dan
perilaku ikatan
Kelopak atau kulit elektron terluar suatu atom dalam keadaan
yang tak terkombinasi disebut sebagai kelopak valensi dan elektron dalam
kelopak tersebut disebut elektron
valensi. Jumlah elektron valensi menentukan perilaku ikatan atom
tersebut dengan atom lainnya. Atom cenderung bereaksi dengan satu sama lainnya
melalui pengisian (ataupun pengosongan) elektron valensi terluar atom. Ikatan
kimia dapat dilihat sebagai transfer elektron dari satu atom ke atom lainnya,
seperti yang terpantau pada natrium
klorida dan garam-garam ionik lainnya. Namun, banyak pula unsur
yang menunjukkan perilaku valensi berganda, atau kecenderungan membagi elektron
dengan jumlah yang berbeda pada senyawa yang berbeda. Sehingga, ikatan kimia antara
unsur-unsur ini cenderung berupa pembagian elektron daripada transfer elektron.
Contohnya meliputi unsur karbon dalam senyawa
organik.
Unsur-unsur kimia sering ditampilkan
dalam tabel periodik yang menampilkan
sifat-sifat kimia suatu unsur yang berpola. Unsur-unsur dengan jumlah elektron
valensi yang sama dikelompokkan secara vertikel (disebut golongan). Unsur-unsur
pada bagian terkanan tabel memiliki kelopak terluarnya terisi penuh,
menyebabkan unsur-unsur tersebut cenderung bersifat inert (gas mulia).
8) Keadaan
Sejumlah atom ditemukan dalam keadaan materi yang
berbeda-beda tergantung pada kondisi fisik benda, yakni suhu dan tekanan.
Dengan mengubah kondisi tersebut, materi dapat berubah-ubah menjadi
bentuk padat, cair, gas, dan plasma. Dalam
tiap-tiap keadaan tersebut pula materi dapat memiliki berbagai fase. Sebagai
contohnya pada karbon padat, ia dapat berupa grafit maupun intan.
Pada suhu mendekati nol mutlak,
atom dapat membentuk kondensat Bose-Einstein, di mana efek-efek
mekanika kuantum yang biasanya hanya terpantau pada skala atom terpantau secara
makroskopis. Kumpulan atom-atom yang dilewat-dinginkan ini berperilaku
seperti satu atom super.
Ø SUMBER
Tidak ada komentar:
Posting Komentar