Rangkuman Sistem Periodik dan Struktur Atom

Sistem Periodik dan Struktur Atom

Rangkuman Sistem Periodik dan Struktur Atom - Pada artikel ini, Anda akan diajak untuk dapat memahami struktur atom, sifat-sifat periodik unsur, dan ikatan kimia, dengan cara memahami struktur atom berdasarkan teori atom Bohr, sifat-sifat unsur, massa atom relatif, dan sifat-sifat periodik unsur dalam tabel periodik serta menyadari keteraturannya melalui pemahaman konfigurasi elektron.

Amatilah fenomena alam yang sering terjadi di dalam kehidupan seharihari Anda, dari mulai proses bernapas, besi berkarat, hingga roti membusuk. Semua proses tersebut merupakan bentuk fenomena kimia yang berlangsung di dalam kehidupan sehari-hari. Jika Anda mempelajari Kimia, berarti Anda mempelajari tiga dunia, yaitu dunia nyata (makroskopik), dunia atom (mikroskopik), dan dunia lambang.

Dunia nyata adalah sesuatu yang dapat Anda amati menggunakan pancaindera. Setiap benda tersusun atas jutaan partikel yang sangat kecil yang disebut atom. Itulah yang disebut dunia atom. Dunia atom sangat kecil sehingga Anda tidak dapat menggunakan pancaindera untuk mengamatinya. Namun, justru melalui dunia atom inilah Anda dapat menjelaskan misteri di balik fenomena kehidupan. Bagaimana dengan dunia lambang? 

Oleh karena atom tidak dapat diamati menggunakan pancaindera, para ahli kimia menjelaskannya dengan menggunakan lambang berupa angka, model, dan huruf, seperti struktur molekul pada aspirin. Pada bab ini, Anda akan mempelajari struktur atom dalam sistem periodik sebagai dasar untuk membuka rahasia-rahasia di balik fakta kehidupan yang Anda temukan. Selamat menjelajahi dunia Kimia.

Perkembangan Sistem Periodik

Apakah sekolah Anda memiliki perpustakaan? Kunjungilah perpustakaan, kemudian amati buku-buku yang ada. Ratusan atau mungkin ribuan buku yang berada di perpustakaan disusun rapi di rak buku berdasarkan tema buku. Dari kelompok buku Agama, Matematika, Kimia, hingga Bahasa. Setiap kategori buku diberi kode berupa angka. Semua itu dilakukan untuk memudahkan pengunjung dalam mencari buku yang diinginkan. Bayangkan jika buku-buku yang jumlahnya banyak itu disimpan tidak beraturan. Anda pasti akan kesulitan mencarinya. 

Serupa dengan penyusunan buku di perpustakaan, unsur-unsur kimia yang saat ini berjumlah 118 unsur juga dikelompokkan dan disusun. Bagaimana cara mengelompokkan unsur-unsur kimia tersebut? Mari, lakukan kegiatan berikut.

Sebelum berlanjut pada pembahasan yang lebih jauh, Anda bisa mencona menjawab pertanyaan berikut untuk menyimpulkan fakta.

• Apakah yang menjadi dasar pengelompokan unsur-unsur kimia?
• Siapa sajakah yang mengelompokkan unsur-unsur kimia berdasarkan kemiripan sifat zat?
• Siapa sajakah yang mengelompokkan unsur-unsur kimia berdasarkan massa atom?
• Siapa sajakah yang mengelompokkan unsur-unsur kimia berdasarkan kenaikan nomor atom? 
• Apakah perbedaan antara sistem periodik Lothar Meyer dan Mendeleev?
• Bagaimana cara membandingkan berbagai sistem periodik?

Sudahkah Anda mendapatkan informasi mengenai perkembangan sistem periodik dari kegiatan tersebut? Bandingkanlah informasi yang Anda peroleh dengan penjelasan berikut. 

Unsur-unsur kimia dikelompokkan berdasarkan sifat suatu zat. Sifat suatu zat bermanfaat untuk menjelaskan, mengidentifikasi, memisahkan, dan mengelompokkan. Menjelaskan suatu zat berdasarkan sifatnya, mirip dengan cara Anda ketika menjelaskan seseorang. Ada dua jenis sifat zat, yaitu sifat fisika dan sifat kimia. Sifat fisika menjelaskan bentuk fisik zat tersebut, misalnya warna, kerapuhan, kelenturan, konduktivitas listrik, massa jenis, sifat magnet, kekerasan, nomor atom, kalor penguapan, titik leleh, dan titik didih. 

Adapun sifat kimia menjelaskan bagaimana suatu zat bereaksi, dengan zat apa dapat bereaksi, dan zat yang dihasilkan dari suatu reaksi. Sifat kimia suatu zat juga meliputi bagaimana suatu zat dapat bereaksi dengan zat lainnya. Misalnya, kecepatan reaksi jika bereaksi dengan zat lain, jumlah panas yang dihasilkan dari suatu reaksi dengan zat lain, dan suhu ketika terjadi reaksi. 

1. Pengelompokan Unsur Kimia Berdasarkan Kemiripan Sifat Zat Antoine

Lavoisier hidup pada abad ke-17. Selain mempelajari ilmu Kimia, "bapak kimia modern" ini juga mempelajari ilmu lain seperti Botani, Astronomi, dan Matematika. Lavoisier telah menghasilkan banyak teori kimia di antaranya teori mengenai pengelompokan unsur-unsur kimia. Menurut Lavoisier, unsur kimia adalah zat yang tidak dapat diuraikan lagi menjadi zat yang lebih sederhana. Unsur kimia yang sudah ditemukan pada saat itu berjumlah 33 unsur. 

Pengelompokan unsur-unsur kimia oleh Lavoisier dipublikasikan dalam bukunya yang berjudul Traité Élémentaire de Chimie pada 1789. Buku tersebut merupakan buku teks kimia modern yang pertama. Lavoisier mengelompokkan ke-33 unsur kimia tersebut ke dalam 4 kelompok berdasarkan sifat kimianya, yaitu kelompok gas, kelompok nonlogam, kelompok logam, dan kelompok tanah. Tabel berikut menunjukkan pengelompokan unsur kimia menurut Lavoisier.

Pengelompokan unsur kimia menurut Lavoisier

2. Pengelompokan Unsur Kimia Berdasarkan Massa Atom 

a. Triade Dobereiner 

Pada 1803, John Dalton mengumumkan teori atom. Menurut Dalton: 

1. semua zat terdiri atas atom yang tidak bisa dibagi lagi; 

2. semua atom dalam suatu unsur memiliki massa dan sifat yang sama;

3. unsur yang berbeda memiliki atom yang berbeda jenisnya dan berbeda massanya; dan 

4. atom tidak bisa dihancurkan, tetapi susunannya dapat berubah karena suatu reaksi kimia. 

Berdasarkan teori atom tersebut, Dalton membuat daftar massa suatu atom. Pada 1828, Jons Jakob Berzelius mengembangkan teori atom yang dikemukakan Dalton. Dengan diketahuinya massa suatu atom, unsur-unsur kimia mulai dikelompokkan berdasarkan massa atomnya. Ilmuwan yang kali pertama mengelompokkan unsur kimia berdasarkan massa atom adalah Johann Dobereiner. 

Pada 1829, ia mengelompokkan unsur-unsur kimia ke dalam suatu kelompok yang terdiri atas 3 unsur yang sifatnya sama. Ketika diselidiki lebih lanjut, unsur yang kedua memiliki massa atom yang jumlahnya setengah dari penjumlahan massa atom unsur pertama dan unsur ketiga. Dobereiner menamakan pengelompokan unsurnya dengan nama Triade. 

Kelompok unsur-unsur tersebut, yaitu: litium, natrium, dan kalium; kalsium, stronsium, dan barium; belerang, selenium, dan tellurium; klorin, bromin, dan iodin. Benarkah pernyataan yang dikemukakan Dobereiner? Untuk membuktikannya, ujilah teori Triade Dobereiner tersebut menggunakan tabel massa atom berikut.

b. Hukum Oktaf Newlands

Kimiawan Inggris, John Newlands, menyusun 62 unsur yang saat itu diketahui berdasarkan kenaikan massa atom pada 1864. Unsur-unsur kimia diurutkan dari kiri ke kanan. Gambar di bawah ini menunjukkan susunan unsur-unsur kimia yang dikelompokkan Newlands.

Ternyata, kelompok unsur-unsur yang mirip terulang setiap 8 unsur. Jika hitungan diawali dari Li, unsur kedelapan adalah unsur Na dan unsur keenambelas adalah K. Unsur Li, Na, dan K memiliki sifat yang mirip. Begitu juga dengan unsur Be, Mg, dan Ca. Pengelompokan unsur yang dilakukan Newlands pada 1864 tersebut dikenal dengan nama Hukum Oktaf. Akan tetapi, teorinya ini dianggap hal yang konyol oleh banyak orang. Sampai lima tahun kemudian, Dmitri Mendeleev memperkenalkan suatu bentuk tabel periodik berdasarkan massa atom.

c. Tabel Periodik Mendeleev

Pada 1869, ilmuwan Rusia, Dmitri Ivanovic Mendeleev mempublikasikan hasil penelitiannya mengenai pengelompokan unsur-unsur kimia. Unsur-unsur kimia dikelompokkan Mendeleev ke dalam 12 kelompok menurut kenaikan massa atom. Berikut ini adalah tabel periodik Mendeleev.

Tabel periodik Mendeleev

Pada 1871, Mendeleev memperbaiki tabel periodiknya. Ia memutar 90° posisi tabelnya sehingga menjadi seperti tabel berikut.

Tabel periodik yang diputar 90 derajat oleh Mendeleev

Unsur-unsur kimia dalam tabel periodik Mendeleev dikelompokkan ke dalam 8 kolom dan 12 baris. Unsur-unsur satu kolom dan satu baris memiliki sifat kimia yang mirip. Pada tabel tersebut, Mendeleev menyediakan kotak kosong untuk unsur-unsur yang menurut dugaannya akan ditemukan pada masa mendatang. Mendeleev memberi nama unsur-unsur tersebut dengan istilah eka-aluminium (nomor atom 44), eka-boron (nomor atom 68), dan eka-silikon (nomor atom 72).

Dugaan Mendeleev terbukti. Pada bulan November 1875, ilmuwan Prancis Lecoq de Boisbaudran menemukan unsur yang sifatnya sama dengan eka-aluminium, ia menamakan unsur tersebut galium. Perhatikan tabel berikut untuk mengetahui persamaan antara prediksi Mendeleev dan penemuan de Boisbaudran.

Persamaan Sifat antara Eka-aluminium Menurut Mendeleev dan Galium Menurut de Boisbaudran

Sama halnya dengan eka-aluminium, dua unsur lain yang diprediksi Mendeleev (eka-boron dan eka-silikon) ternyata diketahui memiliki sifat yang sama dengan skandium dan germanium. Sifat unsur skandium yang ditemukan ilmuwan Swedia, Lars Nilson pada 1879 mirip dengan eka-boron, sedangkan sifat unsur germanium yang ditemukan ilmuwan Jerman, Clemens Winkler pada 1886 mirip dengan eka-silikon.

d. Tabel Periodik Meyer

Hampir mirip dengan sistem periodik yang dikemukakan Mendeleev, Lothar Meyer mengusulkan sistem periodik berdasarkan massa atom. Menurut Meyer, volume atom suatu unsur yang diplotkan dengan massa atom tersebut akan membentuk grafik yang berperiodik secara teratur. Perhatikan grafik antara volume atom dan massa atom berikut.

Grafik antara volume atom dan massa atom menurut Lothar Meyer

Berdasarkan grafik tersebut terlihat bahwa unsur-unsur yang sifatnya mirip membentuk suatu keteraturan. Misalnya, unsur logam alkali, yaitu Na, K, dan Rb, berada di puncak. Kemudian, Meyer mengembangkan penemuannya ke dalam bentuk tabel seperti berikut.

Tabel Periodik Meyer yang Berdasarkan pada Grafik antara Volume dan Massa Atom 

Amati kembali tabel periodik Meyer. Unsur-unsur kimia dalam tabel periodik Meyer disusun berdasarkan kenaikan massa atom secara vertikal. Unsur-unsur yang sifatnya mirip ditempatkan dalam baris yang sama.

3. Pengelompokan Unsur Kimia Berdasarkan Nomor Atom

a. Tabel Periodik Moseley

Pada 1911, Ernest Rutherford berhasil menemukan salah satu partikel dasar penyusun atom, yaitu proton. Dua tahun kemudian, Henry Moseley meneliti hubungan antara sifat suatu atom dan jumlah protonnya (nomor atom) menggunakan spektroskopi sinar-X. Ia memplotkan frekuensi sinar-X dan kenaikan nomor atom. Kemudian, Moseley menyusun unsur-unsur tersebut dalam bentuk tabel periodik sebagai berikut.

Unsur-Unsur Kimia dalam Bentuk Tabel Periodik yang Disusun Moseley I 

Tabel periodik Moseley berhasil memperbaiki kelemahan tabel periodik Mendeleev. Dalam tabel periodik Mendeleev, penempatan telurium (massa atom 128) dan iodin (nomor atom 127) tidak sesuai dengan kenaikan massa atomnya. Namun, berdasarkan tabel periodik Moseley, penempatan unsur Te dan I sesuai dengan kenaikan nomor atomnya. 

b. Tabel Periodik

Modern Hingga pertengahan abad ke-20, tabel periodik Moseley diakui sebagai tabel periodik modern. Pada 1940, Glenn Seaborg berhasil menemukan unsur transuranium, yaitu unsur dengan nomor atom 94–102. Penemuan tersebut menimbulkan masalah mengenai penempatan unsur-unsur transuranium dalam tabel periodik. Masalah itu akhirnya terpecahkan dengan cara membuat baris baru sehingga tabel periodik modern berubah menjadi seperti gambar berikut.

Tabel Periodik Modern

4. Penggolongan Unsur dalam Tabel Periodik

Tabel periodik merupakan alat yang sangat penting bagi seorang kimiawan untuk dapat mengingat dan mengatur fakta-fakta kimia. Untuk memudahkan dalam mempelajari ilmu Kimia, unsur-unsur kimia dalam tabel periodik dikelompokkan berdasarkan kemiripan sifatnya. Sifatsifat tersebut meliputi kereaktifan terhadap unsur lain. Bagaimanakah cara pengelompokan unsur-unsur tersebut? Selidikilah dengan melakukan kegiatan berikut.

Unsur-unsur kimia yang memiliki kemiripan sifat ditempatkan dalam kolom atau baris yang sama. Kelompok unsur-unsur yang terletak dalam kolom yang sama dinamakan golongan. Dalam tabel periodik terdapat 18 kolom. Perhatikan tabel periodik berikut.

Penggolongan Unsur dalam Tabel Periodik

Kelompok unsur dalam kolom pertama dari kiri tabel periodik dinamakan golongan IA atau alkali. Tabel berikut menjelaskan penamaan kelompok unsur lainnya.

Penamaan kelompok unsur lainnya

Adapun kelompok unsur-unsur yang terletak dalam baris yang sama dinamakan periode. Seperti yang terlihat dalam tabel periodik, terdapat 7 periode.

Demikian sekilas informasi mengenai Rangkuman Sistem Periodik dan Struktur Atom. Untuk materi Struktur Atom secara mendalam, akan saya bahas dalam pertemuan dikusi selanjutnya. Semoga bermanfaat. Jangan lupa share njeh,salam.