~ i ~ INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE
~ ii ~ ii Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 28 Tahun 2014 tentang Hak Cipta Pasal 1: 1. Hak Cipta adalah hak eksklusif pencipta yang timbul secara otomatis berdasarkan prinsip deklaratif setelah suatu ciptaan diwujudkan dalam bentuk nyata tanpa mengurangi pembatasan sesuai dengan ketentuan peraturan perundang undangan. Pasal 9: 2. Pencipta atau Pengarang Hak Cipta sebagaimana dimaksud dalam pasal 8 memiliki hak ekonomi untuk melakukan a. Penerbitan Ciptaan; b. Penggandaan Ciptaan dalam segala bentuknya; c. Penerjemahan Ciptaan; d. Pengadaptasian, pengaransemen, atau pentransformasian Ciptaan; e. Pendistribusian Ciptaan atau salinan; f. Pertunjukan Ciptaan; g. Pengumuman Ciptaan; h. Komunikasi Ciptaan; dan i. Penyewaan Ciptaan. Sanksi Pelanggaran Pasal 113 1. Setiap orang yang dengan tanpa hak melakukan pelanggaran hak ekonomi sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf i untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 1 (satu) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp100. 000. 000, 00 (seratus juta rupiah). 2. Setiap Orang yang dengan tanpa hak dan/atau tanpa izin Pencipta atau pemegang Hak C ipta melakukan pelanggaran hak ekonomi Pencipta sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf c, huruf d, huruf f, dan/atau huruf h untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 3 (tiga) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp500. 000. 000, 00 (lima ratus juta rupiah).
~ iii ~ Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. Hartanti, A.Md, S.Pd. Riya Dwi Puspa, M.Pd. INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE Penerbit Lakeisha 2023
~ iv ~ iv INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE Penulis: Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. Hartanti, A.Md, S.Pd. Riya Dwi Puspa, M.Pd. Editor: Andriyanto, M.Pd. Layout: Yusuf Deni Kristanto, S.Pd. Desain Cover: Muhammad Ricky Perdana, S.Kom Cetak I Juni 2023 15,5 cm × 23 cm, 110 Halaman ISBN: 978-623-420-775-0 Diterbitkan oleh Penerbit Lakeisha (Anggota IKAPI No.181/JTE/2019) Redaksi Srikaton, RT 003, RW 001, Pucangmiliran, Tulung, Klaten, Jawa Tengah Hp. 08989880852, Email: [email protected] Website: www.penerbitlakeisha.com Hak Cipta dilindungi Undang-Undang Dilarang memperbanyak karya tulis ini dalam bentuk dan dengan cara apapun tanpa izin tertulis dari penerbit
~ v ~ KATA PENGANTAR Kami panjatkan puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas taufiq dan hidayah-Nya, sehingga kami dapat menyelesaikan penulisan buku ini. Sholawat serta salam tak lupa dihanturkan kepada Nabi-Nya. Buku ini dirancang untuk mendukung tercapainya tujuan pembelajaran terkini bahwa antar mata pelajaran harus terintegarasi satu sama lain. Tidak lagi terpetak-petak menjadi masing-masing materi bahan ajar. Bahasan sebuah topik pembelajaran seyogyanya saling terkait dan saling melengkapi sehingga pemahaman lebih bermakna. Materi yang ditampilkan dalam buku ini mencakup pemaparan topik secara praktis, kaitannya dengan kehidupan sehari-hari, serta keterkaitan antar materi bahan ajar. Seperti dalam memahami atom dan partikelnya diperlukan teori dari ilmu kimia, dilengkapi bahasan terkait ukuran (besaran dan satuan) dalam fisika. Menghadirkan kajian matematika pula untuk operasi bilangannya terkait ukuran nano. Penulis berharap buku ini dapat bermanfaat untuk mengembangkan pengetahuan, sikap dan keterampilan terkait materi yang disajikan sehingga bisa diterapkan dalam kehidupan sehari-hari.Banjarbaru, Januari 2023 Tim Penulis
~ vi ~ vi DAFTAR ISI KATA PENGANTAR........................................................................................... v DAFTAR ISI........................................................................................................vi BAB 1. Besaran, Satuan dan Teori Atom............................................................1 1.1 Besaran dan Satuan ........................................................................................2 1.1.1 Pengukuran dan Alat Ukur....................................................................4 1.1.2 Konversi Satuan .................................................................................. 12 1.2 Teori Atom...................................................................................................15 1.2.1 Perkiraan Bentuk Atom.......................................................................15 1.2.2 Partikel Dasar......................................................................................18 1.2.3 Isotop, Isobar dan Isoton.....................................................................26 KESIMPULAN..................................................................................................44 SOAL EVALUASI AKHIR.............................................................................. 46 BAB 2. Getaran, Gelombang dan Diagram Orbital.........................................54 2.1 Getaran, Gelombang dan Bunyi ...................................................................55 2.1.1 Aplikasi Getaran, Gelombang dan Bunyi dalam Kehidupan Sehari-hari.......................................................................................... 55 2.1.2 Bandul Sederhana ............................................................................... 56 2.1.3 Gelombang Berjalan ........................................................................... 58 2.1.4 Bunyi...................................................................................................66 2.1.5 Efek Doppler....................................................................................... 67 2.2 Diagram Orbital dan Bilangan Kuantum..................................................... 71 2.2.1 Diagram Orbital.................................................................................. 71 2.2.2 Penentuan Bilangan Kuantum.............................................................73 KESIMPULAN..................................................................................................78
~ vii ~ SOAL EVALUASI AKHIR BAB..................................................................... 79 Bab 3. Perubahan Wujud Zat dan Perpindahan Kalor ...................................86 3.1 Aplikasi Perubahan Wujud Zat dan Perpindahan Kalor..............................87 3.1.1 Perubahan Wujud Zat..........................................................................88 3.1.2 Pemuaian.............................................................................................90 3.1.3 Perpindahan Kalor...............................................................................94 3.1.4 Peran Ikatan Logam dalam Sifat Konduktor.......................................96 KESIMPULAN................................................................................................100 SOAL EVALUASI AKHIR BAB................................................................... 101 DAFTAR PUSTAKA........................................................................................ 108 TENTANG PENULIS....................................................................................... 110
~ viii ~ viii
1 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE Tujuan Bahasan Setelah mempelajari bab ini, diharapkan Anda dapat melakukan hal-hal berikut: 1. Memahami konsep besaran pokok, besaran turunan, dan satuan. 2. Menyajikan hasil pengukuran besaran fisis menggunakan alat ukur dan teknik yang tepat. 3. Memahami struktur atom berdasarkan teori-teori atom 4. Memahami sifat-sifat unsur, sifat periodik unsur dalam tabel periodik serta menyadari keteraturannya, melalui pemahaman konfigurasi elektron 5. Memahami konsep bilangan berpangkat 6. Mengidentifikasi masalah berkaitan bilangan berpangkat dan sifat - sifatnya
2 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. A. Pengertian Besaran dan Satuan Besaran merupakan sesuatu yang dapat diukur, memiliki nilai dan satuan yang tetap. Sedangkan Satuan adalah penamaan unik yang ditetapkan untuk mengikuti nilai pengukuran suatu besaran. B. Macam-Macam Besaran Macam-macam besaran dibagi menjadi: a. Besaran Pokok Besaran pokok adalah besaran yang telah ditetapkan dan disepakati oleh para ilmuwan dan memiliki satu satuan. Pada tahun 1971, General Conference on Weights and Measures ke-14 memilih tujuh besaran pokok yang menjadi dasar terbentuknya satuan Sistem International (SI). Dimensi besaran merupakan dasar penamaan suatu besaran. Dengan begitu besaran pokok memiliki dimensi yang paling dasar. Tabel 1.1 Besaran Pokok No Nama Besaran Lambang Besaran Pokok Satuan Lambang Satuan Dimensi 1. Panjang l Meter m L 2. Massa m Kilogram Kg M 3. Waktu t Sekon s T 4. Kuat Arus Listrik i Ampere A I 5. Suhu T Kelvin K Ө 6. Intensitas Cahaya I Candela Cd J 7. Jumlah Zat n Mole Mol N 8. Sudut Bidang Datar Radian Rad - 9. Sudut Ruang Ф Steradian Sr -
3 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE b. Besaran Turunan Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok dan memiliki lebih dari satu satuan. Tabel 1.2 Besaran Turunan No Nama Besaran Turunan Lambang Besaran Rumus Satuan 1. Luas A Panjang x Lebar 2 2. Volume V Panjang x Lebar x Tinggi 3 3. Percepatan V m/s 4. Kecepatan A / 2 5. Gaya F Massa x Percepatan . / 2 6. Momentum P Massa x Kecepatan Kg.m/s Tentukan dimensi dari besaran turunan berikut ini: 1. Luas 2. Kecepatan Penyelesaian: 1. Luas A = Panjang x lebar --- persamaan secara matematis A = meter x meter --- satuan A = 2 ---- satuan A = 2 ---- Dimensi dari besaran Luas 2. Kecepatan = −−−→
4 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. = −−−→ = −−−→ = . −1 −−−→ Gaya = . −−−→ = . 2 −−−→ = . 2 −−−→ = . . −2 −−−→ Tentukan dimensi dari besaran pokok berikut: 1. Percepatan (a) 2. Usaha (W) 3. Energi Potensial (Ep) A. Pengertian Pengukuran adalah kegiatan untuk memberi nilai suatu besaran menggunakan alat ukur, secara logis dan sesuai aturan yang telah ditetapkan. B. Macam-Macam Alat Ukur Alat ukur digolongkan menjadi beberapa macam, yaitu seperti alat ukur Panjang, massa, kuat arus dan besaran lainnya. Beberapa contoh alat ukur berdasarkan besaran pokok, yaitu : 1.1.1 Pengukuran Dan Alat Ukur Bilangan Berpangkat Negatif 1 = 1 1 = −1 Bilangan Berpangkat Negatif 1 2 = −2 Latihan Soal 1.1
5 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE 1) Alat ukur Panjang seperti penggaris, meteran, jangka sorong, dan mikrometer 2) Alat ukur Massa seperti timbangan 3) Alat ukur waktu seperti jam, stopwatch 4) Alat ukur suhu seperti termometer Pada buku ini dibatasi dengan membahas tentang alat ukur panjang yaitu mikrometer sekrup dan jangka sorong. 1) Mikrometer Sekrup Gambar 1.1. Mikrometer Sekrup Mikrometer sekrup digunakan untuk mengukur ketebalan benda dari 0-25 mm, dengan skala ketelitian terkecil adalah 0,01 mm. Cara menggunakan mikrometer sekrup disajikan dalam langkah-langkah sebagai berikut. Gambar 1.2. Bagian-bagian Mikrometer a) Letakkan benda yang akan diukur pada rahang mikrometer sekrup b) Putar skala pemutar kasar atau skala nonius sampai rahang putar tepat mengenai benda. c) Putar pemutar halus sampai terdengan suara “klik”, hentikan pemutaran jika suara “klik” sudah terdengar.
6 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. d) Putar pengunci mikrometer sekrup supaya benda tidak bergeser lagi. e) Amati skala utama yang paling dekat dengan skala putar nonius. f) Amati skala nonius yang paling berimpitan dengan skala utama. g) Hasil pengukuran besaran panjang benda adalah jarak skala utama ke titik nol nonius ditambah jumlah garis skala nonius dari nol sampai skala nonius yang paling berimpitan dengan skala utama. Pembacaan skala hasil pengukuran menggunakan mikrometer sekrup sebagaimana terlihat pada gambar berikut. Gambar 1.3. Pembacaan Skala Mikrometer (sumber: dokterfisika.blogspot.com) 2) Jangka Sorong Sama halnya dengan mistar dan mikrometer sekrup, jangka sorong bisa digunakan untuk menghitung panjang, ketebalan dan diameter sebuah benda. Bedanya, tingkat ketelitian alat ini adalah 0,1 mm = 0,01 cm. Jadi lebih tepat daripada mistar tapi tidak seakurat mikrometer sekrup. Gambar 1.4. Jangka Sorong dan fungsinya
7 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE Cara Membaca hasil pengukuran pada jangka sorong Gambar 1.5. Bagian-bagian Jangka Sorong (sumber; www.diedit.com) Gambar 1.6. Pengukuran dengan Jangka Sorong (sumber; www.diedit.com) Skala Utama jangka sorong menunjukkan skala 47 mm. Garis Skala Nonius yang berimpit dengan skala utama (membentuk garis lurus) adalah garis pada angka 4 yang artinya 0,4 mm. Jadi hasil pengukurannya adalah: 47 mm + 0,4 mm = 47,04 mm 1. Seorang anak mengukur ketebalan sebuah kelereng menggunakan mikrometer sekrup, jika hasil pengukuran seperti pada gambar berikut, maka ketebalan kelereng adalah….
8 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. 7 × 0,01 = 7 × 1 100 = 7 100 = 0,07 Penyelesaian: Diketahui: Skala utama = 3 mm Skala nonius = 7 Ketelitian mikrometer sekrup = 0,01 mm Ditanya: Ketebalan Kelereng? Diselesaikan: Hasil Pengukuran = Skala Utama + (Skala Nonius x Ketelitian) Hasil Pengukuran = 3 + (7 x 0,01) Hasil Pengukuran = 3 + 0,07 Hasil Pengukuran = 3,07 mm Jadi hasil pengukuran ketebalan kelereng adalah 3,07 mm.
9 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE 2. Arya melakukan pengukuran ketebalan sebuah benda menggunakan mikrometer sekrup, jika hasil pengukuran seperti pada gambar berikut, maka ketebalan benda adalah…. Penyelesaian: Diketahui: Skala utama = 16,5 mm Skala nonius = 10 Ketelitian mikrometer sekrup = 0,01 mm Ditanya: Ketebalan benda? Diselesaikan: Hasil Pengukuran = Skala Utama + (Skala Nonius x Ketelitian) Hasil Pengukuran = 16,5 + (10 x 0,01) 10 × 0,01 = 10 × 1 100 = 10 100 = 1 10 = 0,1 = 0,10 Hasil Pengukuran = 16,5 + 0,10 Hasil Pengukuran = 16,60 mm Jadi hasil pengukuran ketebalan benda adalah 16,60 mm.
10 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. 3. Seorang guru memberikan contoh pengukuran menggunakan jangka sorong terhadap diameter dalam sebuah tabung dan ditunjukkan seperti gambar di bawah ini, hasil pengukuran diameter dalam tabung adalah …. Penyelesaian: Diketahui: Skala utama = 5,1 cm Skala nonius = 6 Ketelitian jangka sorong = 0,01 cm Ditanya: Diameter dalam tabung? Diselesaikan: Hasil Pengukuran = Skala Utama + (Skala Nonius x Ketelitian) Hasil Pengukuran = 5,1 + (6 x 0,01) 6 × 0,01 = 6 × 1 100 = 6 100 = 0,06 = 6 × 10 −2 Hasil Pengukuran = 5,1 + 0,06 Hasil Pengukuran = 5,16 cm Jadi hasil pengukuran diameter dalam tabung adalah 5,16 cm
11 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE 1. Seorang siswa melakukan pengukuran ketebalan sebuah buku dengan mikrometer sekrup. Dari pengukuran diperoleh gambar sebagai berikut: 2. Mikrometer sekrup digunakan untuk mengukur diameter kawat fiber optik yang akan digunakan siswa untuk praktik. Diameter kawat tersebut adalah…. 3. Jika seorang siswa sedang melakukan pengukuran menggunakan jangka sorong terhadap kedalaman sebuah gelas, maka hasil pengukuran ditunjukkan seperti pada gambar di bawah ini adalah … 4. Pengukuran diameter luar sebuah cincin dilakukan menggunakan jangka sorong, hasil pengukuran ditunjukkan seperti pada gambar di bawah ini adalah….
12 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. A. Pengertian Konversi satuan adalah mengubah nilai suatu sistem satuan ke satuan yang lain. B. Macam-Macam Konversi Satuan Konversi satuan dari beberapa besaran seperti: a. Konversi Satuan Panjang Gambar 1.7. Tangga Konversi Satuan Panjang Beberapa contoh konversi satuan panjang 1 m = 10 dm 1 m = 100 cm 1 km = 1000 m 1.1.2 Konversi Satuan
13 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE b. Konversi Satuan Massa Gambar 1.8. Tangga Konversi Satuan Massa Beberapa contoh konversi satuan massa 1 gram = 1000 mg (1000 miligram) 1 kilogram (kg) = 1000 gram (g) 1 ton = 1000 kg 1 kuintal = 100 kg 1 kg = 10 −3 ton 1 kg = 10 ons c. Konversi Satuan Luas Gambar 1.9. Tangga Konversi Satuan Luas
14 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. Beberapa contoh konversi satuan luas 1 2 = 100 2 =10 × 10 = 10 2 2 1 2 = 10.000 2 = 10 × 10 × 10 × 10 2 = 10 4 2 1 2 = 1.000.000 2 = 10 × 10 × 10 × 10 × 10 × 10 2 = 10 6 2 1 ha (hektar) = 10.000 2 = 10 × 10 × 10 × 10 2 = 10 4 2 d. Konversi Satuan Volume Gambar 1.10. Tangga Konversi Satuan Volume Beberapa contoh konversi satuan volume 1 3 = 10 9 3 1 ℎ3 = 10 6 3 1 3 = 10 3 3 Konversi untuk volume dengan basis satuan yang lainnya. Definisi Bilangan Berpangkat = × × × … × Pojok info Sebanyak n kali
15 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE 1 liter = 1 3 = 1.000 ml = 1.000 cc 1 liter = 0,001 3 = 10 −3 3 1 3 = 1.000 liter 1 3 = 1 cc 1 mililiter = 1 ml = 1 3 1 ml = 0,001 liter = 10 −3 liter 1 ml = 0,000 001 3 = 10 −6 3 Konversikan hasil pengukuran berikut: 1. 72 km/jam =…m/s 2. 15 m/s =…km/jam 3. 1,5 /3=… /3 4. 25.000 3=… 3 Setelah membahas besaran satuan, selanjutnya akan dibahas topik mikroskopik yaitu atom. Atom merupakan topik paling mendasar dalam ilmu kimia. Meski demikian, hingga kini belum ditemukan gambaran konkrit dari bentuk atom. Pengetahuan tentang atom lebih banyak berupa teori. Berbekal teori kimia tentang atom, telah tercipta berbagai produk kimia seperti obat, bahan bakar, makanan, pakaian dan banyak lagi macamnya. Pemahaman tentang atom lebih mudah menggunakan analogi. Sebuah kotak gabus atau styrofoam jika tercerai-berai menghasilkan butiran putih gabus kecil. Hal ini terjadi karena memang pada awalnya gabus dibentuk dari butiran-butiran 1.2 Teori Atom
16 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. kecil tersebut. Sepotong gabus/styroform dipotong menjadi dua, kemudian setiap bagian dipotong lagi menjadi dua. Kemudian setiap bagian yang kecil dipotong menjadi dua lagi, dan seterusnya sampai bentuk yang terkecil. Permisalan ini mirip dengan konsep atom yang diyakini kebenaranya hingga saat ini. Sejak dahulu manusia berpikir tentang zat penyusun setiap materi, lalu dirumuskannya teori atom dan sampai sekarang di zaman yang serba canggih ini, keberadaan atom sudah diterima semua orang, tetapi bagaimana bentuk sebenarnya atom tersebut serta penyusunnya belum diketahui secara pasti. Berdasarkan pengamatan para ahli di laboratorium terhadap gejala yang ditimbulkan apabila suatu materi diberi perlakukan tertentu. Dari pengamatan gejala-gejala tersebut para ahli kemudian membuat teori tentang atom dan memperkirakan bentuk atom tersebut yang dikenal dengan sebutan model atom. A. Model Atom Dalton Dalton adalah seorang guru dan ahli kimia berkebangsaan Inggris bernama lengkap John Dalton (1776 – 1844). Sumbangan Dalton merupakan keunikan dari teorinya yang meliputi dua hal: 1) Dalton adalah orang pertama yang melibatkan kejadian kimiawi seperti halnya kejadian fisis dalam merumuskan gagasannya tentang atom. 2) Dalton mendasarkan asumsinya pada data kuantitatif, tidak menggunakan pengamatan kualitatif atau untung-untungan. Teori atom Dalton dikemukakan berdasarkan dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa dan hukum perbandingan tetap. Teori atom Dalton dikembangkan selama periode 1803-1808 dan didasarkan atas tiga asumsi pokok, yaitu: 1) Setiap unsur kimia tersusun oleh partikel-partikel kecil yang tidak dapat dihancurkan dan dipisahkan yang disebut atom. Selama mengalami perubahan kimia, atom tidak bisa diciptakan dan dimusnahkan. 2) Semua atom dari suatu unsur mempunyai massa dan sifat yang sama, tetapi atom-atom dari suatu unsur berbeda dengan atom-atom dari unsur yang lain, baik massa maupun sifat-sifatnya yang berlainan. 3) Dalam senyawa kimiawi, atom-atom dari unsur yang berlainan melakukan ikatan dengan perbandingan angka sederhana. B. Model Atom Thompson Pada tahun 1897 J. J. Thompson menemukan elektron. Berdasarkan penemuannya tersebut, kemudian Thompson mengajukan teori atom baru yang dikenal dengan sebutan model atom Thompson. Model atom Thompson
17 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE dianalogkan seperti sebuah roti kismis, di mana atom terdiri atas materi bermuatan positif dan di dalamnya tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis. Karena muatan positif dan negatif bercampur jadi satu dengan jumlah yang sama, maka secara keseluruhan atom menurut Thompson bersifat netral (Martin S. Silberberg, 2000). C. Model Atom Rutherford Tahun 1911, Ernest Rutherford mengungkapkan teori atom modern yang dikenal sebagai model atom Rutherford. 1) Atom tersusun dari: a) Inti atom yang bermuatan positif. b) Elektron- elektron yang bermuatan negatif dan mengelilingi inti. 2) Semua proton terkumpul dalam inti atom, dan menyebabkan inti atom bermuatan positif. 3) Sebagian besar volume atom merupakan ruang kosong. Hampir semua massa atom terpusat pada inti atom yang sangat kecil. Jari-jari atom. 4) Jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron yang mengelilingi inti, sedangkan atom bersifat netral. D. Model Atom Niels Bohr Berdasarkan dari kandungan energi elektron, ternyata model atom Rutherford mempunyai kelemahan. Ketika elektron-elektron mengelilingi inti atom, mereka mengalami percepatan terus-menerus, sehingga elektron harus membebaskan energi. Lama kelamaan energi yang dimiliki oleh elektron makin berkurang dan elektron akan tertarik makin dekat ke arah inti, sehingga akhirnya jatuh ke dalam inti. Tetapi pada kenyataannya, seluruh elektron dalam atom tidak pernah jatuh ke inti. Jadi, model atom Rutherford harus disempurnakan. Dua tahun berikutnya, yaitu pada tahun 1913, seorang ilmuwan dari Denmark yang bernama Niels Henrik David Bohr (1885-1962) menyempurnakan model atom Rutherford. Model atom yang diajukan Bohr dikenal sebagai model atom Rutherford-Bohr, yang dapat diterangkan sebagai berikut. 1) Elektron-elektron dalam atom hanya dapat melintasi lintasan-lintasan tertentu yang disebut kulit-kulit atau tingkattingkat energi, yaitu lintasan di mana elektron berada pada keadaan stationer, artinya tidak memancarkan energi. 2) Kedudukan elektron dalam kulit-kulit, tingkat-tingkat energi dapat disamakan dengan kedudukan seseorang yang berada pada anak-anak
18 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. tangga. Seseorang hanya dapat berada pada anak tangga pertama, kedua, ketiga, dan seterusnya, tetapi ia tidak mungkin berada di antara anak tangga-anak tangga tersebut. Model atom Bohr tersebut dapat dianalogkan seperti sebuah tata surya mini. Pada tata surya, planet-planet beredar mengelilingi matahari. Pada atom, elektronelektron beredar mengelilingi atom, hanya bedanya pada sistem tata surya, setiap lintasan (orbit) hanya ditempati 1 planet, sedangkan pada atom setiap lintasan (kulit) dapat ditempati lebih dari 1 elektron. Sifat dalam bagian atom ternyata bisa berbeda-beda muatan. Muatan tersebut bisa berupa positif, negatif dan netral. A. Sifat-Sifat Partikel Dasar 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), yaitu proton, elektron, dan neutron. Massa partikel dasar dinyatakan dalam satuan massa atom (sma), di mana 1 sma = 1,66 × 10 −24 gram. Sedangkan muatan partikel dasar dinyatakan sebagai muatan relatif terhadap muatan elektron (e), muatan 1 elektron (e) = −1,60 × 10 −19 coloumb. Muatan 1 proton sama dengan muatan 1 elektron, tetapi tandanya berbeda. Massa 1 proton sama dengan massa 1 neutron, masing-masing 1 sma. Massa elektron lebih kecil daripada massa proton atau neutron. 1. Jika jari-jari atom hidrogen = 5,3 × 10 −13 m dan panjang gelombang foton adalah 405 × 10 −12 m. Berapakah selisih antara diameter atom hidrogen dengan panjang fotonnya? Penyelesaian:
19 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE Diketahui: Jari-jari atom hidrogen ()= 5,3 × 10 −13 Panjang gelombang foton = 405 × 10 −12m Ditanya: selisih antara diameter atom hidrogen dengan panjang fotonnya? Diselesaikan: Diameter = 2 × = 2 × 5,3 × 10 −13 = 10,6 × 10 −13 m Panjang gelombang foton = 405 × 10 −12m Bentuk 405 × 10 −12m dapat juga dinyatakan dalam bentuk lain. Perhatikan uraian berikut Bilangan 405 dapat dinyatakan sebagai 405 = 4050 × 10 −1 Oleh karena itu, 405 × 10 −12 = 4050 × 10 −1 × 10 −12 = 4050 × 10 −1+(−12) = 4050 × 10 −1−12 = 4050 × 10 −13 Kemudian kita hitung selisih antara diameter atom hidrogen dengan panjang fotonnya Selisih = − = 4050 × 10 −13 − 10,6 × 10 −13 = (4050 − 10,6 )× 10 −13 (Sifat distributif perkalian terhadap pengurangan) = 4039,4× 10 −13 Jadi, selisih antara diameter atom hidrogen dengan panjang fotonnya adalah 4039,4× 10 −13 2. Jika jari-jari atom hidrogen adalah 5,3 × 10 −13 m dan jari-jari atom nitrogen adalah 265 × 10 −14 m, maka tentukan a. manakah yang lebih besar antara jari-jari atom hidrogen dan nitrogen b.perbandingan antara jari-jari atom hidrogen dan nitrogen Sifat 1 Bilangan Berpangkat × = + Pojok info Gunakan sifat 1 bilangan berpangkat
20 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. Penyelesaian: Diketahui: Jari-jari atom hidrogen = 5,3 × 10 −13 m Jari-jari atom nitrogen = 265 × 10 −14 m Ditanya: a. manakah yang lebih besar antara jari-jari atom hidrogen dan nitrogen b. perbandingan antara jari-jari atom hidrogen dan nitrogen Diselesaikan: a. untuk mengetahui manakah yang lebih besar kita harus merubah nilai n pada 10 agar pangkatnya menjadi sama Cara 1: Merubah nilai n bilangan 10 pada jari – jari atom hidrogen Bilangan 5,3 dapat dinyatakan sebagai 5,3 = 53 × 10 −1 Oleh karena itu, 5,3 × 10 −13 = 53 × 10 −1 × 10 −13 = 53 × 10 −1+(−13) = 53 × 10 −1−13 = 53 × 10 −14 Dengan demikian diperoleh bahwa Jari-jari atom hidrogen = 5,3 × 10 −13 = 53 × 10 −14 m Jari-jari atom nitrogen = 265 × 10 −14 m Apabila nilai n pada bilangan 10 sudah sama, kita hanya perlu memperhatikan bilangan 53 dan 265 karena 265 > 53 maka 265 × 10 −14 > 53 × 10 −14 Dengan demikian jari – jari nitrogen lebih besar daripada jari – jari hidrogen. Gunakan sifat 1 bilangan berpangkat
21 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE Cara 2: Merubah nilai n bilangan 10 pada jari – jari atom nitrogen Bilangan 265 dapat dinyatakan sebagai 265 = 26,5 × 10 1 Oleh karena itu, 265 × 10 −14 = 26,5 × 10 1 × 10 −14 = 26,5 × 10 1+(−14) = 26,5 × 10 1−14 = 26,5 × 10 −13 Dengan demikian diperoleh bahwa Jari-jari atom hidrogen = 5,3 × 10 −13m Jari-jari atom nitrogen = 265 × 10 −14 = 26,5 × 10 −13 m Apabila nilai n pada bilangan 10 sudah sama, kita hanya perlu memperhatikan bilangan 5,3 dan 26,5 karena 26,5 > 5,3 maka 26,5 × 10 −13 > 5,3 × 10 −13 Dengan demikian jari – jari nitrogen lebih besar daripada jari-jari hidrogen. b. Perbandingan antara jari-jari atom hidrogen dan nitrogen Jari-jari atom hidrogen = 5,3 × 10 −13 m Jari-jari atom nitrogen = 265 × 10 −14 m Perbandingan antara jari-jari atom hidrogen dan nitrogen Gunakan sifat 1 bilangan berpangkat Sifat 2 Bilangan Berpangkat = − Pojok info
22 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. − ℎ − = 5,3×10−13 265×10−14 = 5,3 265 × 10 −13 10 −14 = 5,3 265 × 10 −13−(−14) = 5,3 265 × 10 −13+14 = 5,3 265 × 10 1 = 53 265 = 53 ÷ 53 265 ÷ 53 = 1 5 Dengan demikian perbandingan antara jari-jari atom hidrogen dan nitrogen adalah 1: 5 1. Jika jari-jari atom hidrogen = 5,3 × 10 −13 m dan panjang gelombang foton adalah 303 × 10 −12 m. Berapakah selisih antara diameter atom hidrogen dengan panjang fotonnya? 2. Jika Jari-jari atom hidrogen adalah 5,3 × 10 −13m dan jari-jari atom oksigen adalah 159 × 10 −14 m, maka tentukan a. manakah yang lebih besar antara jari-jari atom hidrogen dan oksigen b. perbandingan antara jari-jari atom hidrogen dan oksigen B. Susunan Atom Henry Gwyn-Jeffreys Moseley (1887 – 1915) pada tahun 1913 menemukan bahwa jumlah muatan positif dalam inti atom merupakan sifat khas masing-masing unsur. Atom-atom dari unsur yang sama memiliki jumlah muatan positif yang sama. Moseley kemudian mengusulkan agar istilah nomor Gunakan sifat 2 bilangan berpangkat Pembilang dan penyebut sama sama dibagi dengan 53
23 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE 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 yang tidak bermuatan listrik berarti dalam atom jumlah muatan positif sama dengan jumlah muatan negatif, sehingga nomor atom juga menunjukkan jumlah elektron dalam unsur. Misalnya, unsur oksigen memiliki nomor atom 8 (Z = 8), berarti dalam atom oksigen terdapat 8 proton dan 8 elektron. 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.Dalam penulisan atom yang tidak bermuatan listrik, nomor massa (A) ditulis di sebelah kiri atas, sedangkan nomor atom (Z) ditulis di sebelah kiri bawah seperti berikut ini Notasi untuk atom yang bermuatan listrik (positif atau negatif) disajikan dalam Tabel 1.2 berikut ini = ℎ = ℎ () = ℎ + ℎ () Notasi Atom A Z Keterangan: X = Lambang Atom A = nomor massa atom Z = nomor atom
24 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. Tabel 1.2. Notasi Atom Bermuatan No Jenis Atom Notasi Jumlah Proton (p) Jumlah Neutron (n) Jumlah Elektron (e) 1 Ion Positif = = − = − 2 Ion Negatif = = − = + 1. Berapakah jumlah proton, neutron, dan elektron yang dimiliki oleh 6 12? Penyelesaian: Diketahui: Lambang atom yang diketahui pada soal adalah 6 12 Ditanya: Jumlah proton, neutron, dan elektron? Diselesaikan: Diketahui bahwa atom yang akan dicari jumlah proton, neutron, dan elektron adalah 6 12 . Berdasarkan lambangnya kita dapat tentukan bahwa 6 12 merupakan atom yang tidak bermuatan atau netral. Dengan demikian Selain itu, kita tahu bahwa Sehingga diperoleh bahwa jumlah proton dan jumlah elektron dari 6 12 = ℎ () = ℎ () 12 6 Nomor massa atom (A) Nomor atom (Z) = 6 A Z + A − Z
25 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE = = = 6 Sedangkan untuk mencari jumlah neutronnya kita gunakan informasi sebagai berikut Kita tahu bahwa = 12 = + ⇔ = − sehingga = 12 − 6 = 6 2. Berapakah jumlah proton, neutron, dan elektron yang dimiliki oleh 9 19 −1? Penyelesaian: Diketahui: Lambang atom yang diketahui pada soal adalah 9 19 −1 Ditanya: Jumlah proton, neutron, dan elektron? Diselesaikan: Lambang untuk jumlah proton adalah p, neutron adalah n, sedangkan lambang untuk elektron adalah Diketahui bahwa atom yang akan dicari jumlah proton, neutron, dan elektron adalah 9 19 −1 . Dengan demikian −1 Selain itu, kita tahu bahwa pada atom yang bermuatan negatif berlaku bahwa (lihat Tabel 1.2) = ℎ + ℎ () ℎ = 19 9 Nomor massa atom (A) Nomor atom (Z) = 9 Muatan negatif (r) = 1
26 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. Sehingga diperoleh bahwa jumlah proton dari 9 19 −1 . = = 9 Untuk menentukan jumlah neutron dari atom bermuatan negatif berlaku bahwa = − Sehingga jumlah neutron dari 9 19 −1 adalah = 19 − 9 = 10 Sedangkan untuk jumlah elektronnya kita gunakan formula berikut = + Oleh karena itu, jumlah elektron dari 9 19 −1 adalah = 9 + 1 = 10 Tentukan jumlah proton, neutron dan elektron dari unsur berikut: a. 7 12 b. 38 88+2 c. 17 35 −1 A. Isotop Salah satu teori Dalton menyatakan bahwa atom-atom dari unsur yang sama memiliki massa yang sama. Pendapat Dalton ini tidak sepenuhnya benar. Kini diketahui bahwa atom-atom dari unsur yang sama dapat memiliki massa yang berbeda. Fenomena semacam ini disebut isotop. Isotop adalah unsur-unsur sejenis yang memiliki nomor atom sama, tetapi memiliki massa atom berbeda atau unsur-unsur sejenis yang memiliki
27 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE jumlah proton sama, tetapi jumlah neutron berbeda. Sebagai contoh, atom oksigen memiliki tiga isotop, yaitu: B. Isobar Isobar adalah atom dari unsur yang berbeda (mempunyai nomor atom berbeda), tetapi mempunyai nomor massa yang sama. Berikut adalah contoh Atau C. Isoton Isoton adalah atom dari unsur yang berbeda (mempunyai nomor atom berbeda), tetapi mempunyai jumlah neutron sama. Sebagai contoh adalah sebagai berikut atau 16 8 17 8 8 18 14 6 14 7 24 11 24 12 13 6 14 7 Jumlah Neutron − = − = Jumlah Neutron − = − = 31 15 32 16
28 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. Para ahli secara terus-menerus menemukan unsur-unsur baru, maka jumlah unsur semakin banyak. Oleh karena itu, ilmuwan berusaha membuat pengelompokan sehingga unsur-unsur tersebut tertata dengan baik. Puncak dari usaha tersebut adalah terciptanya suatu tabel unsur yang disebut sistem periodik unsur modern. Sistem periodik unsur ini mengandung banyak sekali informasi tentang sifat-sifat unsur, sehingga sangat membantu dalam mempelajari unsur-unsur yang kini berjumlah tidak kurang dari 118, yang meliputi unsur alam dan unsur sintetis. A. Dasar Penyusunan Sistem Periodik Unsur Modern Sistem periodik unsur modern disusun berdasarkan kenaikan nomor atom dan kemiripan sifat. Lajur horizontal, yang selanjutnya disebut periode, disusun menurut kenaikan nomor atom, sedangkan lajur vertikal, yang selanjutnya disebut golongan, disusun menurut kemiripan sifat. Unsur segolongan bukannya mempunyai sifat yang sama, melainkan mempunyai kemiripan sifat. Setiap unsur memiliki sifat khas yang membedakannya dari unsur lainnya. Unsur-unsur dalam sistem periodik dibagi menjadi dua bagian besar, yaitu unsur-unsur yang menempati golongan A yang disebut unsur golongan utama, dan unsur-unsur yang menempati golongan B yang disebut unsur transisi (James E. Brady, 1990). B. Susunan Sistem Periodik Unsur Modern Sistem periodik unsur modern yang disebut juga sistem periodik bentuk panjang, terdiri atas 7 periode dan 8 golongan. Periode 1, 2, dan 3 disebut periode pendek karena berisi sedikit unsur, sedangkan periode lainnya disebut periode panjang. Golongan terbagi atas golongan A dan golongan B. Unsur- unsur golongan A disebut golongan utama, sedangkan golongan B disebut golongan transisi. Golongan-golongan B terletak antara golongan IIA dan IIIA. Golongan B mulai terdapat pada periode 4. Dalam sistem periodik unsur yang terbaru, golongan ditandai dengan golongan 1 sampai dengan golongan 18 secara berurutan dari kiri ke kanan. Dengan cara ini, maka unsur transisi terletak pada golongan 3 sampai dengan golongan 12. Cara seperti itu dapat dilihat pada sistem periodik unsur pada gambar berikut:
29 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE Gambar 1.11 Sistem Periodik Unsur Modern Beberapa infomasi penting dalam memahami sistem periodik umum modern adalah 1) Sistem periodik modern tersusun berdasarkan kenaikan nomor atom dan kemiripan sifat. 2) Unsur golongan A disebut golongan utama sedangkan golongan B disebut golongan transisi. 3) Golongan dapat diberi tanda nomor 1 sampai 8 berurutan dari kiri ke kanan. Seputar Teknologi Timah solder adalah bahan logam yang digunakan untuk merekatkan sambungan antar komponen. Berdasarkan Tabel SPU, 50 Sn (bahasa Latin: stannum) atau Timah termasuk unsur logam lunak sehingga mudah dicairkan dan cepat padat ketika didinginkan. Timah juga bersifat konduktor. Sifat fisika ini sering dimanfaatkan untuk menjadi bahan baku solder
30 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. Berdasarkan penomoran ini, golongan transisi mempunyai nomor 3 sampai 12. 1) Sistem periodik modern tersusun atas 7 periode dan 18 golongan yang terbagi menjadi 8 golongan utama atau golongan A dan 8 golongan transisi atau golongan B. 2) Lajur horisontal yang disebut periode, tersusun berdasarkan kenaikan nomor atom sedangkan lajur vertikal yang disebut golongan tersusun berdasarkan kemiripan sifat C. Periode Sistem periodik unsur modern mempunyai 7 periode. Unsur-unsur yang mempunyai jumlah kulit yang sama pada konfigurasi elektronnya, terletak pada periode yang sama. Konfigurasi elektron dapat diartikan sebagai susunan elektron pada suato atom. Konfigurasi elektron dapat ditentukan dengan memperhatikan Gambar 1.12 terkait dengan kulit atom. Gambar 1.12 Ilustrasi Kulit Atom (sumber: academia.co.id) Persebaran elektron dalam kulit dikelompokkan menjadi periode- periode. Tabel 1.3 menyajikan elektron dalam kulit atom beserta periodenya. = ℎ
31 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE Tabel 1.3. Elektron dalam Kulit Atom Periode Kulit Atom Jumlah Atom 1 K 2 2 L 8 3 M 18 4 N 32 5 O 50 D. Golongan Sistem periodik unsur modern mempunyai 8 golongan utama (A). Unsur-unsur pada sistem periodik modern yang mempunyai elektron valensi (elektron kulit terluar) sama pada konfigurasi elektronnya, maka unsur-unsur tersebut terletak pada golongan yang sama (golongan utama). Tabel 1.4. Elektron valensi dalam kelompok unsur Golongan (A) Nama Golongan/ Kelompok Unsur Jumlah Eletron Valensi IA Alkali 1 IIA Alkali tanah 2 IIIA Boron 3 IVA Carbon 4 VA Nitrogen 5 VIA Oksigen 6 VIIA Halogen 7 VIIIA Gas Mulia 8 Letak unsur dalam tabel periodik bisa diperkirakan dengan analisis kulit atom. Ada dua jenis cara penentuannya yakni metode analisis kulit dan subkulit. =
32 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. a. Penentuan Golongan dan Periode Metode Kulit KLMN Aturan umum berupa tiap kulit dapat terisi maksimal dengan jumlah elektron yang berbeda-beda tergantung kapasitas masing-masing. Secara urutan penomoran kulit di mulai dari lapisan paling dekat dari inti. Kulit 1 dinamakan K maksimal 2 elektron, kulit 2 dinamakan L maksimal 8 elektron, kulit 3 dinamakan M maksimal 18 elektron, dan kulit 4 dinamakan N maksimal 32 elektron. Tabel 1.5. Kapasitas elektron dalam kulit atom Lapisan 1 2 3 4 Nama Kulit K L M N Kapasitas Elektron 2 elektron 8 elektron 18 elektron (Boleh diisi 8 elektron) 32 elektron (Boleh diisi 8 atau 18 elektron) Periode 1 2 3 4 Mekanisme pengisian dilakukan bertahap, berturut-turut dari kulit K, L, M, N dan seterusnya. Harus terisi penuh dulu 2 elektron kapasitas dari kulit pertama K. Pengisian berikutnya setelah kulit K, dilanjutkan kepada kulit kedua L. Kulit L bisa menampung sampai 8 elektron sebagai batas maksimum. Jika eletron masih bersisa, pengisian berlanjut ke kulit ketiga M. Jika juga terisi penuh dan masih bersisa, pengisian lanjut ke kulit keempat dan seterusnya. Elektron sisa terakhir merupakan “Elektron Valensi”. Nomor elektron valensi menunjukkan nomor golongan. Kaidah penting lainnya sisa elektron terakhir/elektron valensi tidak boleh lebih dari 8 elektron. Seputar Teknologi Konduktor kabel umumnya terbuat dari bahan tembaga ataupun kuningan. Kedua bahan banyak dipakai dengan alasan memiliki daya konduktor yang baik dan harga bahan baku lebih ekonomis.
33 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE 1. Tentukan konfigurasi serta golongan dan periode unsur 20Ca! Penyelesaian: Jumlah total elektron Ca adalah 20. Jumlah elektron ini akan didistribusikan berturut-turut ke kulit K, L, M, N dan seterusnya sampai tersuplai habis 20 elektron tersebut. Pengisian Tahap 1 pada kulit K K (tahap 1: tersuplai 2 elektron, sisa 18 elektron) 2 Pengisian Tahap 2 pada kulit L Sisa 18 elektron disuplai ke ke kulit berikutnya. Kulit L bisa menampung sampai 8 elektron sebagai batas maksimum. K L (tahap 2: tersuplai 2+8 elektron, sisa 10 elektron) 2 8 Pengisian Tahap 3 pada kulit M Masih bersisa 10 dari 20 elektron. Pengisian berikutnya kulit M, bisa menampung sampai 8 atau 18 elektron. K L M (tahap 3: tersuplai 2+8+8 elektron, sisa 8 elektron) 2 8 8 Kulit M hanya dapat diisi 8 elektron saja. Mengacu pada kaidah penting lainnya yaitu sisa elektron terakhir atau elektron valensi tidak boleh lebih dari 8 elektron. Tidak dihabiskan mengisi 10 karena suplai akhir harus tersisa 1-8 elektron. Pengisian Tahap 4 pada kulit N K L M N (tahap 4: tersuplai 2+8+8+2 elektron, sisa 0 elektron) 2 8 8 2 Kaidah Penting! sisa elektron terakhir/elektron valensi tidak boleh lebih dari 8 elektron
34 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. Semua elektron telah tersuplai. Sisa 2 elektron terakhir diisi ke kulit keempat, inilah yang disebut elektron valensi. Agar lebih mudah dipahami bagaimana cara konfigurasi elektron 20Ca dapat diperhatikan tabel berikut ini Lapisan 1 2 3 4 Nama Kulit K L M N Kapasitas Elektron 2 elektron 8 elektron 8 elektron (boleh diisi 8 elektron) 2 elektron (boleh diisi 8 atau 18 elektron) Oleh karena itu, K L M N 2 8 8 2 Elektron valensi 2 berarti Golongan 2. Kulit terakhir adalah N yaitu kulit ke-4. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa periode 20Ca adalah periode 4. 2. Tentukan konfigurasi serta golongan dan periode unsur 53I! Penyelesaian: Jumlah total elektron I adalah 53. Jumlah elektron ini akan didistribusikan berturut-turut kulit K, L, M dan seterusnya sampai tersuplai habis. Kulit pertama K hingga M terisi penuh, masih bersisa 25. Elektron sisa 25 tidak semua dimasukkan di kulit N karena elektron valensi harus 1 - 8, maka N diisi 18, dan 7 elektron akhir diserahkan pada kulit O. Lapisan 1 2 3 4 5 Nama Kulit K L M N O Kapasitas Elektron 2 elektron 8 elektron 18 elektron 18 elektron 7 elekton Oleh karena itu, dapat diperoleh K L M N O 2 8 18 18 7
35 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE Elektron valensi 7 berarti Golongan 7. Kulit terakhir adalah O yaitu kulit ke-5. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa periode 53I adalah periode 5. 3. Tentukan konfigurasi serta golongan dan periode unsur 7N! Penyelesaian: Jumlah total elektron N adalah 7. Jumlah elektron ini akan didistribusikan berturut-turut kulit K, L, M dan seterusnya sampai tersuplai habis. Kulit pertama K terisi penuh, masih bersisa 5. Lapisan 1 2 Nama Kulit K L Kapasitas Elektron 2 elektron 8 elektron Oleh karena itu, dapat diperoleh K L 2 5 Elektron valensi 5 berarti Golongan 5. Kulit terakhir adalah L yaitu kulit ke-2. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa periode 7N adalah periode 2. 4. Ion 35Br -1 merupakan ion Br dengan muatan negatif 1. Gejala menyebabkan adanya penambahan 1 elektron pada kulit terluar. Tentukan konfigurasi serta golongan dan periode unsur 35Br -1! Penyelesaian: Nomor atom 35Br mengalami penambahan 1elektron menjadi ion negatif 35Br -1 . Berarti ion 35Br -1 tersebut mengalami penambahan nomor atom yaitu 35 + 1 = 36. Ion 35Br -1 sama dengan nomor atom 36. Lapisan 1 2 3 4 Nama Kulit K L M N Kapasitas Elektron 2 elektron 8 elektron 18 elektron 8 elektron Oleh karena itu, dapat diperoleh K L M N 2 8 18 8
36 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. Elektron valensi 8 berarti Golongan 8. Kulit terakhir adalah N yaitu kulit ke-4. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa periode 35Br -1 adalah periode 4. 5. Ion 20Ca 2+ merupakan ion Ca dengan muatan postif 2. Gejala menyebabkan adanya pelepasan 2 elektron pada kulit terluar. Tentukan konfigurasi serta golongan dan periode unsur 20Ca 2+ ! Penyelesaian: Nomor atom 20Ca mengalami pengurangan 2 elektron menjadi ion positif 20Ca 2+ . Berarti ion 20Ca 2+ tersebut mengalami pengurangan nomor atom yaitu 20 − 2 = 18. Ion 20Ca 2+ sama dengan nomor atom 18. Lapisan 1 2 3 Nama Kulit K L M Kapasitas Elektron 2 elektron 8 elektron 8 elektron Oleh karena itu, dapat diperoleh K L M 2 8 8 Elektron valensi 8 berarti Golongan 8. Kulit terakhir adalah M yaitu kulit ke-3. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa periode 20Ca 2+ adalah periode 3. Tentukan konfigurasi elektron serta periode dan golongan unsur-unsur berkut: 1. 11Na 2. 12Mg 3. 13Al+3 4. 35Cl -2 5. 54Xe
37 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE b. Penentuan Golongan dan Periode dengan Metode Sub Kulit SPDF Penentuan golongan dan periode dengan metode kulit KLMN memang tergolong sederhana dan cenderung mudah dalam penyelesaiannya. Namun dalam kaidah kimia, ternyata masih memiliki kelemahan yakni belum bisa menentukan letak Unsur dalam golongan B. Misal didapat golongan 1, maka belum bisa ditentukan apakah termasuk golongan 1A atau 1B. Penentuan elektron valensi paling akurat adalah menggunakan metode sub kulit. Metode sub kulit dapat digunakan dalam menentukan golongan dan periode. Metode Sub kulit menggunakan simbol abjad yang berbeda dari metode kulit. Sub kulit terdiri dari sub kulit s, p, d, dan f. Tabel 1.6. Kapasitas elektron dalam sub kulit Sub Kulit s p d f Kapasitas Elektron 2 elektron 6 elektron 10 elektron 14 elektron Sub kulit 1 (s) berisi elektron maksimal sebanyak 2 elektron. Sub kulit 2 (p) berisi elektron maksimal sebanyak 6 elektron. Sub kulit 3 (d) berisi elektron maksimal sebanyak 10 elektron, sub kulit 4 (f) berisi elektron maksimal sebanyak 14 elektron. Ada beberapa aturan atau kaidah penting dalam penentuan konfigurasi elektron dengan metode sub kulit. Aturan ada tiga yakni Kaidah Aufbau, Aturan Hund, dan Larangan Pauli. a. Kaidah Aufbau Aufbau menyatakan bahwa pada kondisi dasar, elektron akan menempati kulit elektron dengan energi yang lebih rendah menuju energi yang lebih tinggi. Kaidah Aufbau digambarkan dalam sebuah sistem aliran energi atau yang biasa disebut sistem hujan.
38 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. Gambar 1.13. Kaidah Aufbau Pengisian elektron sesuai kaidah tersebut dimulai dari paling atas dan mengikuti alur panah. Maka urutannya 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 dan seterusnya. Penekanan terjadi pada bagian 3p 6 , terlihat setelah 3p 6 tidak berlanjut ke 3d 10 . Melainkan terlebih dahulu ke 4s 2 , jadi urutan yang benar menurut kaidah aufbau adalah 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 . Hal ini terjadi karena tingkat energi 4s 2 lebih rendah dari 3d 10 , meskipun secara periode atau kulit nilai 4s 2 lebih tinggi dari 3d 10 . b. Aturan Hund Aturan Hund merinci bahwa dalam kondisi stabil, elektron akan menempati subkulit secara sendiri-sendiri. Sub kulit yang lebih stabil adalah yang terisi penuh. Misalkan pada atom oksigen yang memiliki 8 elektron. Konfigurasinya berdasarkan aturan Aufbau adalah 1s 2 2s 2 2p 4 . Hal ini berarti ada 2 elektron yang menghuni subkulit 1s, 2 elektron menghuni subkulit 2s, dan 4 elektron menghuni subkulit 2p. Subkulit 1s dan subkulit 2s tergolong stabil karena terisi penuh sedangkan 2p 4 kurang stabil karena masih kosong 2 elektron dari total kapasitas 6 elektron orbital p. c. Larangan Pauli Larangan Pauli melarang adanya sepasang elektron dengan arah yang sama dalam satu orbital atau sub kulit. Misalkan pada atom oksigen yang memiliki 8 elektron. Konfigurasinya 1s 2 2s 2 2p 4 . Pada 1s 2 berisi 2 1 2 Menyatakan letak kulit Menyatakan jumlah elektron Menyatakan letak subkulit
39 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE elektron. Jika digambarkan dalam bentuk ruangan virtual, 2 elektron tersebut tidak boleh beredar dalam arah virtual yang sama. Gambar 1.14. Larangan Pauli Berdasarkan gambar tersebut arah perputaran elektron tidak boleh sama ke bawah ataupun sama ke atas. Maka 2 elektron pada 1s 2 digambarkan berbeda arah, satu elektron kearah atas dan satunya lagi kearah bawah. Proses penentuan konfigurasi elektron mengikut beberapa ketentuan sebagai berikut 1) Total elektron didistribusikan ke tiap sub kulit. Tiiap sub kulit dapat terisi maksimal dengan jumlah elektron tertentu, sesuai kapasitas sub kulit. 2) Urutan pengisian elektron mengikuti Kaidah Aufbau. Pengisian elektron sesuai kaidah tersebut dimulai dari paling atas dan mengikuti alur panah. Maka urutannya 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 dan seterusnya. 3) Dasar Penentuan golongan masih menggunakan elektron valensi. Penentuan dilakukan melihat blok terakhir dari konfigurasi. Blok terakhir tersebut bisa s, p, d atau f. Penentuan golongan A atau B ditentukan Blok terakhir pada konfigurasi elektron. Blok terakhir bisa berupa s, p, d atau f. Masing- masing punya ketentuan tersendiri masuk golongan A atau B. a. Blok s Jika blok akhir dari konfigurasi elektron adalah S, maka unsur tersebut termasuk pada golongan A. Elektron valensi sering dirumuskan: s x - Golongan XA tanda X berupa angka dari elektron valensi.
40 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. Tentukan golongan dan periode dari 12Mg! Penyelesaian: Urutan pengisian elektron pada metode sub kulit harus mengikuti kaidah Aufbau (perhatikan gambar 1.13). Pengisian elektron sesuai kaidah tersebut dimulai dari paling atas dan mengikuti alur panah. Urutannya menjadi 12Mg = 1 2 2 2 2 6 3 2 Blok akhir adalah blok S sehingga golongan untuk 12Mg adalah golongan A. Selain itu, angka 2 pada 3 2 menunjukkan elektronn valensi/terakhir. Dengan demikian golongan untuk 12Mg adalah IIA. Untuk menentukan periode, perhatikan angka 3 pada 3 2 . Angka tersebut menyatakan jumlah kulit terakhir, sehingga 12Mg terletak pada periode 3. b. Blok p Jika blok akhir dari konfigurasi elektron adalah p, maka Unsur tersebut termasuk pada golongan A. Elektron valensi sering dirumuskan: Tentukan golongan dan periode dari 15P! Penyelesaian: Urutan pengisian elektron pada metode sub kulit harus mengikuti kaidah Aufbau (perhatikan gambar 1.13). Pengisian elektron sesuai kaidah tersebut dimulai dari paling atas dan mengikuti alur panah. Urutannya menjadi 15P = 1 2 2 2 2 6 3 2 3 3 s x p y - Golongan (X + Y) A
41 INTEGRATED LEARNING BASIC SCIENCE Valensinya adalah 3 3 , maka blok akhir adalah blok P. Berdasarkan rumus, golongannya merupakan penjumlahan elektron terakhir di blok p ditambah blok s. Perhatikan 3 2 3 3 Penjumlahan elektronnya adalah 2 + 3 = 5 Blok terakhir p juga berarti masuk golongan A. Dengan demikian, golongan untuk 15P adalah golongan VA. Untuk menentukan periode, perhatikan angka 3 pada 3 3 . Angka tersebut menyatakan jumlah kulit terakhir, sehingga 15P terletak pada periode 3. c. Blok d (transisi dalam) Jika blok akhir dari konfigurasi elektron adalah d, maka unsur tersebut termasuk pada golongan B. Elektron valensi golongan B bukan merupakan banyaknya elektron terakhir pada kulit terakhir, melainkan banyaknya elektron pada orbital d terakhir di tambah dengan elektron pada orbital s terdekat. Elektron valensi sering dirumuskan: Tentukan golongan dan periode dari 29Cu! Penyelesaian: Urutan pengisian elektron pada metode sub kulit harus mengikuti kaidah Aufbau (perhatikan gambar 1.13). Pengisian elektron sesuai kaidah tersebut dimulai dari paling atas dan mengikuti alur panah. Urutannya menjadi 29Cu = 1 2 2 2 2 6 3 2 3 6 4 2 3 9 s x d y Golongan (X + Y) B untuk 3 ≤ X + Y ≤ 7 Golongan VIII B untuk 8 ≤ X + Y < 10 Golongan I B untuk X + Y = 11 Golongan II B untuk X + Y = 12
42 Ikhwan Khairu Sadiqin, S.Pd, M.Pd. - Hartanti, A.Md, S.Pd. - Riya Dwi Puspa, M.Pd. Valensinya adalah 3 9 , maka blok akhir adalah blok d. Berdasarkan rumus, golongannya merupakan penjumlahan elektron terakhir di blok d ditambah blok s. Perhatikan 4 2 3 9 Penjumlahan elektronnya adalah 2 + 9 = 11 Karena X + Y = 11 dan blok terakhir d juga berarti masuk golongan B. Dengan demikian, golongan untuk 29Cu adalah golongan IB. Untuk menentukan periode, perhatikan angka 4 pada 4 2 . Angka tersebut menyatakan jumlah kulit terakhir, sehingga 29Cu terletak pada periode 4. d. Blok f (Transisi Luar) Jika blok akhir dari konfigurasi elektron adalah f, maka Unsur tersebut termasuk pada golongan B. Elektron valensi sering dirumuskan: 1. Tentukan konfigurasi, periode dan golongan dari masing – masing unsur berikut a. 21Sc b. 26Fe c. Unsur diapit nomor atom 46 dan 48 2. Ada 4 buah unsur didalam 4 gelas kimia. Gelas A berisi unsur 26A, Gelas B berisi unsur 13B, Gelas C berisi unsur 4C, Gelas D berisi unsur 21D. Tentukan konfigurasi elektronmasing-masing dan unsur mana saja yang memiliki letak golongan sama pada tabel periodik! 3. Sebuah lemari berisi 5 buah tabung. Ada beberapa tabung mengandung unsur yang berupa gas. Gelas A berisi unsur 26A, Gelas B berisi unsur 17B, Gelas C Untuk 4f Lantanida (II B) Untuk 4f Aktinida (III B)