Beranda › Learning Hub › Kimia SMA › F.1 Struktur atom
F.1

Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur

Fase F · Kelas XI–XII

Mengapa natrium sangat reaktif sedangkan neon hampir tidak bereaksi? Jawabannya ada pada susunan elektron. Struktur atom menjelaskan di mana elektron berada, dan sistem periodik menyusun unsur berdasarkan susunan itu — sehingga letak suatu unsur dalam tabel langsung memberi tahu sifat-sifatnya.

📋Capaian Pembelajaran

Fase F: menganalisis hubungan struktur atom dengan sistem periodik unsur. Panduan menekankan model atom Bohr (kulit K, L, M, N) dan model mekanika kuantum (orbital s, p, d, f dengan empat bilangan kuantum), konfigurasi elektron dan hubungannya dengan letak unsur, serta sifat periodik jari-jari atom dan keelektronegatifan. Materi ini dipindahkan dari Fase E ke Fase F agar langsung tersambung dengan ikatan kimia.

🎯Yang perlu kamu kuasai

  • Menentukan jumlah proton, neutron, dan elektron dari notasi atom dan ion; membedakan isotop, isobar, isoton.
  • Membandingkan model atom Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr, dan mekanika kuantum.
  • Menentukan bilangan kuantum dan menulis konfigurasi elektron (Aufbau, Hund, Pauli).
  • Menentukan periode dan golongan unsur dari konfigurasi elektronnya.
  • Menjelaskan kecenderungan jari-jari atom, energi ionisasi, afinitas elektron, dan keelektronegatifan.

📚Materi

1. Partikel penyusun atom

Notasi \( {}^{A}_{Z}\mathrm{X} \): \( Z \) nomor atom (jumlah proton), \( A \) nomor massa (proton + neutron). Atom netral memiliki elektron = proton; ion X²⁺ kehilangan 2 elektron, ion Y⁻ menerima 1 elektron. Isotop: Z sama, A berbeda (¹²C dan ¹⁴C); isobar: A sama; isoton: jumlah neutron sama.

2. Perkembangan model atom

  • Dalton: bola pejal yang tidak dapat dibagi. Thomson: bola positif bertaburan elektron (roti kismis).
  • Rutherford: inti kecil bermuatan positif dikelilingi elektron (dari hamburan sinar alfa pada lempeng emas) — tetapi tidak menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke inti.
  • Bohr: elektron hanya berada pada lintasan (kulit) berenergi tertentu; berpindah kulit dengan menyerap atau memancarkan energi. Kulit ke-n menampung paling banyak \( 2n^2 \) elektron.
  • Mekanika kuantum: posisi elektron tidak pasti; yang dapat ditentukan adalah daerah peluang terbesar, yaitu orbital.

3. Bilangan kuantum dan konfigurasi elektron

n (utama): kulit, 1, 2, 3, … l (azimut): subkulit, 0 = s, 1 = p, 2 = d, 3 = f.
m (magnetik): orbital, −l sampai +l. s (spin): +½ atau −½. Satu orbital paling banyak berisi 2 elektron.
Diagram tingkat energi subkulit dari bawah ke atas: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, dengan kotak orbital: satu untuk s, tiga untuk p, lima untuk d. Subkulit 4s dan 3d ditandai merah.
Urutan pengisian subkulit menurut aturan Aufbau: 4s berenergi lebih rendah daripada 3d.

Tiga aturan pengisian: Aufbau (dari energi terendah), Hund (dalam satu subkulit, elektron mengisi orbital sendiri-sendiri dulu dengan spin sejajar), dan larangan Pauli (tidak ada dua elektron dengan keempat bilangan kuantum sama). Contoh:

\[ {}_{26}\mathrm{Fe}: \ 1s^2\, 2s^2\, 2p^6\, 3s^2\, 3p^6\, 4s^2\, 3d^6 = [\mathrm{Ar}]\ 4s^2\, 3d^6 \]

Pengecualian penting: Cr \( [\mathrm{Ar}]\ 4s^1 3d^5 \) dan Cu \( [\mathrm{Ar}]\ 4s^1 3d^{10} \), karena subkulit d setengah penuh atau penuh lebih stabil.

4. Letak unsur dalam sistem periodik

  • Periode = nilai n terbesar.
  • Golongan A (blok s dan p): jumlah elektron valensi \( ns + np \). Contoh: \( [\mathrm{Ne}]\ 3s^2 3p^5 \) → periode 3, VIIA (klor).
  • Golongan B (blok d): \( ns + (n-1)d \): 3 → IIIB, …, 7 → VIIB, 8–10 → VIIIB, 11 → IB, 12 → IIB. Fe (\( 4s^2 3d^6 \), jumlah 8) → periode 4, VIIIB.

5. Sifat periodik

Dalam satu golongan, dari atas ke bawah: jari-jari atom bertambah (kulit bertambah); energi ionisasi dan keelektronegatifan berkurang; sifat logam bertambah.
Dalam satu periode, dari kiri ke kanan: jari-jari atom berkurang (muatan inti bertambah, kulit tetap); energi ionisasi dan keelektronegatifan cenderung bertambah.

Fluor adalah unsur paling elektronegatif. Logam golongan IA mudah membentuk ion +1 (energi ionisasi pertamanya kecil); halogen mudah membentuk ion −1. Ion positif lebih kecil daripada atomnya; ion negatif lebih besar.

✏️Contoh soal

Unsur X memiliki nomor massa 32 dan 16 neutron. Tentukan konfigurasi elektron, letak dalam sistem periodik, ion yang cenderung dibentuk, dan bilangan kuantum elektron terakhirnya.

Z = 32 − 16 = 16: \( 1s^2\, 2s^2\, 2p^6\, 3s^2\, 3p^4 \). Kulit terluar n = 3 → periode 3; elektron valensi 2 + 4 = 6 → golongan VIA (belerang).

Perlu 2 elektron lagi untuk mencapai konfigurasi gas mulia, sehingga cenderung membentuk ion X²⁻.

Elektron terakhir di 3p⁴: orbital p diisi ↑ ↑ ↑ lalu ↓ pada orbital pertama, jadi \( n = 3,\ l = 1,\ m = -1,\ s = -\tfrac12 \).

Periksa. Jumlah elektron 2 + 2 + 6 + 2 + 4 = 16 = Z.
Jebakan. Elektron ke-4 di subkulit p bukan masuk ke orbital baru (hanya ada tiga), melainkan berpasangan di orbital pertama — sesuai aturan Hund.

📝Latihan

Kerjakan di kertas, lalu buka jawabannya.

1. Tentukan jumlah proton, neutron, dan elektron ion ⁵⁶₂₆Fe³⁺.
Proton 26, neutron 30, elektron 23.
2. Tuliskan konfigurasi elektron ₂₀Ca dan tentukan letaknya.
\( [\mathrm{Ar}]\ 4s^2 \): periode 4, golongan IIA.
3. Mengapa jari-jari atom Na lebih besar daripada Cl, padahal keduanya periode 3?
Jumlah kulit sama, tetapi muatan inti Cl lebih besar (17 vs 11), sehingga elektron ditarik lebih kuat ke inti dan jari-jarinya lebih kecil.
4. Unsur dengan konfigurasi [Ar] 4s² 3d⁵ terletak di mana?
Periode 4, golongan VIIB (mangan).
5. Urutkan Li, Na, K dari energi ionisasi pertama terbesar.
Li > Na > K. Dari atas ke bawah golongan, elektron valensi makin jauh dari inti sehingga makin mudah dilepas.
6. Berapa elektron maksimum di kulit N menurut model Bohr?
Kulit N adalah n = 4, maksimum \( 2n^2 = 32 \) elektron.

🎯Latihan TKA untuk topik ini

Soal-soal berikut dari latihan TKA Kimia SMA menguji materi di halaman ini. Kerjakan langsung di halaman soal, lalu buka pembahasannya.

  • Paket 1 · Soal 1 PG — Menentukan letak unsur dalam sistem periodik dan kecenderungan ion yang dibentuknya dari konfigurasi elektron.
  • Paket 2 · Soal 1 PG — Menentukan letak unsur transisi dalam sistem periodik dari jumlah proton dan konfigurasi elektronnya.