Rangkuman Materi Kimia Kelas 11 Kurikulum Merdeka Bab 1 Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur

Bab 1: Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur

A. Struktur Atom

Struktur atom adalah susunan partikel-partikel penyusun atom, yaitu proton, neutron, dan elektron. Atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan elektron yang bermuatan negatif yang mengelilinginya.

Partikel Penyusun Atom

• Proton adalah partikel penyusun atom yang bermuatan positif. Proton terletak di inti atom dan memiliki massa yang sama dengan neutron.
• Neutron adalah partikel penyusun atom yang tidak bermuatan. Neutron terletak di inti atom dan memiliki massa yang sama dengan proton.
• Elektron adalah partikel penyusun atom yang bermuatan negatif. Elektron mengelilingi inti atom dan memiliki massa yang jauh lebih kecil dari proton dan neutron.

Materi mengenai partikel penyusun atom terdiri dari tiga komponen utama, yaitu proton, neutron, dan elektron. Ini adalah komponen-komponen dasar yang membentuk struktur atom, yang merupakan unsur kimia dasar dalam kimia.

1. Proton: Proton adalah salah satu dari dua jenis partikel yang terletak di dalam inti atom, yang disebut nukleus. Proton memiliki muatan positif, yang berarti memiliki nilai muatan sekitar +1 elemen muatan elementer (e), dan memiliki massa yang hampir sama dengan massa neutron. Massa proton adalah sekitar 1,673 x 10^-27 kilogram. Proton adalah yang menentukan identitas unsur kimia, karena jumlah proton dalam inti atom menentukan nomor atom atau nomor proton dari unsur tersebut. 

2. Neutron: Neutron adalah partikel kedua yang terletak di dalam inti atom, bersama dengan proton. Yang membedakan neutron dari proton adalah neutron tidak memiliki muatan, atau muatannya netral (0 elemen muatan). Seperti yang disebutkan sebelumnya, neutron memiliki massa yang hampir sama dengan proton. Massa neutron adalah sekitar 1,675 x 10^-27 kilogram. Neutron memiliki peran penting dalam menjaga kestabilan inti atom karena dengan adanya neutron, ia mengimbangi muatan positif yang dimiliki oleh proton dalam inti atom.

3. Elektron: Elektron adalah partikel yang mengelilingi inti atom dan bergerak dalam kulit elektron. Elektron memiliki muatan negatif, yaitu sekitar -1 elemen muatan, yang sama dengan proton dalam besarannya, tetapi berlawanan dalam tanda. Elektron memiliki massa yang jauh lebih kecil dibandingkan proton dan neutron. Massa elektron adalah sekitar 9,109 x 10^-31 kilogram, atau sekitar 1/1836 dari massa proton atau neutron. Elektron berperan dalam menentukan sifat-sifat kimia atom dan berpartisipasi dalam pembentukan ikatan kimia.

Dalam sebuah atom, jumlah proton dan neutron di dalam inti atom menentukan massa atom, sementara jumlah elektron di sekitar inti atom menentukan sifat-sifat kimia dan perilaku ikatan atom tersebut. Konsep partikel penyusun atom ini adalah dasar bagi pemahaman kita tentang struktur atom dan sifat-sifat unsur kimia dalam kimia modern.

Jumlah Proton, Neutron, dan Elektron

Jumlah proton dalam suatu atom menentukan nomor atom unsur tersebut. Nomor atom adalah bilangan bulat yang ditulis di sebelah kiri lambang unsur kimia. Jumlah elektron dalam suatu atom sama dengan jumlah protonnya sehingga atom bersifat netral secara elektrik. Jumlah neutron dalam suatu atom dapat bervariasi sehingga menghasilkan isotop-isotop dari unsur yang sama.

• Jumlah proton dalam suatu atom adalah yang menentukan nomor atom unsur tersebut. Nomor atom merupakan bilangan bulat yang dituliskan di sebelah kiri lambang unsur kimia pada tabel periodik. Nomor atom juga merujuk pada jumlah proton dalam inti atom.
• Jumlah elektron dalam suatu atom sama dengan jumlah protonnya. Ini membuat atom bersifat netral secara elektrik karena muatan positif dari proton seimbang dengan muatan negatif dari elektron.
• Jumlah neutron dalam suatu atom dapat bervariasi, dan variasi ini menghasilkan isotop-isotop dari unsur yang sama. Isotop adalah atom-atom dari unsur yang memiliki jumlah proton yang sama tetapi jumlah neutron yang berbeda. Isotop-isotop ini memiliki massa atom yang berbeda.

Konfigurasi Elektron

Konfigurasi elektron adalah susunan elektron dalam suatu atom. Konfigurasi elektron dapat dituliskan dengan menggunakan notasi yang menunjukkan jumlah elektron pada setiap orbital.

• Konfigurasi elektron adalah susunan elektron dalam suatu atom, yang menentukan bagaimana elektron-elektron tersebut mengisi orbital dalam atom.
• Konfigurasi elektron dapat dituliskan menggunakan notasi yang menunjukkan jumlah elektron pada setiap orbital. Orbit adalah daerah di sekitar inti atom di mana elektron memiliki peluang tinggi untuk ditemukan.
• Konfigurasi elektron penting dalam memahami sifat-sifat kimia atom, seperti kecenderungan atom untuk membentuk ikatan kimia dengan atom lain.

Bilangan Kuantum

Bilangan kuantum adalah bilangan yang digunakan untuk menggambarkan keadaan elektron dalam suatu atom. Ada empat bilangan kuantum, yaitu:

• n adalah bilangan kuantum utama yang menunjukkan tingkat energi elektron.
• l adalah bilangan kuantum orbital yang menunjukkan bentuk orbital elektron.
• m adalah bilangan kuantum magnetik yang menunjukkan orientasi orbital elektron.
• s adalah bilangan kuantum spin yang menunjukkan arah spin elektron.

Kedudukan Unsur dalam Sistem Periodik Unsur

• Sistem periodik unsur adalah pengelompokan unsur-unsur kimia berdasarkan kemiripan sifat-sifat kimianya.
• Unsur-unsur dalam tabel periodik disusun berdasarkan nomor atom unsur (jumlah proton dalam inti atom). Unsur dengan nomor atom yang serupa memiliki sifat-sifat yang mirip dan dikelompokkan dalam satu golongan atau periode tertentu dalam tabel periodik.
• Sistem periodik unsur memudahkan kita untuk memahami hubungan antara unsur-unsur kimia dan memprediksi sifat-sifat kimia yang mungkin dimiliki oleh unsur yang belum ditemukan.

Sifat Periodik Unsur

Sifat periodik unsur adalah sifat-sifat unsur yang berubah secara periodik dengan nomor atom unsur. Sifat periodik unsur antara lain:

• Jari-jari atom
• Energi ionisasi
• Keelektronegatifan
• Polarisabilitas

1. Jari-Jari Atom:

Jari-jari atom mengacu pada ukuran fisik dari inti atom dan kulit elektron yang mengelilinginya. Atom adalah entitas terkecil dalam kimia, dan mereka terdiri dari inti yang mengandung proton dan neutron, serta elektron yang bergerak dalam kulit elektron. Jari-jari atom digunakan untuk mengukur ukuran atom tersebut. Jari-jari atom dapat berbeda-beda tergantung pada unsur kimia yang sedang diamati, dan biasanya diukur dalam satuan seperti angstrom (Å) atau nanometer (nm).

2. Energi Ionisasi:

Energi ionisasi adalah energi yang diperlukan untuk menghapus satu elektron dari atom atau ion dalam keadaan gas. Proses ini menghasilkan ion positif, dan energi ionisasi adalah ukuran seberapa kuat atom tersebut menahan elektronnya. Biasanya, energi ionisasi diukur dalam elektronvolt (eV) atau kilojoule per mol (kJ/mol). Semakin besar energi ionisasi, semakin sulit untuk menghapus elektron, karena ini berarti atom atau ion tersebut lebih stabil dengan elektronnya.

3. Keelektronegatifan:

Keelektronegatifan adalah kemampuan suatu atom dalam menarik pasangan elektron yang dibagikan dalam ikatan kovalen. Ini adalah konsep yang sangat penting dalam kimia, karena membantu menjelaskan sifat ikatan kimia. Skala keelektronegatifan yang paling terkenal adalah Skala Pauling, di mana unsur fluor (F) memiliki keelektronegatifan tertinggi yaitu 4,0. Semakin tinggi keelektronegatifan suatu unsur, semakin kuat kemampuannya menarik elektron dalam sebuah ikatan kovalen.

4. Polarisabilitas:

Polarisabilitas mengacu pada sejauh mana suatu atom dapat dideformasikan oleh medan listrik eksternal. Atom yang lebih besar cenderung memiliki polarisabilitas yang lebih tinggi karena elektron-elektronnya lebih mudah diubah distribusinya oleh medan listrik. Ini adalah faktor penting dalam menjelaskan sifat-sifat kimia, seperti kemampuan suatu molekul untuk berinteraksi dengan molekul-molekul lain, khususnya dalam kimia reaksi antar-molekul.

5. Sifat logam dan nonlogam

Sifat logam dan nonlogam adalah dua kategori utama unsur-unsur kimia dalam tabel periodik unsur. Mereka memiliki karakteristik yang berbeda, dan berikut adalah uraian singkat tentang sifat-sifat keduanya:

Sifat Logam:

1. Kondisi Fisik: Logam umumnya berada dalam bentuk padat pada suhu kamar (kecuali merkurius). Mereka memiliki kilauan logam yang khas.
2. Konduktivitas Listrik dan Panas: Logam adalah konduktor listrik dan panas yang baik. Elektron bebas dalam struktur kristal logam memungkinkan arus listrik dan transfer panas yang efisien.
3. Kekerasan: Logam sering keras dan tahan terhadap deformasi. Beberapa logam dapat dibuat sangat keras melalui proses perlakuan panas.
4. Kekuatan dan Kekerasan: Banyak logam memiliki kekuatan dan kekerasan yang tinggi, membuat mereka ideal untuk digunakan dalam konstruksi dan manufaktur.
5. Titik Leleh dan Titik Didih Tinggi: Logam cenderung memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi, sehingga mereka tetap padat pada suhu tinggi.
6. Reaktivitas: Logam cenderung bersifat reaktif, terutama dengan air dan asam. Beberapa logam seperti besi dan baja bisa berkarat ketika terkena air dan oksigen.
7. Pengkilap dan Kekilapan: Banyak logam dapat mengkilap dan memantulkan cahaya, membuatnya berguna dalam peralatan dekoratif.
8. Kekonduksian Elektron: Logam memiliki banyak elektron bebas yang bergerak bebas dalam jaringan elektron, yang memungkinkan mereka menjadi konduktor listrik yang baik.

Sifat Nonlogam:

1. Kondisi Fisik: Nonlogam dapat berada dalam berbagai keadaan fisik, termasuk padat, cair, dan gas. Beberapa nonlogam bahkan ada dalam bentuk molekul di mana atom-atom terikat bersama.
2. Konduktivitas Listrik dan Panas: Nonlogam umumnya adalah isolator listrik dan panas yang buruk. Mereka tidak memiliki elektron bebas dalam struktur mereka untuk menghantarkan listrik.
3. Kekerasan: Nonlogam sering kali lembut dan dapat dihancurkan dengan mudah. Beberapa nonlogam mungkin keras dalam bentuk yang sangat murni, tetapi mereka cenderung rapuh.
4. Kekuatan dan Kekerasan: Nonlogam biasanya memiliki kekuatan yang lebih rendah daripada logam, dan ini membatasi penggunaan mereka dalam konstruksi struktural.
5. Titik Leleh dan Titik Didih Rendah: Nonlogam umumnya memiliki titik leleh dan titik didih yang lebih rendah daripada logam, sehingga mereka seringkali dalam bentuk padat atau gas pada suhu kamar.
6. Reaktivitas: Beberapa nonlogam bersifat reaktif, terutama dengan unsur lain, seperti oksigen, halogen, atau hidrogen. Sebaliknya, beberapa nonlogam sangat inert.
7. Pengkilap dan Kekilapan: Nonlogam tidak memiliki kilauan logam yang khas. Mereka sering kali berbentuk butiran atau serbuk dalam keadaan padat.
8. Kekonduksian Elektron: Nonlogam umumnya tidak memiliki konduksi listrik yang baik karena kurangnya elektron bebas.

Sifat-sifat ini bergantung pada struktur atomik dan ikatan kimia masing-masing unsur. Dalam tabel periodik unsur, unsur-unsur yang berada di sebelah kiri biasanya adalah logam, sedangkan yang berada di sebelah kanan (dan di atas) adalah nonlogam. Unsur-unsur di tengah tabel, yang disebut unsur-unsur transisi, memiliki sifat-sifat yang menengah antara logam dan nonlogam.

B. Teori Atom Mekanika Kuantum

Teori atom mekanika kuantum adalah teori atom yang menjelaskan perilaku elektron dalam suatu atom. Teori ini menyatakan bahwa elektron tidak bergerak dalam lintasan yang pasti, tetapi bergerak dalam orbital yang memiliki tingkat energi tertentu.

Teori Atom Mekanika Kuantum adalah kerangka kerja teoritis yang digunakan dalam kimia dan fisika untuk memahami perilaku dan struktur atom serta elektron dalam atom. Teori ini adalah hasil pengembangan dari teori mekanika kuantum yang diperkenalkan oleh beberapa ilmuwan terkemuka, termasuk Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, dan Max Born pada awal abad ke-20. Berikut adalah penjelasan lebih lanjut tentang Teori Atom Mekanika Kuantum:

Model Orbital Elektron: Teori Atom Mekanika Kuantum menggantikan konsep lintasan elektron yang ditemukan dalam model atom Bohr dengan model orbital. Orbital adalah daerah di sekitar inti atom di mana ada kemungkinan tinggi untuk menemukan elektron. Dalam teori ini, elektron dianggap bergerak dalam orbital yang memiliki bentuk dan energi tertentu. Orbital ini disebut juga sebagai "fungsi gelombang" yang digambarkan oleh fungsi matematika yang kompleks.

Sifat Probabilistik: Salah satu konsep penting dalam Teori Atom Mekanika Kuantum adalah sifat probabilitas dari posisi dan kecepatan elektron. Teori ini menyatakan bahwa kita tidak dapat dengan pasti menentukan posisi dan kecepatan elektron pada saat yang sama. Sebaliknya, kita dapat mengekspresikan probabilitas untuk menemukan elektron dalam suatu orbital pada suatu waktu tertentu.

Prinsip Ketidakpastian Heisenberg: Prinsip ketidakpastian Heisenberg adalah salah satu aspek penting dalam mekanika kuantum. Ini menyatakan bahwa tidak mungkin untuk secara akurat mengetahui posisi dan momentum (atau kecepatan) sebuah partikel, seperti elektron, secara bersamaan. Semakin kita memiliki informasi yang tepat tentang posisi, semakin besar ketidakpastian dalam menentukan momentum, dan sebaliknya.

Energi Kuantum dan Tingkat Energi: Elektron dalam atom memiliki tingkat energi yang terkuantifikasi, yang berarti mereka hanya dapat memiliki tingkat energi tertentu yang diperbolehkan. Elektron dapat berpindah antara tingkat energi ini dengan menyerap atau melepaskan energi dalam bentuk foton (kuanta energi). Transisi elektron ini menghasilkan spektrum garis yang khas untuk setiap unsur kimia.

Prinsip Pauli dan Prinsip Eksklusi Pauli: Prinsip Pauli menyatakan bahwa dalam satu orbital, tidak ada dua elektron yang memiliki empat bilangan kuantum yang sama. Ini berarti setiap orbital hanya dapat diisi oleh maksimal dua elektron dengan spin yang berlawanan (bilangan kuantum spin s yang berlawanan).

Teori Atom Mekanika Kuantum sangat sukses dalam menjelaskan berbagai sifat kimia dan perilaku atom, molekul, dan partikel subatom. Ini menjadi landasan bagi pemahaman kita tentang struktur kimia, ikatan kimia, sifat spektrum, dan banyak aspek lain dari kimia modern dan fisika.

C. Sistem Periodik Unsur

Sistem periodik unsur adalah pengelompokan unsur-unsur kimia berdasarkan kemiripan sifat-sifatnya. Sistem periodik unsur disusun berdasarkan nomor atom unsur. Unsur-unsur yang memiliki sifat-sifat yang mirip dikelompokkan dalam satu golongan.

Sistem Periodik Unsur adalah tata letak atau pengelompokan unsur-unsur kimia dalam bentuk tabel yang disusun berdasarkan kemiripan sifat-sifat kimianya. Sistem ini merupakan kerangka kerja yang sangat penting dalam kimia karena membantu dalam pemahaman dan pengorganisasian unsur-unsur kimia berdasarkan karakteristik mereka. Berikut adalah uraian lebih lanjut tentang Sistem Periodik Unsur:

1. Basis Organisasi:

Sistem Periodik Unsur disusun berdasarkan nomor atom unsur. Nomor atom adalah bilangan bulat yang menunjukkan jumlah proton dalam inti atom.

Tabel periodik dikelompokkan menjadi periode horizontal (baris) dan golongan vertikal (kolom). Setiap periode mewakili tingkat energi elektron terluar yang berbeda, sementara setiap golongan mengelompokkan unsur-unsur dengan sifat-sifat kimia yang serupa.

2. Periode:

Periode adalah baris horizontal dalam tabel periodik. Ada total tujuh periode dalam sistem periodik.

Setiap periode mewakili peningkatan jumlah proton dalam inti atom dari kiri ke kanan, sehingga menggambarkan peningkatan nomor atom.

3. Golongan:

Golongan adalah kolom vertikal dalam tabel periodik. Ada total 18 golongan dalam sistem periodik.

Unsur-unsur dalam satu golongan memiliki sifat-sifat kimia yang serupa karena mereka memiliki konfigurasi elektron terluar yang sama atau serupa.

4. Hubungan Periodik:

Sistem Periodik Unsur menggambarkan hubungan periodik dalam sifat-sifat kimia unsur-unsur. Ini berarti sifat-sifat kimia seperti reaktivitas, afinitas elektron, dan sifat fisik lainnya cenderung berubah secara berulang sesuai dengan peningkatan nomor atom.

5. Blok:

Tabel periodik dibagi menjadi beberapa blok, termasuk blok s, p, d, dan f, yang menunjukkan jenis orbital terakhir yang diisi oleh elektron dalam konfigurasi elektron unsur-unsur tersebut.

6. Sifat Periodik:

Beberapa sifat periodik yang umum meliputi peningkatan nomor atom dari kiri ke kanan dalam satu periode, peningkatan elektropositivitas ke arah kiri dan peningkatan elektronegativitas ke arah kanan, serta peningkatan ukuran atom dari atas ke bawah dalam satu golongan.

7. Penggunaan dalam Kimia:

Sistem Periodik Unsur sangat penting dalam kimia karena membantu kita memahami pola sifat-sifat kimia unsur-unsur dan mengatur unsur-unsur dalam klasifikasi yang logis.

Ini juga digunakan untuk meramalkan perilaku unsur-unsur dan mengidentifikasi unsur-unsur baru yang mungkin ada di alam.

Sistem Periodik Unsur, yang pertama kali diperkenalkan oleh Dmitri Mendeleev dan Julius Lothar Meyer pada akhir abad ke-19, telah berkembang sejak itu dan menjadi landasan bagi kimia modern. Ini membantu ilmuwan dan kimiawan dalam berbagai aspek, termasuk penelitian kimia, industri, dan pengembangan teknologi baru.

D. Sifat Periodik Unsur

Sifat periodik unsur adalah sifat-sifat unsur yang berubah secara periodik dengan nomor atom unsur. Sifat periodik unsur antara lain:

Sifat Periodik Unsur adalah pola perubahan sifat-sifat kimia dan fisik unsur-unsur kimia dalam tabel periodik berdasarkan peningkatan nomor atom. Ini adalah fenomena yang penting dalam kimia karena memungkinkan kita untuk memahami dan meramalkan sifat-sifat unsur-unsur berdasarkan posisi mereka dalam tabel periodik. Berikut adalah penjelasan lebih lanjut tentang beberapa sifat periodik unsur yang Anda sebutkan:

1. Jari-Jari Atom:

• Jari-jari atom adalah ukuran fisik dari ukuran atom. Ini mengacu pada jarak rata-rata antara inti atom dan elektron terluar yang bergerak dalam kulit elektron.
• Pola sifat periodik unsur yang berkaitan dengan jari-jari atom adalah bahwa jari-jari atom cenderung meningkat dari kanan ke kiri dalam satu periode (karena peningkatan jumlah proton dalam inti atom) dan meningkat dari atas ke bawah dalam satu golongan (karena peningkatan tingkat energi dan jumlah kulit elektron).

2. Energi Ionisasi:

• Energi ionisasi adalah energi yang diperlukan untuk menghapus satu elektron dari atom dalam keadaan gas, menghasilkan ion positif.
• Pola sifat periodik unsur yang berkaitan dengan energi ionisasi adalah bahwa energi ionisasi cenderung meningkat dari kiri ke kanan dalam satu periode (karena peningkatan daya tarik elektron oleh inti atom yang semakin besar) dan menurun dari atas ke bawah dalam satu golongan (karena peningkatan jarak antara inti dan kulit elektron yang semakin besar).

3. Keelektronegatifan:

• Keelektronegatifan adalah kemampuan suatu atom untuk menarik elektron dalam suatu ikatan kimia saat berikatan dengan atom lain.
• Pola sifat periodik unsur yang berkaitan dengan keelektronegatifan adalah bahwa keelektronegatifan cenderung meningkat dari kiri ke kanan dalam satu periode (karena peningkatan daya tarik elektron oleh inti atom yang semakin besar) dan menurun dari atas ke bawah dalam satu golongan (karena peningkatan jarak antara inti dan kulit elektron yang semakin besar).

4. Polarisabilitas:

• Polarisabilitas adalah sejauh mana suatu atom dapat dideformasikan oleh medan listrik eksternal. Atom yang lebih besar cenderung memiliki polarisabilitas yang lebih tinggi.
• Pola sifat periodik unsur yang berkaitan dengan polarisabilitas adalah bahwa polarisabilitas cenderung meningkat dari kiri ke kanan dalam satu periode (karena peningkatan jumlah proton dalam inti atom) dan meningkat dari atas ke bawah dalam satu golongan (karena peningkatan ukuran atom).

5. Sifat Logam dan Nonlogam:

• Sifat logam dan nonlogam adalah dua kategori utama unsur-unsur dalam tabel periodik.
• Unsur-unsur yang berada di sebelah kiri tabel periodik cenderung bersifat logam, sementara unsur-unsur yang berada di sebelah kanan (dan di atas) tabel periodik cenderung bersifat nonlogam. Unsur-unsur di tengah tabel periodik (unsur-unsur transisi) memiliki sifat-sifat yang menengah antara logam dan nonlogam. Sifat logam termasuk konduktivitas listrik yang baik, kilauan logam, dan sifat yang keras dan tahan terhadap deformasi. Sifat nonlogam termasuk konduktivitas yang buruk, sifat rapuh, dan kecenderungan untuk membentuk ikatan kovalen dalam senyawa kimia.

Sifat-sifat periodik unsur ini membantu kita memahami hubungan antara unsur-unsur kimia dan bagaimana mereka berperilaku dalam berbagai reaksi kimia serta dalam struktur senyawa kimia.

Latihan Soal untuk materi bab 1 silahkan klik (Disini)

Berbagi :