Struktur Atom – Pengantar

Berdasarkan teori atom Dalton, atom merupakan unit dasar terkecil dan tersederhana penyusun suatu unsur. Di dalam atom terdapat partikel subatomik utama: proton, neutron, dan elektron. Proton (p⁺) yang bermuatan positif dan neutron (n⁰) yang tidak bermuatan terdapat pada inti atom. Elektron (e⁻) yang bermuatan negatif bergerak cepat dalam ruang sekeliling inti atom yang sangat besar sebagaimana adanya gaya tarik dari inti atom.

Inti atom sangatlah padat: 99,97% massa atom adalah massa inti atom namun volume yang ditempatinya hanya 1/10¹⁵ dari volume atom. Diameter sebuah atom (∼10⁻¹⁰ m) sekitar 100.000 kali diameter inti atom (∼10⁻¹⁵ m). Berikut ilustrasi struktur atom (Gambar 1) dan perbandingan karakter dari 3 partikel subatomik utama (Tabel 1).

Gambar 1. Ilustrasi struktur atom

(Sumber: McMurry, John. et al. 2013. Fundamentals of General, Organic, and Biological Chemistry (7^th edition). Illinois: Pearson Education, Inc.)

Nilai massa atom dan partikel-partikel subatomik sangatlah kecil dalam satuan gram sehingga lebih mudah jika dinyatakan sebagai massa relatif. Basis ukuran massa relatif atom adalah atom karbon yang terdiri dari 6 proton dan 6 neutron (atom C-12), di mana massa satu atom C-12 dinyatakan senilai 12 satuan massa atom (sma) atau 12 dalton (Da).

1 sma = 1,660539×10⁻²⁴ g.

Jadi, secara praktis, massa proton dan massa neutron masing-masing dinyatakan 1 sma.

Isotop, Massa Atom (Massa Atom Rata-rata), dan Massa Atom Relatif

Semua atom dari suatu unsur memiliki nomor atom yang identik, namun memiliki nomor massa yang berbeda-beda. Isotop adalah atom-atom dengan nomor atom yang identik, namun berbeda nomor massa. Sebagai contoh, semua atom karbon (Z = 6) memiliki 6 proton dan 6 neutron, namun di alam 98,89% atom karbon memiliki 6 neutron (A = 12), sisanya 1,11% memiliki 7 neutron (A = 13), dan < 0,01% memiliki 8 neutron (A = 14). Dengan kata lain, di alam terdapat 3 isotop karbon: ¹²C, ¹³C, dan ¹⁴C. Selain itu, hidrogen juga memiliki 3 isotop – ¹H (protium) yang paling berlimpah, ²H (deuterium), dan ³H (tritium).

Gambar 3. Ilustrasi susunan / struktur atom dari ketiga isotop hidrogen: ¹H, ²H, dan ³H

(Sumber: McMurry, John. et al. 2013. Fundamentals of General, Organic, and Biological Chemistry (7^th edition). Illinois: Pearson Education, Inc.)

Semua unsur yang berada di alam umumnya merupakan campuran dari isotop-isotop. Oleh karena itu, dalam perhitungan perlu diketahui rata-rata dari massa isotop-isotop unsur di alam yang diukur berdasarkan kelimpahan masing-masing isotop tersebut di alam yang disebut massa atom (massa atom rata-rata) unsur. Rumus umum perhitungan massa atom (massa atom rata-rata):

.

.

di mana adalah massa atom (massa atom rata-rata) unsur X yang memiliki isotop-isotop dengan massa m₁, m₂, m₃, … dengan kelimpahan masing-masing isotop di alam a₁, a₂, a₃, … dalam fraksi desimal.

Contoh Soal Struktur Atom

Perak (Ag; Z = 47) memiliki dua isotop di alam, ¹⁰⁷Ag dan ¹⁰⁹Ag. Dari data spektrometri massa yang diperoleh berikut, tentukan massa atom Ag.

Isotop         Massa (sma)      Kelimpahan (%)

¹⁰⁷Ag           106,90509                 51,84

¹⁰⁹Ag            108,90476                 48,16

Jawab:

massa atom Ag  = (massa isotop ¹⁰⁷Ag)(kelimpahan isotop ¹⁰⁷Ag) +(massa isotop ¹⁰⁹Ag)(kelimpahan isotop ¹⁰⁹Ag)

= (106,90509 sma)(0,5184) + (108,90476 sma)(0,4816)

= 55,42 sma + 52,45 sma

= 107,87 sma

Berdasarkan IUPAC, massa atom relatif (A_r) merupakan perbandingan massa atom terhadap satu satuan massa atom (sma), di mana satu sma sama dengan 1/12 massa 1 atom C-12. Jadi, massa atom relatif tidak memiliki satuan.

.

Isobar dan Isoton

Isobar adalah atom-atom yang memiliki nomor massa yang sama, namun berbeda nomor atom (unsur berbeda).

Contoh: dengan  ; dengan .

Isoton adalah atom-atom yang memiliki jumlah neutron sama, namun berbeda nomor atom (unsur berbeda).

Contoh: dengan ; dengan

Judul Artikel: Struktur Atom

Kontributor: Nirwan Susianto, S.Si.

Alumni Kimia UI

Referensi

– Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13^th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.

– Cracolice, Mark S. & Peters, Edward I. 2011. Introductory Chemistry: An Active Learning Approach (4^th edition). California: Brooks/Cole, Cengage Learning.

– Earl, Bryan & Wilford, Doug. 2014. Cambridge IGCSE^® Chemistry (3^rd edition). London: Hodder Education.

– Gilbert, Thomas N. et al. 2012. Chemistry: The Science in Context (3^rd edition). New York: W. W. Norton & Company, Inc.

– McMurry, John. et al. 2013. Fundamentals of General, Organic, and Biological Chemistry (7^th edition). Illinois: Pearson Education, Inc.

– Petrucci, Ralph H. et al. 2011. General Chemistry: Principles and Modern Applications (10^th edition). Toronto: Pearson Canada Inc.

– Purba, Michael. 2006. Kimia 1A untuk SMA Kelas X. Jakarta: Erlangga.

– Silberberg, Martin S. 2009. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (5^th edition). New York: McGraw Hill