Struktur Atom: Pengertian, Rumus, dan Contoh Soal dalam Kimia

Artikel ini menjelaskan tentang struktur atom dan berbagai rumus matematis yang digunakan dalam kimia untuk menghitung sifat-sifat subatomik atom seperti nomor atom, nomor massa, jumlah elektron, kepadatan elektron, energi ionisasi, dan radius atom. Artikel ini juga dilengkapi dengan contoh soal untuk membantu pembaca memahami konsep dan aplikasi dari struktur atom dalam kimia. Dengan membaca artikel ini, pembaca akan memperoleh pemahaman yang lebih baik tentang sifat-sifat kimia unsur dan senyawa serta aplikasi-aplikasi kimia yang bermanfaat bagi manusia dan lingkungan.

Pengertian Struktur Atom

Struktur atom adalah susunan partikel-partikel subatomik yang terdiri dari proton, neutron, dan elektron yang membentuk atom. Atom merupakan partikel terkecil dari sebuah unsur yang memiliki sifat-sifat yang khas dan unik. Dalam struktur atom, proton dan neutron terkonsentrasi di dalam inti atom, sedangkan elektron bergerak di sekitar inti tersebut.

Setiap atom memiliki nomor atom yang unik yang menunjukkan jumlah proton yang terdapat di dalam inti atom. Sementara itu, jumlah neutron dapat bervariasi dan menentukan isotop dari unsur tersebut. Struktur atom dapat dijelaskan melalui rumus-rumus matematis yang digunakan untuk menghitung sifat-sifat subatomik dari atom tersebut.

Rumus Struktur Atom

1. Rumus Nomor Massa

Nomor massa adalah jumlah proton dan neutron yang terkandung dalam inti atom. Rumus nomor massa adalah:

Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron

Contoh: Atom karbon memiliki 6 proton dan 6 neutron di dalam intinya. Oleh karena itu, nomor massa dari atom karbon adalah:

Nomor massa = 6 + 6 = 12

2. Rumus Nomor Atom

Nomor atom adalah jumlah proton yang terdapat dalam inti atom. Rumus nomor atom adalah:

Nomor atom = jumlah proton

Contoh: Atom karbon memiliki 6 proton di dalam intinya. Oleh karena itu, nomor atom dari atom karbon adalah:

Nomor atom = 6

3. Rumus Elektron

Elektron adalah partikel subatomik yang bermuatan negatif dan bergerak di sekitar inti atom. Rumus elektron digunakan untuk menghitung jumlah elektron yang berada di dalam kulit elektron atom. Rumus elektron adalah:

Elektron = Nomor atom - jumlah proton

Contoh: Atom karbon memiliki nomor atom 6 dan 6 proton. Oleh karena itu, jumlah elektron yang terkandung dalam atom karbon adalah:

Elektron = 6 - 6 = 0

Artinya, atom karbon tidak memiliki muatan listrik karena jumlah elektron dan proton yang sama.

4. Rumus Kepadatan Elektron

Kepadatan elektron menggambarkan kepadatan elektron pada suatu titik di sekitar inti atom. Rumus kepadatan elektron adalah:

Kepadatan elektron = e / V

e adalah jumlah elektron yang terkandung dalam suatu ruang di sekitar inti atom, sedangkan V adalah volume ruang tersebut.

Contoh: Atom helium memiliki dua elektron yang berada di dalam kulit elektronnya. Ruang yang ditempati oleh kedua elektron tersebut memiliki volume sebesar 4/3πr³, di mana r adalah jari-jari dari ruang tersebut. Oleh karena itu, kepadatan elektron dalam atom helium adalah:

Kepadatan elektron = 2 / (4/3πr³) = 6πr³ / 4

5. Rumus Energi Ionisasi

Energi ionisasi adalah energi yang diperlukan untuk mengionisasi atau menghilangkan satu elektron dari suatu atom netral. Rumus energi ionisasi adalah:

Energi ionisasi = - ΔH / n

ΔH adalah perubahan entalpi dalam proses ionisasi, sedangkan n adalah jumlah elektron yang dihilangkan.

Contoh: Atom litium memiliki tiga elektron yang berada di dalam kulit elektronnya. Energi ionisasi pertama dari atom litium adalah 520 kJ/mol. Oleh karena itu, energi ionisasi pertama untuk menghilangkan satu elektron dari atom litium adalah:

Energi ionisasi = - 520 kJ/mol / 1 = -520 kJ/mol

6. Rumus Radius Atom

Radius atom menggambarkan ukuran dari suatu atom. Rumus radius atom adalah:

Radius atom = r0 × n² / Z

r0 adalah konstanta, n adalah nomor kulit elektron, dan Z adalah nomor atom.

Contoh: Atom karbon memiliki nomor atom 6 dan memiliki empat kulit elektron. Oleh karena itu, radius atom karbon adalah:

Radius atom = r0 × 4² / 6 = (0,529 Å) × 16 / 6 = 1,411 Å

Contoh Soal Struktur Atom

Berapa nomor atom dari suatu atom yang memiliki 26 elektron dan 30 neutron di dalam intinya?

Jawaban:

Nomor atom = jumlah proton = elektron
Jumlah proton = nomor atom
Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron

Jadi, kita dapat menghitung nomor massa terlebih dahulu:

Nomor massa = 26 + 30 = 56

Kemudian, kita dapat menghitung jumlah proton:

Jumlah proton = nomor massa - jumlah neutron
Jumlah proton = 56 - 30 = 26
Oleh karena itu, nomor atom dari atom tersebut adalah 26.

Hitung kepadatan elektron pada suatu titik di sekitar inti atom helium dengan volume 8πr³ dan dua elektron di dalamnya.

Jawaban:

Kepadatan elektron = e / V
e = 2 (jumlah elektron dalam atom helium)
V = 8πr³ (volume ruang sekitar inti atom helium)
Kepadatan elektron = 2 / (8πr³) = 1 / (4πr³)

Hitung energi ionisasi pertama untuk menghilangkan satu elektron dari atom kalium yang memiliki tiga kulit elektron dan energi ionisasi pertama sebesar 419 kJ/mol.

Jawaban:

Energi ionisasi = - ΔH / n
ΔH = 419 kJ/mol (energi ionisasi pertama)
n = 1 (menghilangkan satu elektron)
Energi ionisasi = - 419 kJ/mol / 1 = - 419 kJ/mol
Oleh karena itu, energi ionisasi pertama untuk menghilangkan satu elektron dari atom kalium adalah -419 kJ/mol.

Kesimpulan

Struktur atom adalah susunan partikel-partikel subatomik yang terdiri dari proton, neutron, dan elektron. Atom adalah partikel terkecil dari suatu unsur yang memiliki sifat-sifat yang khas dan unik. Rumus-rumus matematis digunakan untuk menghitung sifat-sifat subatomik dari atom, seperti nomor atom, nomor massa, jumlah elektron, kepadatan elektron, energi ionisasi, dan radius atom. Contoh soal digunakan untuk mengaplikasikan rumus-rumus struktur atom dalam situasi nyata. Memahami struktur atom sangat penting dalam kimia, karena sifat kimia unsur dan senyawa yang terbentuk dari unsur tersebut sangat dipengaruhi oleh jumlah dan susunan partikel-partikel subatomik dalam atom tersebut. Dengan memahami struktur atom, kita dapat memprediksi sifat-sifat kimia unsur dan senyawa, serta mengembangkan aplikasi-aplikasi kimia yang bermanfaat untuk manusia dan lingkungan.

Referensi:

Chang, R. (2010). Chemistry (10th ed.). New York: McGraw-Hill.
Ebbing, D. D., & Gammon, S. D. (2016). General Chemistry (10th ed.). Boston, MA: Cengage Learning.
Oxtoby, D. W., Gillis, H. P., & Campion, A. (2016). Principles of Modern Chemistry (8th ed.). Boston, MA: Cengage Learning.