Lahirnya
Kimia
Kimia merupakan ilmu pengetahuan
yang relatif muda bila dibandingkan dengan fisika dan matematika, keduanya
telah berkembang beberapa ribu tahun. Kimia modern dimulai oleh kimiawan
Perancis Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794). oksigen ditemukan secara independen
oleh dua kimiawan, kimiawan Inggris Joseph Priestley (1733-1804) dan kimiawan
Swedia Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), di penghujung abad ke-18. Jadi, hanya
sekitar dua ratus tahun sebelum kimia modern lahir. Perlu waktu yang cukup
panjang untuk menetapkan dasar kimia modern. Teori atom kuno dan Teori atom
Dalton merupakan teori yg dapat kita tinjau ulang secara singkat bagaimana
kimia berkembang sejak kelahirannya.
Komponen-Komponen
Materi
a. Atom
Atom adalah komponen terkecil
unsure yang tidak akan mengalami perubahan dalam reaksi Kimia. Semua atom
terdiri atas komponen yang sama, sebuah inti dan electron. Atom secara listrik
bermuatan netral. Jumlah proton dalam inti disebut nomor atom dan jumah proton
dan neutron disebut nomor massa. Jumlah proton dan elektron yang dimiliki oleh
unsure menentukan sifat Kimia unsure. Jumlah neutron mungkin bervariasi.
Varian-varian ini disebut isotop.
b. Molekul
Komponen independen netral
terkecil materi disebut molekul. Molekul monoatomik terdiri satu atom sedangkan
molekul poliatomik terdiri lebih banyak atom.
c. Ion
Atom atau kelompok atom yang
memiliki muatan listrik disebut ion. Kation adalah ion yang memiliki muatan
positif, anion memiliki muatan negatif. Tarikan listrik akan timbul antara
kation dan anion.
Stoikiometri
Stoikiometri berasal dari bahasa Yunani, yaitu dari kata stoicheion yang berarti unsur dan
metron yang berarti mengukur. Stoikiometri membahas tentang hubungan
massa antarunsur dalam suatu senyawa (stoikiometri senyawa) dan antarzat dalam
suatu reaksi (stoikiometri reaksi). Pengukuran massa dalam reaksi kimia dimulai
oleh Antoine Laurent Lavoisier
(1743 – 1794) yang menemukan bahwa pada reaksi kimia tidak terjadi perubahan
massa (hukum kekekalan massa). Selanjutnya Joseph Louis Proust (1754 –
1826) menemukan bahwa unsur-unsur membentuk senyawa dalam perbandingan tertentu
(hukum perbandingan tetap).
Di awal kimia, aspek kuantitatif
perubahan kimia, yakni stoikiometrireaksi kimia, tidak mendapat banyak
perhatian. Stoikiometri yang menangani aspek kuantitatif reaksi kimia menjadi
metodologi dasar kimia. Semua hukum fundamental kimia, dari hukum kekekalan
massa, hukum perbandingan tetap sampai hukum reaksi gas semua didasarkan
stoikiometri. Hukum-hukum fundamental ini merupakan dasar teori atom, dan
secara konsisten dijelaskan dengan teori atom. Namun, menarik untuk dicatat
bahwa, konsep ekuivalen digunakan sebelum teori atom dikenalkan.
Penemuan
Elektron
Terdapat
satuan dasar dalam elektrolisis, dengan kata lain ada analog atom untuk
kelistrikan. Diberi nama elektron pada satuan hipotetik ini. Massa elektron
sangat kecil. Bahkan atom yang paling ringan pun, hidrogen, sekitar 2000 kali
lebih berat dari massa elektron.
Model
atom
ð Model Atom Dalton
John
Dalton menjelaskan bahwa atom merupakan partikel terkecil unsur yang tidak
dapat dibagi lagi, kekal dan tidak dapat dimusnahkan demikian juga tidak dapat
diciptakan. Atom-atom dari unsur yang sama mempunyai bentuk yang sama dan tidak
dapat diubah menjadi atom unsur lain.
ð Model Atom Joseph John Thompson
Joseph John Thompson
merupakan penemu elektron. Thompson mencoba menjelaskan keberadaan elektron
menggunakan teori dan model atomnya. Menurut
Thompson, elektron tersebar secara merata di dalam atom yang dianggap sebagai
suatu bola yang bermuatan positif. Model atom yang dikemukakan oleh Thompson
sering disebut sebagai model roti kismis dengan roti sebagai atom yang
bermuatan positif dan kismis sebagai elektron yang tersebar merata di seluruh
bagian roti. Atom secara keseluruhan bersifat netral.
ð Model Atom Ernest Rutherford
Penelitian
penembakan sinar alfa pada plat tipis emas membuat Rutherford dapat mengusulkan
teori dan model atom untuk memperbaiki teori dan model atom Thompson. Menurut
Rutherford, atom mempunyai inti yang bermuatan positif dan merupakan pusat
massa atom dan elektron-elektron mengelilinginya.
Rutherford berhasil
menemukan bahwa inti atom bermuatan positif dan elektron berada diluar inti
atom. Akan tetapi teori dan model atom yang dikemukakan oleh Rutherford juga
masih mempunyai kelemahan yaitu teori ini tidak dapat menjelaskan fenomena
kenapa elektron tidak dapat jatuh ke inti atom. Padahal menurut fisika klasik,
partikel termasuk elektron yang mengorbit pada lintasannya akan melepas energi
dalam bentuk radiasi sehingga elektron akan mengorbit secara spiral dan
akhirnya jatuh ke iti atom.
ð Model Atom Niels Bohr
Niels Bohr
selanjutnya menyempurnakan model atom yang dikemukakan oeh Rutherford.
Penjelasan Bohr didasarkan pada penelitiannya tentang spektrum garis atom
hidrogen. Beberapa hal yang dijelaskan oleh Bohr adalah
- Elektron mengorbit pada tingkat energi tertentu yang disebut kulit
- Tiap elektron mempunyai energi tertentu yang cocok dengan tingkat energi kulit
- Dalam keadaan stasioner, elektron tidak melepas dan menyerap energi
- Elektron dapat berpindah posisi dari tingkat energi tinggi menuju tingkat energi rendah dan sebaliknya dengan menyerap dan melepas energi
ð Model
Atom Mekanika Gelombang
Perkembangan model
atom terbaru dikemukakan oleh model atom berdasarkan mekanika kuantum.
Penjelasan ini berdasarkan tiga teori yaitu
- Teori dualisme gelombang partikel elektron yang dikemukakan oleh de Broglie pada tahun 1924
- Azas ketidakpastian yang dikemukakan oeh Heisenberg pada tahun 1927
- Teori persamaan gelombang oleh Erwin Schrodinger pada tahun 1926
Menurut model atom
ini, elektron tidak mengorbit pada lintasan tertentu sehingga lintasan yang
dikemukakan oleh Bohr bukan suatu kebenaran. Model atom ini menjelaskan bahwa
elektron-elektron berada dalam orbita-orbital dengan tingkat energi tertentu.
Orbital merupakan daerah dengan kemungkinan terbesar untuk menemukan elektron
disekitar inti atom.
Dasar-Dasar
Teori Kuantum Klasik
a) Spektrum Atom
Sebuah jenis gas ada dalam tabung
vakum, yang kemudian diberi beda potensial tinggi, gas akan terlucuti dan
memancarkan cahaya. Pemisahan cahaya yang dihasilkan dengan prisma akan
menghasilkan garis spectra atau garis diskontinyu. Karena panjang gelombang
cahaya khas bagi atom, spektrum ini yang dinamakan dengan spektrum atom.
b) Teori Bohr
Energi radiasi elektromagnetik yang dipancarkan atom
berkaitan dengan perbedaan energi dua keadaan stationer i dan j.
c) Keterbatasan
teori Bohr
Spektra atom atom poli-elektronik tidak dapat dijelaskan
dan juga tidak ada penjelasan persuasif tentang ikatan kimia dapat diperoleh.
Walaupun demikian teori Bohr adalah satu langkah ke arah teori struktur atom
yang dapat berlaku bagi semua atom dan ikatan kimia.
http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_dasar/struktur_atom1/dasar-dasar-teori-kuantum-klasik/
Kelahiran
Mekanika Kuantum
a.
Sifat gelombang partikel
Di paruh pertama abad 20, mulai
diketahui bahwa gelombang elektromagnetik, yang sebelumnya dianggap gelombang
murni, berperilaku seperti partikel (foton). Fisikawan Perancis Louis Victor De
Broglie (1892-1987) mengasumsikan bahwa sebaliknya mungkin juga benar, yakni
materi juga berperilaku seperti gelombang. Berawal dari persamaan Einstein, E =
cp dengan p adalah momentum foton, c kecepatan cahaya dan E adalah energi, ia
mendapatkan hubungan:
E = hν =ν
= c/λ atau hc/ λ = E, maka h/ λ= p
b.
Prinsip ketidakpastian
Fisikawan Jerman Werner Karl
Heisenberg (1901-1976) menyatakan tidak mungkin menentukan secara akurat posisi
dan momentum secara simultan partikel yang sangat kecil semacam elektron. Untuk
mengamati partikel, seseorang harus meradiasi partikel dengan cahaya. Tumbukan
antara partikel dengan foton akan mengubah posisi dan momentum partikel.
Heisenberg menjelaskan bahwa hasil kali antara ketidakpastian
posisi x dan ketidakpastian momentum p akan bernilai sekitar konstanta Planck:
xp = h
Hubungan ini disebut dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg.
c.
Persamaan Schrödinger
Dalam mekanika kuantum, keadaan
sistem dideskripsikan dengan fungsi gelombang. Schrödinger mendasarkan teorinya
pada ide bahwa energi total sistem, E dapat diperkirakan dengan menyelesaikan
persamaan. Karena persamaan ini memiliki kemiripan dengan persamaan yang
mengungkapkan gelombang di fisika klasik, maka persamaan ini disebut dengan
persamaan gelombang Schrödinger.
Persamaan gelombang partikel (misalnya elektron) yang bergerak
dalam satu arah (misalnya arah x) diberikan oleh:
(-h2/8π2m)(d2Ψ/dx2)
+ VΨ = EΨ
Dimana: M = massa electron
V = energy potensial system sebagai
fungsi koordinat
Ψ = fungsi gelombang
Latihan
Struktur Atom
1.
Teori Bohr
Hitung jumlah energi yang diperlukan untuk
memindahkan elektron dari atom hidrogen yang dieksitasi dari (n=2)?
Jawab:
2.
Persamaan De Broglie
Hitung panjang gelombang yang berkaitan dengan elektron (m=
9,11 x 10-31 kg) yang bergerak dengan kecepatan 5,31x 106 m s-1.
Jawab:
3.
Konfigurasi electron atom
Umumnya energi orbital atom poli-elektron meningkat dengan
urutan 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s <
4d < 5p. Tentukan konfigurasi elektron 26Fe, 40Zr, 52Te di keadaan dasarnya.
Bila Anda tidak dapat menyelesaikan soal ini, kembali kerjakan soal ini setelah
menyelesaikan Bab 5.
Jawab:
26Fe; (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(3d)6(4s)2
40Zr; (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(3d)10(4s)2(4p)6(4d)2(5s)2
52Te; (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(3d)10(4s)2(4p)6(4d)10(5s)2(5p)4
4.
Prinsip ketidakpastian
Posisi elektron dalam atom akan
ditentukan dengan ketepatan sampai 0,02 nm. Perkirakan ketidakpastian yang
berkaitan dengan kecepatan elektronnya
Jawab:
Menarik untuk
membandingkannya dengan kecepatan cahaya (3,0 x 108 m s-1).
No comments:
Post a Comment