F as e E E-MODUL KIMIA Struktur Atom & Nanoteknologi SMA/MA Kelas X BERBASIS DISCOVERY LEARNING Penyusun: Nurul Ulya Septiani KURIKULUM MERDEKA
A ss a l amu ’ a l a i k um W r. W b P u j i sy u k u r k e h a d ir a t T u h a n Y a n g Ma h a E s a . A t a s s e g a l a l imp a h a n R a hma t , T a u f i k , I n a y a h s e rt a H i d a y a h - N y a s e h i n g g a p e n u l is d a p a t me n y e l e s a i k a n b u k u p a n d u a n p r a k t i k um d e n g a n j u d u l “ T i tr a si A s am B a s a ” s e c a r a t e p a t wa k t u . S h a l awa t s e rt a s a l am s emo g a t e rl imp a h c u r a h k a n k e p a d a b a g i n d a N a b i Mu h amma d S A W . k e p a d a p a r a k e l u a r g a n y a d a n p a r a s a h a b a t n y a y a n g k i t a n a n t i k a n sy a f a ’ a t n y a d i a k h ir a t n a n t i . P e n u l is me n y a d a ri b a hwa b u k u p a n d u a n p r a k t i k um i n i t i d a k mu n g k i n t e rs e l e s a i k a n t a n p a a d a n y a d u k u n g a n , b a n t u a n , b imb i n g a n , d a n n a si h a t d a ri b e r b a g a i p i h a k s e l ama p e n y u s u n a n b u k u p a n d u a n p r a k t i k um i n i . P e n u l is j u g a me n y a d a ri b a hwa b u k u p a n d u a n p r a k t i k um i n i b e l um s emp u r n a , o l e h k a r e n a i t u s a r a n d a n k ri t i k d a ri r e k a n - r e k a n s a n g a t p e n u l is b u t u h k a n u n t u k p e n y emp u r n a a n b u k u p a n d u a n p r a k t i k um i n i . A k h ir k a t a , s emo g a b u k u p a n d u a n p r a k t i k um i n i d a p a t b e rma n f a a t b a g i s emu a p i h a k y a n g b e r k e p e n t i n g a n . W a ss a l amu ’ a l a i k um W r. W b T u l u n g a g u n g , 2 0 Ma r e t 2 0 2 4 P e n u l is KATA PENGANTAR ii
daftar isi iii KATA PENGANTAR .................................................................................................................... DAFTAR ISI .................................................................................................................................... PETA KONSEP ............................................................................................................................. PENDAHULUAN .......................................................................................................................... A. IdentitasModul ................................................................................................................... B. Capaian Pembelaaran ................................................................................................... C. Deskripsi SingkatMateri ............................................................................................... D. Petunjuk PenggunaanModul .................................................................................... E.Materi Pembelajaran .................................................................................................... KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 ............................................................................................ .Uji Pemahaman 1 ................................................................................................................... KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 ............................................................................................ Uji Pemahaman 2 .................................................................................................................... KEGIATAN PEMBELAJARAN 3 ............................................................................................ Uji Pemahaman 3 .................................................................................................................... KUNCIJAWABAN ...................................................................................................................... GLOSARIUM................................................................................................................................. DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................................... ii iii iv 1 1 1 1 2 2 4 9 11 23 25 34 36 37 38
peta konsep iv
Mata Pelajaran : Kimia Kelas/Fase : X/Fase E Alokasi Waktu : 3 JP JudulModul : Struktur Atom I d entit a s Mod u l Pendahuluan 1 d e s krips i s ing k a t ma teri c apa i an pembel ajaran Peserta didik mampu mengamati, menyelidiki, dan menjelaskan fenomena sesuai kaidah kerja ilmiah dalam menjelaskan konsep ilmiah dalam kehidupan sehari-hari; menerapkan konsep kimia dan dalam pengelolaan lingkungan termasuk memahami struktur atom dan aplikasinya dalam nanoteknologi. Materi pada modul ini akan memberikan wawasan tentang nanoteknologi dan pemanfaatannya dalam bidang pertanian, serta memberikan pengetahuan tentang perkembangan model atom dari masa ke masa mulai dari teori atom kuno yang dikemukakan oleh Democritus, teori atom Dalton, J.J Thomson, Rutherford,Niels Bohr sampai Mekanika Kuantum dengan diberikan juga ilustrasi model – model atomnya. Selain itu dalam modul ini juga memaparkan tentang partikel-partikel dasar penyusunan atom.
pet unju k pengg una an mod u l MA TERI PEMBEL AJARAN 2 Modul ini digunakan sebagai prasarat dalam mempelajari materi struktur atom pada pembelajaran berikutnya. Untuk menggunakan modul ini ikutilah langkah-langkah di bawah ini: Baca dan pahami capaian pembelajaran serta deskripsi singkat materi yang tersedia dalam modul ini 1. 2. Pahami peta konsep 3. Baca dan pahami uraian materi kegiatan pembelajaran 1 Perdalam pemahamanmu dengan mempelajari rangkuman pembelajaran, kemudian, kerjakan soal-soal latihan yang tersedia dalam modul ini 4. 5. Ulangi langkah 3 dan 4 untuk kegiatan pembelajaran 2 dan 3 Modul ini terbagi menjadi 3 kegiatan pembelajaran dan di dalamnya terdapat uraian materi, contoh soal, dan soal latihan. Pertama : membahas Nanoteknologi dan pemanfaatannya dalam bidang pertanian Kedua : membahas PerkembanganModel Atom Ketiga : membahas Partikel Penyusun Atom
Selamat datang dalam pembelajaran tentang dua bidang yang mengagumkan: Struktur Atom dan Nanoteknologi! Dalam materi ini, kita akan melangkah ke wilayah revolusioner dari nanoteknologi. Di sini, kita akan memahami bagaimana manipulasi materi pada skala nanometer memungkinkan inovasi canggih dalam berbagai bidang, mulai dari kesehatan hingga teknologi. Setelah itu, kita akan menjelajahi fondasi dasar dari struktur atom, memahami bagaimana partikel sub-atomik saling berinteraksi, dan bagaimana pengaturan ini membentuk dasar bagi segala materi di alam semesta kita. Mari bersiap untuk menjelajahi dunia yang menakjubkan ini! 3
Tujuan Pembelajaran 4 KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 NANOTEKNOLOGIDAN PEMANFAATANNYA Setelah kegiatan pembelajaran 1 ini diharapkan siswa dapat mengetahui definisi nanoteknologi dan pemanfaatannya dalam bidang pertanian. Literasi Nanoteknologi Badan Geologi Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) mengungkapkan potensi kandungan logam tanah jarang (LTJ) atau rare earth yang berasal dari lumpur Lapindo Sidoarjo, Jawa Timur. Hal ini dikemukakan oleh Kepala Badan Geologi Kementerian ESDM dalam jumpa pers virtual di Jakarta, Rabu 20 Januari 2021. Logam tanah jarang merupakan salah satu mineral yang jadi perhatian dunia karena dibutuhkan dalam pengembangan kendaraan listrik. Selain itu logam tanah jarang merupakan komoditas mineral berkualitas tinggi yang menjadi bahan baku dalam industry pertahanan sebagai bahan pembuatan peralatan militer, mesin jet, satelit, dan laser. “LUMPUR LAPINDOMENGANDUNG LOGAMTANAH JARANG (LTJ)”
5 dari pertambangan timah yang menghasilkan campuran unsur La, Ce, Nd, dan lainnya. Kedua, dari tambang bauksit yang menghasilkan itrium (Y). Ketiga, dari nikel yang masih dalam kajian memiliki potensi skandium (Sc). Jenis yang pertama paling memungkinkan untuk dikembangkan dan sudah banyak studiyang tersedia sementara yang kedua dan ketiga relatif baru dan kemungkinan keekonomisannya masih merupakan tantangan. Penelitian sebelumnya mengungkapkan adanya silika dalam lumpur Lapindo yang telah diproses menggunakan mesin ball mill untuk menghasilkan nanosilika. Silika ukuran nano ini berguna untuk memperkuat bahan bangunan yaitu batako atau batubata. Nanosilika yang berasal dari lumpur Lapindo dicampur dengan semen masing-masing dengan perbandingan 50 persen. Pada penggunaannya sebagai bahan bangunan ternyata hanya dengan komposisi 10 persen nanosilika dari berat total semen maka kekuatannya bisa mencapai dua hingga tiga kali dari desain batubata atau batako yang dibuat tanpa teknologi nano. Kata nano berasal dari Bahasa Yunani yang artinya kerdil. Ukurannya adalah satu perseribu juta atau satu persemilyar. Jika dibandingkan terhadap ukuran meter maka satu nanometer (nm) sama dengan 10–9 m. Bisakah Kalian mengamati benda seukuran ini? Ukuran nano ini digunakan pada rekayasa teknologisehingga dikenal dengan istilah nanoteknologi. Istilah ini muncul pada tahun 1974 yaitu saat Norio Taniguchi menyatakan bahwa material dapat dikontrol dan direkayasa hingga ukurannya lebih kecil dari ukuran mikrometer. Jadi area nanoteknologi adalah teknik bagaimana menciptakan mesin-mesin seukuran molekul untuk memanipulasi dan mengontrol sebuah objek. Melalui nanoteknologi, material dapat didesain sedemikian rupa untuk memperoleh sifat dan material yang diinginkan tanpa memboroskan atom-atom yang tidak diperlukan. Ingatlah bahwa salah satu prinsip kimia hijau adalah atom ekonomi. Oleh karena itu nanoteknologi merupakan salah satu penerapan prinsip kimia hijau untuk tujuan pelestarian lingkungan. Merujuk yang disampaikan oleh Direktur Pembinaan dan Pengusahaan Mineral Kementerian ESDM, ada tiga sumber potensi LTJ yang telah diidentifikasi. Pertama,
6 Sumber: https://money.kompas.com/read/2020/07/20/060700826/sepertiapa-keberadaan-logam-tanah-jarang-di-indonesia-ini-kata-esdm?page=all https://m.antaranews.com/berita/39577/nanoteknologi-dapatditerapkan-atasi-lumpur-lapindo S timulus Scan dan amati video mengenai Kandungan Berharga kimia pada Lumpur Lapindo Identifikasi Masalah Setelah menonton video tuliskan pertanyaan atau masalah yang terdapat pada video
Pengumpulan Data dan Pengolahan Data 7 Bacalah Literasi Nanoteknologi tentang Lumpur Lapindo Mengandung Logam Tanah Jarang (LTJ) Setelah membaca bahan bacaan,silahkan awab pertanyaan berikut 1.Sebutkan unsuryang terkandung pada logam tanah jarang pada lumpurlapindo. 2. Sebutkan manfaat logam tanah jarang dan mengapa logam tanah jarang sangat beharga? 3. Apakah logam tanah jarag yang terkandung pada lumpur lapindo dapat dimanfaatkan sebagai nanoteknologi? Jelaskan
8 Verifikasi Sampaikan hasil kerja di depan kelas dan ditanggapi kelompok lain Penarikan Kesimpulan 4. Sebutkan penerapan nanoteknologi yang lain yang dapat bermanfaat di kehidupan sehari-hari 1.Pengertian Nanoteknologi 2. Pentingnya Nanoteknologi
uji Pemahaman 1 9 Pilihlah jawaban yang tepat! 1. Istilah Nanoteknologi berasal dari bahasa Yunaniyang artinya? a. Besar b. Kecil c. Kerdil d.Makro 2. Seberapa kecil ukuran satu nanometer(nm) jika dibandingkan dengan meter? a.10^–6 m b.10^–7 m c.10^–8 m d. 10^–9 m 3. Siapa yang pertama kali menyatakan bahwa material dapat dikontrol dan direkayasa hingga ukurannya lebih kecil dari ukuran mikrometer pada tahun 1974? a. Albert Einstein b. Norio Taniguchi c.Marie Curie d. Thomas Edison 4. Apa definisi dari nanoteknologi? a. Studi tentang planetJupiter b. Teknologi dengan ukuran satu perseribu juta c. Penggunaan atom untuk menciptakan energy d. Rekayasa teknologiseukuran molekul untuk mengontrol objek 5. Bagaimana nanoteknologi dapat membantu pelestarian lingkungan? a.Menghasilkan limbah lebih banyak b.Mengendalikan objek seukuran micrometer c.Memperoleh material dengan menggunakan atom yang lebih sedikit d.Membuang atom-atom yang tidak diperlukan
10 6. Apa yang dapat dihasilkan dari lumpur Lapindo menggunakan mesin ball mill? a. Nanoteknologi b. Nanosilika c. Batako biasa d.Material ukuran mikrometer 7. Bagaimana nanosilika dari lumpur Lapindo dapat digunakan dalam konstruksi? a. Untuk memperlemah bahan bangunan b. Sebagai penggantisemen c. Untuk memperkuat batako atau batubata d. Tidak dapat digunakan dalam konstruksi 8. Berapa persen komposisi nanosilika dari berat total semen yang dapat meningkatkan kekuatan batako atau batubata hingga dua hingga tiga kali dari desain biasa? a. 5 persen b. 10 persen c. 15 persen d. 20 persen 9. Di kehidupan kita selain terdapat materi berukuran biasa, juga terdapat nanomaterial. Yang dimaksud dengan nanomaterial adalah.... a.Materiyang memiliki ukurang dengan satun meter b.Materiyang berukuran sangat kecil (nano) c.Materi berbentuk serbuk dan mudah rapuh d.Materi dengan ukuran besar 10. Disekitar kita terdapat banyak contoh nanomaterial. Nanomaterial dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang seperti kedokteran, pertanian, energi, teknologi dan lain-lain. Dibawah ini yang bukan merupakan contoh nanomaterial adalah.... a. Nanoperak, nanosilika, CNT b. Titanium dioksida, fulerena, dan nanoperak c. Grafena, CNT, dan cerium oksida d. Grafit, intan, dan emas
Tujuan Pembelajaran Stiumulus 11 KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 PERKEMBANGAN MODEL ATOM Setelah kegiatan pembelajaran 2 ini diharapkan siswa dapat menyebutkan perkembangan model atom yang dikemukakan oleh beberapa ilmuwan. Apakah anda pernah memotong sebatang kayu? ketika kayu tersebut terpecah maka muncul potongan-potongan yang kecil. Jika kayu tersebut dipotong terus-menerus sampai menjadi bagian terkecil yang tidak dapat terbagi lagi. Apakah menurut anda potongan kecil tersebut adalah bagian terkecil dari kayu? Gambar 1. Potongan kayui
Pada abad ke-5 SMfilsuf Yunani Democritus mengungkapkan keyakinan bahwa suatu materi terdiri atas partikel yang sangat kecil dan tidak dapat dibagi lagi yang ia namakan atom (berarti tidak dapat dibelah atau dibagi). Pada tahun 1808, seorang ilmuan Inggris bernama John Dalton, merumuskan definisi yang persis tentang blk suatu materi yang tidak dapat dibagi lagi dan dikenal dengan sebutan “atom”. Perhatikan gambar berikut! Logam besi jika dipotong sedemikian rupa, maka akan doperoleh suatu bagian yang sangat kecil yang tidak dapat dibagi lagi, namun masih memiliki sifat besi. Bagian kecil yang disebut atom besi. Dalton menggambarkan atom seperti bola pejal namun Dalton tidak menggambarkan struktur atau susunan atom-atom tersebut 12 = 1 atom paku (jari-jari atom 144 ppm) Gambar 2. Atom-atom besi Serangkaian penyelidikan dilakukan dimulai pada tahun 1850-an dan dilanjutkan pada abad ke-19 yang menunjukkan bahwa atom sebagai unit terkecil memiliki partikel penyusun. Pada tahun 1879 William Crookes menemukan tabung sinar katoda. Penelitian tabung sinar katoda dilanjutkan oleh seorang ilmuwan bernama J.J Thomson yang mendapati bahwa sinar katoda merupakan partikel negatif yang dinamakan elektron. Kemudian Thomson mengusulkan sebuah model atom sepertiroti kismis.
Identifikasi Masalah Berdasarkan kegiatan stimulus diatas, tuliskan masalah dan hipotesissementara anda! Jawab: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Diawal tahun 1900-an, atom sudah diketahui memiliki partikel bermuatan yang belum diketahui pasti posisinya. Penelitian Thomson menginspirasi muridnya yang bernama Ernest Rutherford untuk melakukan sebuah percobaan penembakan lempeng emas dari tahun 1909-1910. Ruthrford mengatakan bahwa partikel bermuatan negatif mengelilingi partikel bermuatan positifyang terletak pada inti. Perhatikan gambar berikut! Pernahkah anda melihat lintasan tata surya? Matahari merupakan pusat/inti dari tata surya. Hal tersebut seperti yan diasumsikan oleh Rutherford mengenai sesuatu di dalam atom.
perkembangan teori atom 14 Teori perkembangan model atom berkembang dari waktu ke waktu sejalan dengan ditemukannya berbagai macam alat dan teknologi yang lebih canggih. Berikut ini adalah beberapa teori perkembangan atom: 1. Teori Atom Dalton Berdasarkan pemikiran bahwa konsep atom Democritussesuai dengan Hukum KekekalanMassa (berbunyi: massa zat sebelum dan sesudah reaksi sama) dan Hukum Perbandingan Tetap (berbunyi: perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa adalah tetap dan tertentu), maka John Dalton tahun 1803 merumuskan teori atom sebagai berikut. Atom-atom penyusun unsur bersifat identik (sama dan sejenis). Atom suatu unsurtidak dapat diubah menjadi atom unsurlain. Senyawa tersusun atas 2 jenis atom atau lebih dengan perbandingan tetap dan tertentu. Pada reaksi kimia terjadi penataulangan atom-atom yang bereaksi. Reaksi kimia terjadi karena pemisahan atom-atom dalam senyawa untuk kemudian bergabung kembali membentuk senyawa baru. Dalam perkembangannya tidak semua teori atom Dalton benar, karena pada tahun 1897 J.J.Thomson menemukan partikel bermuatan listrik negatif yang kemudian disebut elektron. Tahun 1886 Eugene Goldstein menemukan partikel bermuatan listrik positif yang kemudian disebut proton. Dan tahun 1932 James Chadwick berhasil menemukan neutron. Gambar 5.Model Atom Dalton Sumber: https://images.app.goo.gl/k7 c3bTMu fNoiRUuB7 Pengumpulan Data
15 Salah satu hipotesis Dalton adalah reaksi kimia dapat terjadi karena penggabungan atom-atom atau pemisahan gabungan atom. Misalnya, logam natrium bersifat netral dan reaktif dengan air dan dapat menimbulkan ledakan. Jika logam natrium direaksikan dengan gas klorin yang bersifat racun dan berbau merangsang, maka akan dihasilkan NaClyang tidak reaktif terhadap air, tidak beracun, dan tidak berbau merangsang seperti logam natrium dan gas klorin. Karena ada banyak hal yang tidak dapat diterangkan oleh teori atom Dalton, maka para ilmuwan terdorong untuk melakukan penyelidikan lebih lanjut tentang rahasia atom. 2. Teori Atom Thomson Setelah tahun 1897 Joseph John Thomson berhasil membuktikan dengan tabung sinar katode bahwa sinar katode adalah berkas partikel yang bermuatan negatif (berkas elektron) yang ada pada setiap materi maka tahun 1898 J.J.Thomson membuat suatu teori atom. Menurut Thomson, atom berbentuk bulat di mana muatan listrik positifyang tersebar merata dalam atom dinetralkan oleh elektron-elektron yang berada di antara muatan positif. Elektron-elektron dalam atom diumpamakan seperti butiran kismis dalam roti, maka Teori Atom Thomson juga sering dikenal Teori Atom Roti Kismis. Gambar 6. Model Atom Thomson Sumber: https://images.app.goo.gl /XYsk9NirowRKreLL7
16 Pada tahun 1903 Philipp Lenard melalui percobaannya membuktikan bahwa teori atom Thomson yang menyatakan bahwa elektron tersebar merata dalam muatan positif atom adalah tidak benar. Hal ini mendorong Ernest Rutherford (1911) tertarik melanjutkan eksperimen Lenard. Dengan bantuan kedua muridnya Hans Geiger dan Ernest Marsden, Rutherford melakukan percobaan dengan hamburan sinar α. Partikel α bermuatan positif. 3. Teori Atom Rutherford Gambar 7. Percobaan Hamburan Partikel α oleh Lempeng Emas Sumber: Effendy(2017) Gambar 8. a. Hamburan partikel α oleh lempeng emas berdasarkan model atom Thomson b. Hamburan partikel α hasil percobaan Rutherford. Sumber: Effendy(2017) Berdasarkan percobaan tersebut disimpulkan bahwa: a. Sebagian besarruang dalam atom adalah ruang hampa; partikel diteruskan. b. Di dalam atom terdapat suatu bagian yang sangat kecil dan padatyang disebut inti atom; partikel dipantulkan kembali oleh inti atom. c. Muatan inti atom dan partikel sejenis yaitu positif; sebagian kecil partikel dibelokkan. Hasil percobaan tersebut menggugurkan teori atom Thomson. Kemudian Rutherford mengajukan teori atom sebagai berikut: atom tersusun atas inti atom yang bermuatan positifsebagai pusat massa dan dikelilingi elektron-elektron yang bermuatan negatif. Gambar 9.Model Atom Rutherford Sumber: https://images.app.goo.gl/AyTGwrrCGDYAhiXs6
Diawali dari pengamatan Niels Bohr terhadap spektrum atom, adanya spektrum garis menunjukkan bahwa elektron hanya beredar pada lintasanlintasan dengan energi tertentu. Dengan teori Mekanika Kuantum Planck, Bohr(1913) menyampaikan 2 postulat untuk menjelaskan kestabilan atom. Dua Postulat Bohr: a. Elektron mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu yang stasioner yang disebut orbit/kulit. Walaupun elektron bergerak cepat tetapi elektron tidak memancarkan atau menyerap energi sehingga energi elektron konstan. Hal ini berarti elektron yang berputar mengelilingi inti atom mempunyai lintasan tetap sehingga elektron tidak jatuh ke inti. 17 Massa atom berpusat pada inti dan sebagian besar volume atom merupakan ruang hampa. Atom bersifat netral, karena itu jumlah muatan positif dalam atom (proton) harus sama dengan jumlah elektron. Diameter inti atom berkisar 10^–15 m,sedang diameter atom berkisar 10^–10 m. Teori atom Rutherford hanya mampu menjelaskan bahwa elektron-elektron yang beredar mengelilingi inti atom berada dalam ruang hampa, tetapi belum mampu menjelaskan distribusi elektron-elektron secara jelas. 4. Teori Atom Bohr b. Elektron dapat berpindah dari kulit yang satu ke kulit yang lain dengan memancarkan atau menyerap energi. Energi yang dipancarkan atau diserap ketika elektron berpindah-pindah kulit disebut foton. Besarnya foton dirumuskan: Gambar 10.Model Atom Bohr Sumber: https://images.app.goo.gl/NZinzREd78iRhKW5A
Teori mekanika gelombang merupakan dasar teori atom modern, tokohnya yaitu Louis de Broglie, Erwin Schrodinger, dan Werner Heisenberg. Menurut teori atom modern, atom terdiri atas inti yang terdiri dari 2 jenis nukleon (proton dan neutron) dan elektron berada di sekeliling inti atom. Massa proton sama dengan massa neutron, proton bermuatan positif dan neutron tidak bermuatan (netral). Elektron mempunyai sifat dualistik, yaitu dapat bersifat sebagai partikel dan gelombang, sehingga kedudukan elektron dalam atom tidak dapat ditentukan secara pasti, yang dapat dikatakan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti. Oleh karena itu kebolehjadian menemukan elektron digambarkan berupa awan, tebal tipisnya awan menyatakan besar kecilnya keolehjadian menemukan elektron di daerah itu,yang disebut dengan orbital. Atom memiliki banyak orbital, tiap orbital maksimum ditempati 2 elektron. Orbital menggambarkan juga tingkat energi. Hal ini karena elektrorn dalam orbital memiliki energi tertentu yang khas bagi orbital tersebut. Elektron dengan energi terendah menempati orbital yang paling dekat dengan inti, sedangkan yang energinya lebih besar dapat menempati orbital yang jauh dari inti. Orbital yang mempunyai tingkat energi sama atau hampir sama dapat membentuk kulit atom, jadi kulit atom adalah kumpulan dari orbital orbital. 18 Energi yang dibawa foton ini bersifat diskrit (catu). Jika suatu atom menyerap energi, maka energi ini digunakan elektron untuk berpindah kulit dari tingkat energi rendah ke tingkat energi tinggi. Pada saat elektron kembali ke posisi semula akan dipancarkan energi dengan besaryang sama. Jadi, hanya elektron pada kulit tertentu dengan tingkat energi tertentu yang dapat bergerak, sehingga frekuensi cahaya yang ditimbulkan juga tertentu. Hal inilah yang digunakan untuk menjelaskan spektrum diskrit atom hidrogen. 5. Teori Atom Modern
Pengolahan Data Model Atom Kelebihan Kekurangan John Dalton JJ. Thomson Ernest Rutheford Niels Bohr Mekanika Kuantum 19 1.Catat hasil temuanmu pada tabel berikut! Scan kode QR ini untuk memperjelas pemahaman kalian tentang perkembangan teori atom
1.John Dalton 2.JJ. Thomson 3. Ernest Rutherford 4. Niels Bohr 5.Mekanika Kuantum 20 2. Gambarkan model teori atom berdasarkan perkembangan model atom serta tuliskan bunyi teorinya!
Verifikasi 21 Setelah anda melakukan beberapa kegiatan diatas, apakah hipotesis anda sudah benar? Jika belum, tuliskanlah yang benar!
22 1.Teorin atom Dalton ...................................................................................................... .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 2. Teori atom Thomson .................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 3. Teori atom Rutherford .............................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 4. Teori atom Bohr ........................................................................................................... .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. 5. Teori atom Mekanika Kuantum ............................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. Penarikan Kesimpulan Berdasarkan kegiatan pembelajaran diatas, maka dapat disimpulkan!
uji Pemahaman 2 23 Pilihlah jawaban yang tepat! 1. Teori atom yang menyatakan bahwa atom seperti bola pejal yang tidak bermuatan adalah teori dari.... a. Dalton b. Thomson c. Niels Bohr d. Rutherford 2. Teoriyang menjadi dasartimbulnya model atom modern adalah.... a. Rutherford, Niels Bohr, dan de Broglie b. Pauli, Niels Bohr, dan de Broglie c. de Broglie, Schrodinger dan Heisenberg d. Rutherford, de Broglie dan Hund 3.Model atom Thomson memiliki kelemahan yang tidak dapat menjelaskan…. a. Elektron memiliki inti atom b. Bahwa proton bermuatan positif c. Sifat listrik atom d. Hamburan partikel α 4. Pada percobaan yang dilakukan Rutherford didapatkan bahwa hamburan sinar α terdapatsinaryang dipantulkan kembali, hal ini dikarenakan.... a. Atom adalah ruang hampa b. Atom merupakan bola pejal c. Atom memiliki inti atom d. Atom memiliki elektron 5. Teori atom yang dapat menerangkan adanya spektrum atom hidrogen adalah teori..... a. Bohr b. Thomson c. Rutherford d. Dalton
24 6. Kelebihan teori atom rutherford adalah adanya penjelasan tentang.... a. Keberadaan inti atom b. Elektron yang tidak jatuh ke inti atom c. Kestabilan atom d. Elektron yang bergerak mengitari inti pada jarak tertentu 7.Menurut teori atom modern, atom terdiri atas.... a. Kulit dan orbital b. Inti atom dan kulit atom c. Inti atom dan orbital d. Inti atom dan elektron 8. Seorang filsufyunaniyang mengemukakan kata atom pertama kali bernama .... a. Democritus b. Dalton c. Plato d. Socrates 9. Bagaimana keberadaan elektron dalam model atom Bohr dijelaskan? a. Elektron berada dalam nukleus b. Elektron berada pada lintasan yang merupakan tingkat energi elektron c. Elektron bergerak secara acak disekitar nukleus d. Elektron berada pada lintasan yang sama untuk semua atom 10. Apa yabg diasumsikan dalam model atom Bohr terkait dengan lintasan elektron? a. Lintasan elektron berbentuk spiral b. Lintasan elektron mirip sistem tata surya c. Lintasan elektron berbentuk lingkaran penuh d. Lintasan elektron tidak memiliki pola tertentu
Tujuan Pembelajaran Stimulus 25 Identifikasi Masalah Setelah menonton video tuliskan pertanyaan atau masalah yang terdapat pada video Scan dan amati video mengenai partikel dasar penyusun atom KEGIATAN PEMBELAJARAN 3 PARTIKELDASARPENYUSUN ATOM Setelah kegiatan pembelajaran 3 ini diharapkan kalian memiliki: 1.Menyebutkan partikel dasar penyusun atom 2.Menjelaskan pengertian proton, elektron, dan neutron. Mengidentifikasi atom berdasarkan jumlah proton, elektron, dan neutron yang dimilikinya. 3. 4.Menjelaskan definisi isotop, isobar, isoton.
Pengumpulan Data Walaupun pada awalnya atom diartikan sebagai partikel terkecil yang tidak dapat dibagi lagi, tetapi dalam perkembangannya ternyata ditemukan bahwa atom tersusun atas tiga jenis partikel sub-atom (partikel dasar). Berdasarkan perkembangan teori atom yang sudah kalian pelajari sebelumnya,dapat disimpulkan bahwa di dalam atom terdapat inti atom dan partikel-partikel yang menyusunnya. Partikel - partikel tersebut antara lain; elektron, proton dan neutron. 26 Elektron partikel dasar penyusun atom Salah satu alat digunakan untuk menyelidiki fenomena ini adalah tabung sinar katoda, tabung ini berupa kaca yang sebagian besar udaranya sudah disedot keluar. Ketika dua lempeng logam dihubungkan dengan sumber tegangan tinggi, lempeng yang bermuatan negatif disebut Katoda, memancarkan sinaryang tidak terlihat. Sinar katoda ini tertarik ke lempeng bermuatan positif, yang disebut Anoda, dimana sinar itu melaluisuatu lubang dan terus merambat menuju ujung tabung satunya. Ketika sinarini menumbuk permukaan yang telah dilapisisecara khusus, sinar katoda tersebut menghasilkan pendaran yang kuat atau cahaya yang terang. Karena sinar katoda ditarik oleh lempeng yang bermuatan positif dan ditolak oleh lempeng yang bermuatan negatif,sinar tersebut haruslah terdiri atas partikel-partikel yang bermuatan negatif. Kita mengenal partikel bermuatan negatif inisebagai Elektron.
27 Gambar1. Tabung sinar katoda. Sinar mengalir dari katoda (-) ke anoda (+) Sumber: https://images.app.goo.gl/ZZVrHUf8jEzSG9Kx5 Sifatsinar katoda: 1. Secara normalsinar katoda bergerak lurus 2. Sinarini mempunyai energy dan bersifatsebagai materi Dengan menggunakan spektroskopi massa, ternyata partikel ini mempunyai perbandingan muatan terhadap massa elektron (e/m), yaitu -1,76 × 10^8 coulomb/gram. 3. 4. Sinar katoda merupakan partikelyang paling ringan dan paling kecil. Pada tahun 1908, Robert Andrew Millikan (1868-1953) dari Universitas Chicago menemukan harga muatan elektron, yaitu 1,602 × 10^–19 coulomb. Dengan demikian massa sebuah elektron dapat dihitung. 5. Gambar disamping menunjukkan elektron dalam struktur atom digambarkan sebagai partikel subatomik yang bergerak di sekitar inti atom. Elektron mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu yang stasioneryang disebut orbit/kulit. Perhatikan gambar berikut ini! Gambar 2. Elektron mengelilingi inti atom Sumber: https://images.app.goo.gl/NZinzREd78iRhKW5A
proton Goldstein pada tahun 1886 membuat alat yang mirip tabung sinar katoda. Katoda dibuat berlubang dan diletakkan agak ke dalam. Tabung diisi gas hydrogen bertekanan rendah. Setelah dialirkan listrik menghasilkan dua macam sinar. Pertama,sinar katoda (electron)yang bergerak dari katoda ke anoda. Kedua,sinar yang bergerak ke katoda dan sebagian masuk ke dalam lobang (saluran) sehingga disebut juga sinarsaluran. Hasil penyelidikan terhadap sinarsaluran: Diuji dengan medan listrik atau magnet ternyata sinar ini bermuatan positif, maka disebut juga sinar positif. 1. Jika tabung diisi gas lain seperti He, O dan N menghasilkan sinar positif yang berbeda. Berarti sinar yang dihasilkan bergantung pada jenis gas dalam tabung. 2. Nilai e/m sinar berbeda antara satu dengan yang lain. Hal ini berarti sinar positif mempunyai massa dan muatan tertentu. Massa sinar positif jauh lebih besar dari pada electron. 3. Sinar positif yang lebih ringan berasal dari gas hidrogen dan bermuatan sebesar muatan elektron, tetapi tandanya berlawanan. Partikel ini kemudian dikenal dengan nama proton, massa proton = 1,67 x 10^-24 gram. 4. 28 Walaupun elektron bergerak cepat tetapi elektron tidak memancarkan atau menyerap energi sehingga energi elektron konstan. Hal ini berarti elektron yang berputar mengelilingi inti atom mempunyai lintasan tetap sehingga elektron tidak jatuh ke inti.
neutron 29 Neutron ditemukan oleh James Chadwick pada tahun 1932. Ketika Chadwick menembakkan partikel α keselembar tipis berilium, logam tersebut memancarkan radiasiyang berenergisangat tinggi. Sinarinisesungguhnya terdiri dari partikel netral yang mempunyai massa sedikit lebih besar dari pada massa proton. Chadwick menamai partikel ini dengan neutron. TabelMassa danMuatan Partikel Subatom Henry Gwyn-Jeffreys Moseley (1887 – 1915) pada tahun 1913 menemukan bahwa jumlah muatan positif dalam inti atom merupakan sifat khas masingmasing unsur. Atom-atom dari unsur yang sama memiliki jumlah muatan positif yang sama. Moseley kemudian mengusulkan agar istilah nomor atom diberi lambang Z, untuk menyebutkan jumlah muatan positif dalam inti atom. Nomor atom unsur menunjukkan jumlah proton dalam inti. Setelah dilakukan percobaan, diketahui bahwa atom tidak bermuatan listrik yang berarti dalam atom jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif, sehingga nomor atom juga menunjukkan jumlah elektron dalam unsur. Nomor atom (Z) = jumlah proton = jumlah elektron Misalnya, unsur oksigen memiliki nomor atom 8 (Z = 8), berarti dalam atom oksigen terdapat 8 proton dan 8 elektron. notasi Atom
30 Selain nomor atom, ada juga yang disebut dengan nomor massa yang biasanya diberi lambang A. Nomor massa ini digunakan untuk menentukan jumlah nukleon dalam atom suatu unsur. Nukleon sendiri adalah partikel penyusun inti atom yang terdiri dari proton dan neutron. A(nomor massa) = jumlah proton (p) + jumlah neutron (n) Dalam penulisan atom, nomor massa (A) ditulis di sebelah kiri atas, sedangkan nomor atom (Z) ditulis disebelah kiri bawah dari lambang unsur. Untuk ion (atom bermuatan positif atau negative) maka notasi ion, jumlah proton, neutron, dan elektron adalah: Keterangan: X = lambang unsur A = nomor massa Z = nomor atom Untuk atom netral, jumlah proton sama dengan jumlah elektron. Untuk ion positif, jumlah proton (muatan positif) lebih banyak daripada elektron (muatan negatif). Untuk ion negatif, jumlah elektron (muatan negatif) lebih banyak daripada proton (muatan positif). Catatan
a. mempunyai jumlah proton, neutron, dan elektron sebagai berikut. p = Z = 6 n = A – Z = 12 – 6 = 6 Karena atom netral (tak bermuatan) maka e = p = 6. b. mempunyai jumlah proton, neutron, dan elektron sebagai berikut. p = Z = 9 n = A – Z = 19 – 9 = 10 Karena muatan F adalah –1 maka r = 1,sehingga: e = p + r = 9 + 1 = 10 c. mempunyai jumlah proton, neutron, dan elektron sebagai berikut. p = Z = 38 n = A – Z = 88 – 38 = 50 Karena muatan Sr adalah 2+, maka q = 2 sehingga: e = p – q = 38 – 2 = 36 Contoh Soal Isotop, isobar dan isoton 31 1. Isotop Isotop adalah atom-atom dari unsur sama yang mempunyai nomor atom (Z) sama, tetapi nomor massanya (A) berbeda. Gambar 2. Isotop Oksigen Sumber: https://images.app.goo.gl/X2U7NyHzmMjSG2KE7 C 12 6 F 19 9 - 88 38 Sr 2+
Isobar adalah atom-atom yang mempunyai nomor massa (A) sama, tetapi nomor atom (Z) berbeda. Contoh: dan ,sama-sama mempunyai nomor massa 24. Isoton adalah atom-atom dari unsur berbeda yang mempunyai jumlah neutron (A-Z)yang sama. Contoh: dengan ,sama-sama mempunyai jumlah 7. Pengolahan Data 32 2. Isobar 3. Isoton Lihatlah gambar sebelumnya, beberapa unsur tersusun atas lebih dari satu atom yang berbeda nomor massanya, namun nomor atomnya sama (jumlah proton sama, tetapi jumlah neutron berbeda) yang disebut dengan isotop. Contohnya adalah Oksigen yang memiliki 3 isotop. Perhatikan gambar oksigen 16, 17, dan 18. Ketiganya memiliki jumlah proton yang sama sebanyak 8, tetapi memiliki jumlah neutron yang berbeda. Oleh karena itu oksigen memiliki 3 isotop,yaitu , O, dan ,sama-sama mempunyai nomor atom 8. 17 8 O 16 8 O 18 8 Na 24 11 C 13 6 N 14 7 Mg 24 12 1.Jika jumlah proton unsur Fe 26, maka nomor atom unsur Fe adalah 2. Unsur Mg nomor atomnya 12 dan muatannya +2, maka jumlah elektronnya adalah 3. Apa bedanya nomor atom dan nomor massa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Verifikasi Setelah anda melakukan beberapa kegiatan diatas, apakah hipotesis anda sudah benar? Jika belum, tuliskanlah yang benar! 33 Penarikan Kesimpulan 4. Apa yang dimaksud isotop? 5. Apa yang dimaksud isobar? 6. Apa yang dimaksud isobar? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berdasarkan kegiatan pembelajaran di atas makadapat disimpulkan 1.Nomor atom ................................................................................................................... .................................................................................................................................................. 2. Nomor massa ............................................................................................................... .................................................................................................................................................. 3. Isotop ................................................................................................................................ .................................................................................................................................................. 4. Isoton ................................................................................................................................ .................................................................................................................................................. 5. Isobar ............................................................................................................................... ..................................................................................................................................................
Pilihlah jawaban yang tepat! 1. Alatyang digunakan untuk menyelidiki fenomena adanya elektron adalah.... a. Selaput tipis emas b. Tabung sinar katoda c. Baterai d. Listrik 2. Ilmuwan yang berhasil menemukan neutron adalah.... a. William Crookes b. Goldstein c.James Chadwick d. Sir Humphry Davy 3. Suatu partikel dalam inti atom yang bermuatan positif disebut dengan.... a. Proton b. Inti atom c. Neutron d. Elektron 4. Unsur X memiliki neutron sebanyak 30 dan nomor massanya 65. Lambang X adalah.... a. 5.Jika unsur Ni memiliki nomor atom 27 dan nomor massa 59, ion Ni2+ memiliki jumlah proton, elektron dan neutron berturut-turut adalah .... a. 25, 25, 30 c. 27, 25, 32 b. 25, 30, 25 d. 30, 25, 55 uji Pemahaman 3 34 X 65 30 X 65 30 X 65 30 X 65 b 30 . c. d.
6. Diantara pasangan unsur berikutyang merupakan isoton adalah.... 7. Pasangan di bawah iniyang merupakan isotop adalah.... 8. Diketahui unsur , , dan . Unsur-unsuryang merupakan isobar adalah.... a. P dan Q b. Q dan R c. P dan R d. Q dan S 9. Unsur X mempunyai 10 proton dan 12 neutron,sedangkan unsur Y mempunyai nomor massa 23 dan nomor atom 11. Kedua atom tersebut merupakan…. a. Isotop b. Isobar c. Isoton d. Isokhor 10. Apa yang menjadi pusat atom dan menentukan massa atom? a. Proton b. Neutron c. Nukleus d. Elektron 35 Pb 214 82 Pb 214 84 a. dan Ca 40 20 X 39 19 Bi d. dan 214 82 Po 214 84 b. dan Mg 21 12 Ca 40 20 c. dan U 233 92 U 238 92 d. dan Na 23 11 Mg 23 11 a. dan P 31 15 S 22 16 b. dan P 32 15 S 32 16 c. dan P 31 15 Q 32 15 S 32 16
KUNCI JAWABAN 36 Uji Pemahaman 1 1. C 2. D 3. B 4. D 5. C 6. B 7. C 8. B 9. B 10. D Uji Pemahaman 2 1. A 2. C 3. B 4. C 5. A 6. A 7. D 8. A 9. B 10. B Uji Pemahaman 3 1. B 2. C 3. A 4. A 5. C 6. D 7. D 8. D 9. C 10. C
glosarium 37 Teori ilmiah sifat alami materi, yang menyatakan bahwa materi tersusun atas satuan terkecil yang disebut atom. Model yang menunjukkan struktur atom dan susunan partikel subatom dalam sebuah atom. Bulat padat keras dan tidak berongga. Gabungan dua atom atau lebih yang berikatan. Elektroda positif. Elektroda negatif. Orbit dari sebuah partikel yang bernama elektron Daerah yang bermuatan negatif yang mengelilingi inti atom yang berhubungan dengan orbital atom. Orbital adalah daerah kebolehjadian terbesar ditemukannya elektron dalam atom. Pemancaran sinar radiasi. Partikel subatomik yang bermuatan positif yang terletak di dalam inti atom. Partikel subatom yang bermuatan negatif yang beredar mengelilingi inti atom. Partikel subatom yang tidan bermuatan yang terletak di dalam inti atom bersama dengan proton. Bilangan yang menunjukkan jumlah proton dalam atom. Bilangan yang menunjukkan jumlah proton dan neutron yang terdapat dalam inti atom. Atom – atom yang mempunyai jumlah proton sama (nomor atom sama). Atom – atom yang mempunyai nomor massa yang sama Atom – atom yang mempunyai jumlah neutron yang sama. Teori Atom Model Atom Pejal Molekul Katoda Anoda Kulit Atom Awan Elektron Orbital Radioaktif Proton Elektron Neutron Nomor Atom Nomor Massa Isotop Isobar Isoton : : : : : : : : : : : : : : : : : :
daftar pustaka 38 Devi, Popy K dkk. (2009). Kimia Untuk SMA/MA Kelas X. Pusat Perbukuan: Departemen Pendidikan Nasional. Effendy. (2017). Molekul, Struktur, dan Sifat-Sifatnya. Malang: Indonesian Academic Publishing. Harnanto, Ari & Ruminten. (2009). Kimia Untuk SMA/MA Kelas X. Pusat Perbukuan: Departemen Pendidikan Nasional. Hermawan., Sutarjawinata, Paris., & Al, Heru Pratomo. (2009). Aktif Belajar KimiaUntuk SMA/MA Kelas X. Pusat Perbukuan: Departemen Pendidikan Nasional. Juwita, Ratulani. (2017). Kimia Dasar. Sekolah Tinggi Keguruan dan Ilmu Pendidikan (STKIP) PGRI Sumatera Barat. Priyo, Wahyu. 2017. Manfaat Nanopartikel di Bidang Kesehatan : Majalah Farmasetika. Vol. 2. No. 4. Hal 1-3. Utami, Budi dkk. (2009). Kimia Untuk SMA/MA Kelas X. Pusat Perbukuan: Departemen Pendidikan Nasional. Whitten, Kenneth W. (2000). General Chemistry volume 5. Cengage Learning. Yanuar, Firda, and Mutiara Widawati. "Pemanfaatan Nanoteknologi Dalam Pengembangan Pupuk dan Pestisida Organik." Jurnal Litbang Kesehatan 21 (2014): 1-10.