Struktur atom dan tabel periodik

Saringan dapat memisahkan pasir dari larutan garam, tetapi tidak dapat memisahkan natrium dari klorin dalam kristal garam. Perbedaannya adalah kombinasi kimia. Topik ini menghubungkan partikel dalam suatu zat dengan pemisahan, model atom, dan pola reaksi.

Gunakan tabel periodik yang disediakan untuk mengidentifikasi unsur. Hitung jumlah atom sebelum menyeimbangkan persamaan; hitung proton sebelum mengidentifikasi unsur. Ion/equation separuh Tier Tinggi dan konten Logam transisi khusus Kimia diberi label di bawah.

Sebuah atom adalah bagian terkecil dari sebuah unsur yang dapat eksis. Unsur mengandung atom dengan nomor proton satu. Unsur dapat berupa atom tunggal, seperti helium, atau molekul, seperti O₂. Molekul O₂ mengandung dua atom tetapi hanya satu unsur.

Suatu senyawa mengandung dua atau lebih unsur yang digabungkan secara kimia dalam perbandingan tetap. H₂O selalu memiliki dua atom hidrogen untuk setiap atom oksigen. Senyawa memiliki sifat berbeda dari unsur-unsurnya dan dapat dipisahkan menjadi unsur-unsurnya hanya melalui reaksi kimia. Sebuah reaksi kimia menghasilkan satu atau lebih zat baru dan sering kali disertai perubahan energi yang terdeteksi.

Pelajari nama dan simbol yang dikapitalisasi dengan benar: Co berarti kobalt, sedangkan CO adalah karbon monoksida. Gunakan dua puluh elemen pertama, Kelompok 1 dan 7, serta elemen lainnya yang disebutkan dalam kursus ini. Dua puluh elemen pertama adalah:

Rumus memberikan komposisi: MgCl₂ adalah magnesium klorida; Na₂O adalah natrium oksida. Persamaan kata menyebutkan reaktan dan produk: magnesium + oksigen → magnesium oksida. Persamaan simbol menggunakan rumusnya.

Metode terpecahkan — penyetaraan: mulai dengan Mg + O₂ → MgO. Ada dua atom oksigen di sebelah kiri dan satu di sebelah kanan. Letakkan 2 sebelum MgO, lalu 2 sebelum Mg: 2Mg + O₂ → 2MgO. Periksa Mg: 2 = 2; O: 2 = 2. Ubah koefisien partikel utuh, bukan subskrip dalam rumus suatu zat. MgO₂ akan menjadi rumus yang berbeda. Tiga molekul H₂O mengandung enam atom H dan tiga atom O.

Tingkat Lanjut — muatan serta atom: seng membentuk Zn²⁺ dengan kehilangan dua elektron: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻. Kedua sisi memiliki total muatan nol. Ion tembaga mendapatkan dua: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu. Menambahkan persamaan separuh menghilangkan elektron: Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu. Ion sulfat yang ada tetap tidak berubah dalam larutan adalah ion pengamat dan dihilangkan. Periksa atom dan total muatan setelah penghapusan; jangan hilangkan spesies yang berubah.

Sebuah campuran mengandung zat yang tidak bergabung secara kimia. Setiap zat mempertahankan sifat kimianya. Pemisahan fisik tidak menghasilkan zat baru; pilihlah metode berdasarkan sifat komponen dan produk yang Anda butuhkan.

Metode contoh — garam murni, kering dari pasir, garam, dan air: aduk untuk melarutkan sisa garam. Saring; pasir tertinggal di kertas saring dan larutan garam melewati saringan. Panas filtrat secara perlahan untuk menguapkan sebagian air, kemudian dinginkan untuk membentuk kristal. Saring kristal tersebut dan keringkan di antara kertas saring. Mencuci pasir dengan sedikit air dapat mengembalikan larutan garam yang terperangkap bersama pasir. Penyaringan saja tidak dapat mengumpulkan garam yang terlarut.

Penyulingan memperoleh cairan melalui penguapan diikuti pengembunan.

Pilihan contoh — perolehan air sebagai gantinya: gunakan penyulingan sederhana. Panaskan larutan garam; uap air keluar dari labu, dingin di kondensor, dan terkumpul sebagai air cair. Penguapan tanpa mengumpulkan uap akan menghilangkan produk yang diinginkan. Pilih penyulingan fraksi untuk dua cairan yang saling larut; saringan tidak dapat memisahkannya. Untuk kromatografi, pastikan garis awal pensil berada di atas pelarut agar sampel bergerak naik pada bahan diam alih-alih larut langsung ke reservoir pelarut.

Model ilmiah adalah representasi yang menjelaskan bukti. Pengamatan baru dapat mengubah atau menggantinya. Atom awal digambarkan sebagai bola kecil tak terbagi. Penemuan elektron bermuatan negatif memerlukan struktur internal, sehingga muncul model kue plum: elektron tertanam dalam bola muatan positif yang tersebar.

Dalam hamburan alfa, sebagian besar partikel alfa bermuatan positif menembus lembaran logam tipis, beberapa dibelokkan, dan sangat sedikit kembali. Observasi ini mendukung kesimpulan berbeda:

Model nuklir menggantikan muatan positif yang tersebar dengan inti positif kecil dan elektron mengelilinginya. Bohr kemudian menyarankan elektron menempati jarak/tingkat energi tertentu, sesuai dengan observasi. Penelitian selanjutnya mengidentifikasi proton sebagai satuan muatan positif nuklir. Bukti Chadwick menetapkan neutron dalam inti sekitar dua puluh tahun setelah model nuklir diterima. Peralatan eksperimental detail Bohr/Chadwick tidak diperlukan.

Penjelasan contoh: “Beberapa partikel memantul kembali, jadi seluruh atom padat” bertentangan dengan observasi bahwa sebagian besar menembus. Kombinasi bukti mengharuskan adanya inti padat kecil di dalam atom yang sebagian besar hampa. Model harus mencakup pola keseluruhan, bukan satu observasi yang dipilih.

Nomor atom Z adalah nomor proton dan mengidentifikasi unsur. Semua atom dari unsur tersebut memiliki Z yang sama. Nomor massa A adalah jumlah proton + neutron. Atom netral memiliki jumlah proton dan elektron yang sama, sehingga muatannya saling meniadakan. Ion terbentuk dengan perubahan jumlah elektron; mengubah nomor proton akan mengubah identitas unsur.

Contoh perhitungan jumlah partikel: atom klorin-37 memiliki Z = 17. Proton = 17; neutron = 37 − 17 = 20; elektron = 17. Cl⁻ telah menerima satu elektron, sehingga memiliki 18 elektron sementara proton/neutron tetap 17/20. Untuk kalsium-40, Z = 20: Ca²⁺ memiliki 20 proton, 20 neutron dan 18 elektron.

Isotop adalah atom dari unsur yang sama dengan jumlah neutron yang berbeda. Klorin-35 dan klorin-37 keduanya memiliki 17 proton, tetapi masing-masing memiliki 18 dan 20 neutron. Mereka tetap merupakan klorin; nomor massa yang berbeda tidak berarti unsur yang berbeda.

Radius atom tipikal sekitar 0.1 nm = 1 × 10⁻¹⁰ m; 1 nm = 10⁻⁹ m. Radius inti kurang dari satu per sepuluh ribu dari radius atom, berorde 10⁻¹⁴ m. Hampir seluruh massa berada di dalam inti. Ini adalah skala perkiraan, bukan dimensi pasti setiap atom.

Contoh perhitungan skala: jika jari-jari atom diperbesar menjadi 1 m, inti yang ukurannya sepersepuluh ribu kali lebih kecil akan memiliki jari-jari 1/10 000 m = 0.0001 m = 0.1 mm. Inti sebenarnya yang disebutkan lebih kecil dari rasio tersebut. Bandingkan jari-jari dengan jari-jari; diameter atom adalah dua kali jari-jarinya. Atom dengan diameter sekitar 2 × 10⁻¹⁰ m akan berjumlah sekitar 5 × 10⁶ sepanjang garis 1 mm, mengabaikan celah: (1 × 10⁻³)/(2 × 10⁻¹⁰).

Massa atom relatif Aᵣ adalah rata-rata tertimbang berdasarkan kelimpahan, tanpa satuan. Tidak harus berupa bilangan bulat. Gunakan persentase kelimpahan, bukan rata-rata tak tertimbang:

Contoh kerja: 75% klorin-35 dan 25% klorin-37 menghasilkan (35 × 75 + 37 × 25)/100 = (2625 + 925)/100 = 35.5. Nilai ini lebih dekat ke 35 karena isotop tersebut lebih melimpah; nilainya berada di antara 35 dan 37. Tidak ada satu atom pun yang memiliki “35.5 neutron” atau nomor massa 35.5.

Elektron kulit terluar berada pada kulit terisi tertinggi dalam suatu atom dan membantu menentukan reaktivitasnya.

Elektron mengisi tingkat energi yang tersedia paling rendah terlebih dahulu. Untuk dua puluh atom netral pertama, gunakan model kulit GCSE: kulit pertama hingga 2, kedua hingga 8, lalu 8 sebelum kulit keempat dimulai. Ini adalah model terbatas yang diperlukan, bukan aturan universal untuk semua unsur.

Contoh konfigurasi: kalsium memiliki Z = 20 dan karenanya 20 elektron. Tempatkan 2 di kulit pertama, 8 di kulit kedua, 8 di kulit ketiga dan 2 di kulit keempat: 2,8,8,2. Diagram harus menunjukkan keempat kulit tersebut dengan total jumlah elektron yang sama. Klorin adalah 2,8,7, dengan tiga kulit terisi dan tujuh elektron terluar.

Tabel periodik modern mengurutkan unsur berdasarkan nomor proton. Periode adalah baris; jumlah kulit terisi menentukan periode. Golongan adalah kolom yang berisi unsur dengan sifat kimia terkait. Untuk Golongan Utama 1–7, nomor golongan menunjukkan jumlah elektron terluar. Golongan 0 memiliki kulit luar penuh: helium memiliki dua elektron, sedangkan gas mulia lainnya dalam model ini memiliki delapan. Pengecualian ini mencegah perlakuan setiap anggota golongan sebagai memiliki jumlah elektron yang identik.

Contoh prediksi: unsur pertama-twenta yang belum diketahui memiliki 2,8,1. Ia memiliki 11 elektron/proton, sehingga ia adalah natrium, di Periode 3 dan Golongan 1. Satu elektron terluarnya membantu memprediksi pembentukan ion +1 dan reaksi serupa dengan litium/potasium. Unsur dengan 2,8,7 cenderung menerima satu elektron dalam reaksi ionik. Posisi mendukung prediksi; namun tidak menggantikan bukti reaksi.

Tabel awal menggunakan kenaikan berat atom sebelum partikel subatomik ditemukan. Tabel tersebut tidak lengkap dan pengurutan massa yang ketat menempatkan beberapa unsur dengan tetangga yang tidak mirip. Mendeleev menyisakan tempat kosong untuk unsur yang belum ditemukan dan terkadang mengubah urutan massa agar sifat yang serupa tetap berkelompok. Ia memprediksi sifat unsur yang hilang; penemuan kemudian yang sesuai dengan prediksi tersebut mendukung susunannya. Pengetahuan tentang isotop menjelaskan mengapa urutan berat atom rata-rata tidak selalu sesuai dengan identitas unsur. Pengurutan modern menggunakan nomor proton.

Contoh penilaian bukti: menemukan unsur dengan sifat yang diprediksi di tempat kosong mendukung tabel lebih kuat daripada sekadar menemukan unsur baru apa pun. Prediksi yang gagal akan memicu tinjauan ulang susunan tersebut. Menyisakan tempat kosong adalah proposal yang dapat diuji, bukan pembuktian itu sendiri.

Logam, terutama di sebelah kiri/bawah, membentuk ion positif dalam reaksi dengan melepaskan elektron. Non-logam, terutama di sebelah kanan/atas, secara karakteristik tidak membentuk ion positif; mereka mungkin menerima elektron atau berbagi elektron dalam ikatan kovalen. Sebagian besar unsur adalah logam. Logam biasanya menghantarkan panas/listrik, berkilau, dan dapat dibengkokkan atau dibentuk; non-logam padat sering rapuh dan konduktor buruk. Ini adalah pola karakteristik dengan pengecualian, seperti grafit yang menghantarkan listrik, bukan definisi tanpa pengecualian.

Gas mulia tidak reaktif dan sulit membentuk molekul karena atomnya memiliki kulit luar yang penuh dan stabil. Mereka bersifat monatomik. Titik didih mereka meningkat ke bawah Group 0 seiring dengan peningkatan massa atom relatif. Gunakan data tren yang disediakan untuk memprediksi nilai perantara atau apakah anggota berikutnya mendidih lebih tinggi; jangan klaim nilai pasti tanpa data.

Logam alkali di Group 1 memiliki satu elektron terluar dan membentuk ion +1. Litium, natrium, dan kalium bereaksi dengan oksigen membentuk oksida, dengan klorin membentuk klorida, dan dengan air membentuk hidroksida logam serta hidrogen. Dalam model sekolah, 4Li + O₂ → 2Li₂O; 2Na + Cl₂ → 2NaCl; 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂. Jangan asumsikan setiap produk oksigen di bawah semua kondisi memiliki rumus yang sama; gunakan rumus yang disediakan saat menyetarakan persamaan.

Dengan air, litium berbuih dan bergerak lambat; natrium bereaksi lebih cepat dan sering meleleh menjadi bola yang bergerak; kalium bereaksi jauh lebih vigorously dan dapat menyala dengan nyala ungu muda. Ini adalah pengamatan dari demonstrasi yang diawasi. Reaktivitas meningkat ke bawah kelompok: lebih banyak kulit yang terisi menempatkan elektron terluar lebih jauh dari inti dengan lebih banyak efek peredaman, sehingga lebih mudah dilepaskan meskipun muatan inti lebih besar.

Halogen di Group 7 memiliki tujuh elektron terluar dan membentuk molekul diatomik: Cl₂, Br₂, dan I₂. Pada suhu kamar, klorin adalah gas berwarna hijau pucat, bromin adalah cairan berwarna merah-cokelat, dan iodin adalah padatan berwarna abu-abu-hitam. Massa molekul relatif, titik lebur, dan titik didih meningkat ke bawah kelompok. Reaktivitas menurun: wilayah terluar lebih jauh dari inti dan lebih terlindungi, sehingga tarikan terhadap elektron masuk menjadi lebih lemah.

Halogen membentuk halida ionik dengan logam, seperti NaCl, dan senyawa kovalen dengan non-logam, seperti HCl. Jangan mengatakan semua senyawa halogen mengandung ikatan ionik. Penggantian terjadi ketika halogen yang lebih reaktif menggantikan yang kurang reaktif dalam larutan halida akuatik.

Contoh penyelesaian penggantian: klorin ditambahkan ke kalium bromida menghasilkan bromin, memberikan larutan berwarna oranye/cokelat: Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂. Klorin menerima elektron dari ion bromida. Bromin tidak dapat menggantikan ion klorida karena ia kurang reaktif. Hasil "tidak ada reaksi" oleh karena itu dapat membantu menetapkan urutan reaktivitas. Untuk Tier Tinggi: Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻; 2Br⁻ → Br₂ + 2e⁻; net Cl₂ + 2Br⁻ → 2Cl⁻ + Br₂. Atom dan muatan kekal.

Gunakan kromium, mangan, besi, kobalt, nikel, dan tembaga sebagai contoh logam transisi. Dibandingkan dengan logam Group 1, mereka biasanya memiliki titik lebur dan densitas yang lebih tinggi, kekuatan/kekerasan yang lebih besar, dan reaktivitas yang lebih rendah terhadap oksigen, air, dan halogen. Tembaga tidak bereaksi dengan air dingin seperti natrium. Bandingkan contoh yang dinamai dan kondisi alih-alih mengasumsikan semua logam berperilaku sama.

Banyak unsur transisi membentuk ion dengan berbagai muatan dan senyawa berwarna, serta bertindak sebagai katalis. Besi membentuk Fe²⁺ dan Fe³⁺; garam besi(II) akuatik bisa berwarna hijau pucat dan garam besi(III) kuning/cokelat. Garam tembaga(II) akuatik seringkali berwarna biru. Warna bergantung pada senyawa/kondisi: tidak setiap senyawa dari suatu unsur memiliki warna tetap. Besi adalah katalis proses Haber; nikel mengkatalisis hidrogenasi. Contoh-contoh ini menggambarkan sifat tipikal, bukan sifat setiap senyawa transisi yang mungkin.

Contoh perhitungan hubungan rumus: sulfat adalah SO₄²⁻. Fe²⁺ menghasilkan FeSO₄; Fe³⁺ memerlukan dua ion besi dan tiga ion sulfat, menghasilkan Fe₂(SO₄)₃. Muatan seimbang hingga nol pada kedua senyawa. Proporsi/muatan besi yang berbeda menghasilkan senyawa yang berbeda meskipun nama ketiga elemennya sama.

• Pilih pemisahan berdasarkan sifat komponen dan produk yang diperlukan; jelaskan apa yang terjadi pada setiap tahap.
• Hubungkan pengamatan hamburan alfa ke model nuklir, alih-alih menghafal garis waktu semata.
• Hitung partikel dalam atom dan ion; hitung rata-rata tertimbang; bedakan jari-jari, diameter, dan skala.
• Representasikan susunan elektron dua puluh pertama baik sebagai angka maupun diagram kulit, lalu prediksi posisi periodiknya.
• Gunakan bukti untuk menjelaskan tren grup dan penggantian; bandingkan sifat logam transisi yang dinamai dengan Group 1.