Struktur Atom – Keunggulan Nanomaterial, Pengertian, Pentingnya, Struktur, Jari dan Konsep

link Absensi : https://forms.gle/227AHpMWBU62yX9j6

Pengertian dan Pentingnya Nanoteknologi

Kata nano berasal dari Bahasa Yunani yang artinya kerdil. Ukurannya adalah satu perseribu juta atau satu persemilyar. Jika dibandingkan terhadap ukuran meter maka satu nanometer (nm) sama dengan 10–9 m. Bisakah Kalian mengamati benda seukuran ini? Ukuran nano ini digunakan pada rekayasa teknologi sehingga dikenal dengan istilah nanoteknologi. Istilah ini muncul pada tahun 1974 yaitu saat Norio Taniguchi menyatakan bahwa material dapat dikontrol dan direkayasa hingga ukurannya lebih kecil dari ukuran mikrometer.

Jadi area nanoteknologi adalah teknik bagaimana menciptakan mesin-mesin seukuran molekul untuk memanipulasi dan mengontrol sebuah objek. Melalui nanoteknologi, material dapat didesain sedemikian rupa untuk memperoleh sifat dan material yang diinginkan tanpa memboroskan atom-atom yang tidak diperlukan. Ingatlah bahwa salah satu prinsip kimia hijau adalah atom ekonomi. Oleh karena itu nanoteknologi merupakan salah satu penerapan prinsip kimia hijau untuk tujuan pelestarian lingkungan.

Sebagai gambaran pentingnya nanoteknologi mari kita lihat kembali potensi Lumpur Lapindo. Sebelum diketahui bahwa terdapat kandungan LTJ, penelitian sebelumnya mengungkapkan adanya silika dalam lumpur Lapindo yang telah diproses menggunakan mesin ball mill untuk menghasilkan nanosilika. Silika ukuran nano ini berguna untuk memperkuat bahan bangunan yaitu batako atau batubata. Nanosilika yang berasal dari lumpur Lapindo dicampur dengan semen masing-masing dengan perbandingan 50 persen. Pada penggunaannya sebagai bahan bangunan ternyata hanya dengan komposisi 10 persen nanosilika dari berat total semen maka kekuatannya bisa mencapai dua hingga tiga kali dari desain batubata atau batako yang dibuat tanpa teknologi nano.

Pada contoh yang sudah diulas, nanosilika dapat bersifat nanofiller ketimbang silika yang tidak berukuran nano. Nanosilika dapat mengisi rongga-rongga kosong di dalam batubata sehingga mencegah pelapukan dan tidak kedap air.

Struktur Atom

Atom memiliki bagian inti atom yang disebut nukleus sebagai pusat atom. Inti atom ini menentukan massa atom. Inti atom ditempati oleh partikel atom yaitu proton (partikel atom bermuatan positif) dan neutron (partikel atom tidak bermuatan listrik). Adapun partikel atom bermuatan negatif menempati bagian di luar nukleus.

Partikel Penyusun Atom

Proton. Simbol : p. Massa (g) dan (sma) : = 1,67262 × 10–24 g & = 1,00073 sma. Muatan : + 1,6022 × 10–19. Lokasi : dalam nukleus.
Neutron. Simbol : n. Massa (g) dan (sma) : = 1,67262 × 10–24 g & = 1.00087 sma. Muatan : 0. Lokasi : dalam nukleus
Elektron. Simbol : e. Massa (g) dan (sma) : = 9,10939 × 10–28 g & = 0,0006 sma. Muatan : – 1,6022 × 10–19. Lokasi : luar nukleus

Bahwa nomor massa menyatakan jumlah proton dan neutron sedangkan nomor atom menyatakan jumlah elektron. Dalam sebuah atom yang netral jumlah elektronnya sama dengan jumlah proton. Atom netral artinya atom tersebut tidak membentuk ion yaitu tidak melepas atau menangkap elektron pada kulit terluarnya.

Hubungan Lambang Unsur terhadap Partikel Penyusun Atom

Konfigurasi Elektron

Susunan elektron ini dikenal sebagai konfigurasi elektron. Pada bab ini dibahas singkat dua teori model atom yang mendasari konfigurasi elektron yaitu teori model atom Niels Bohr dan mekanika kuantum. Persamaan kedua teori ini adalah menjelaskan posisi dan susunan elektron pada suatu lokasi di luar nukleus.

Perbedaan Teori Model Atom Bohr terhadap Teori Model Atom Mekanika Kuantum

Pencetus
- Teori model atom Bohr
  - Niels Bohr (1885-1962)
- Teori model atom mekanika kuantum
  - Louis de Broglie
  - Heisenberg
- Erwin Schrodinger
Tahun
- Teori model atom Bohr
  - 1913
- Teori model atom mekanika kuantum
  - Dimulai tahun 1900
Keberadaan elektron
- Teori model atom Bohr
  - Elektron berada pada kulit atom/ orbit/lintasan yang merupakan tingkat energi elektron.
  - Lintasan elektron diasumsikan mirip sistem tata surya
  - Kulit atom yang paling dekat nukleus (kulit K) mempunyai energi electron paling rendah. Makin jauh dari nukleus tingkat energi membesar.
  - Elektron yang bermuatan negatif bergerak mengelilingi nukleus yang bermuatan positif. Selama bergerak pada lintasannya maka elektron tidak menyerap/ memancarkan energi.
  - Elektron yang berpindah dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi rendah akan memancarkan energi dari gelombang elektromagnetik. Demikian pula hal sebaliknya.
  - Posisi elektron tidak akurat.
- Teori model atom mekanika kuantum
  - Elektron berada dalam daerah paling memungkinkan terdapat elektron (disebut orbital).
  - Posisi elektron lebih akurat.
Bentuk orbit/ lintasan elektron
- Teori model atom Bohr
  - Dikemukakan berbentuk elips namun tidak dideskripsikan dengan jelas.
- Teori model atom mekanika kuantum
  - Selain berbentuk bola ada juga bentuk spesifik lainnya yang dapat dideskripsikan dengan jelas.
Perilaku elektron
- Teori model atom Bohr
  - Sebagai partikel saja.
- Teori model atom mekanika kuantum
  - Sebagai partikel sekaligus gelombang (dualisme gelombang partikel).
Efek elektromagnetik
- Teori model atom Bohr
  - Tidak dapat menjelaskan efek medan magnet (Zeeman effect) maupun efek medan listrik (Stark effect).
- Teori model atom mekanika kuantum
  - Mampu menjelaskan kedua efek tersebut dengan teliti.
Bilangan kuantum
- Teori model atom Bohr
  - Tidak dapat menjelaskan bilangan kuantum.
- Teori model atom mekanika kuantum
  - Bisa menjelaskan ke-4 bilangan kuantum sebagai ciri-ciri elektron yang spesifik.
Aplikasi

Teori model atom Bohr
- Hanya pada atom Hidrogen namun tidak pada atom berukuran besar.
Teori model atom mekanika kuantum

Pada semua ukuran atom baik kecil, besar, maupun kompleks.

Konfigurasi elektron teori model atom Bohr

Mengetahui konfigurasi elektron dari atom suatu unsur akan memberikan informasi letak unsur pada periode dan golongan dalam tabel sistem periodik. Jumlah kulit yang dimiliki atom merupakan letak unsur pada periode sementara jumlah elektron valensi adalah letak unsur pada golongan utama maupun transisi.

Jari-jari Atom sebagai Sifat Keperiodikan Unsur

Melalui konfigurasi elektron dari atom suatu unsur kita juga bisa mengetahui sifat kimia dan fisika yang spesifik pada unsur itu. Hal ini dinamakan sifat keperiodikan unsur. Salah satu sifat keperiodikan unsur yang dibahas pada bab ini adalah jari-jari atom. Bagaimana cara menghitung jari-jari atom? terdapat simbol “r” yaitu jari-jari dan “d” merupakan diameter. Adapun jari-jari atom dinyatakan dalam satuan Angstrom (Å). Satu Å = 100 pm (pikometer). Satu pm besarnya sama dengan 10–12 m. Ukuran jari-jari atom berkisar 30 – 300 pm.

Konsep Struktur Atom pada Bahasan Nanomaterial

Nanomaterial adalah salah satu aplikasi nanoteknologi. Mengapa struktur atom menjadi konsep penting dalam bahasan nanomaterial? Sifat material sangat dipengaruhi oleh ukuran partikel yaitu atom maupun molekul penyusunnya. Material berukuran nano pada batasan 1-100 nm memiliki sifat antara lain titik lebur, konduktivitas listrik, permeabilitas magnetik, warna, optis, dan reaktivitas kimia yang unik dan berbeda dibandingkan material pada ukuran makroskopik.

Bagaimana konsep pembentukan material menjadi berukuran nano? Sintesis nanomaterial antara lain dapat dilakukan dengan metode (1) top-down yaitu sintesis secara fisika. Pada metode ini partikel besar dipecah menjadi partikel berukuran nanometer (2) bottom-up yaitu proses sintesis nanopartikel secara kimia dengan melibatkan reaksi kimia dari sejumlah material awal sehingga dihasilkan material lain yang berukuran nanometer. Konsep perubahan sifat material pada ukuran nano didasari oleh dua aspek yaitu (1) ukuran material (2) luas permukaan material.

Ukuran material

Ukuran atom ditentukan oleh jari-jarinya. Semakin pendek jari-jari atom maka ukuran atom makin kecil. Material yang merupakan gabungan atom jika direduksi menjadi skala nano dapat menunjukkan sifat yang sangat berbeda dibandingkan dengan apa yang ditampilkan pada skala makro. Contohnya antara lain (1) tembaga adalah zat buram namun bisa menjadi transparan (2) platina adalah bahan inert yang berubah menjadi katalis (3) aluminium merupakan bahan yang sulit terbakar ternyata dapat menjadi mudah terbakar (4) emas yang tadinya padatan dapat berubah menjadi cairan pada suhu kamar (5) silikon yang bersifat isolator ternyata dapat bersifat konduktor.

Luas permukaan material

Material berskala nano memiliki luas permukaan yang relatif lebih besar jika dibandingkan material nonnano untuk massa yang sama. Hal ini dapat dijelaskan dari teori tumbukan yang akan Kalian pelajari lebih lanjut di kelas XI nanti. Teori ini menyatakan bahwa makin kecil ukuran material menyebabkan jumlah sisi aktif material untuk bereaksi secara kimia menjadi bertambah. Pertambahan jumlah sisi aktif merujuk pada makin luasnya permukaan sisi aktif partikel. Material menjadi lebih reaktif secara kimiawi ketimbang material nonnano. Dalam rangka mensintesis atom demi atom maka harus terjadi tumbukan antarpartikel untuk menghasilkan reaksi kimia. Tumbukan yang menghasilkan reaksi kimia harus terjadi pada sisi aktif. Oleh karenanya makin luas permukaan partikel akan memberi peluang terjadinya reaksi kimia karena bertambahnya sisi aktif.

SOAL UJI KOMPETENSI

( kerjaan di kertas dan hasilnya difoto utuk di upload )

Apa yang mengawali penemuan elektron?
Bagaimana hasil penelitian J Plucker mengenai sifat sinar katode?
Apa pendapat JJ Thomson mengenai sinar katode?
Bagaimana bunyi teori atom JJ Thomson?
Apa nama model percobaan yang dibuat oleh Robert A Millikan?

Search This Blog

PAKETB IPA

Materi IPA Paket C semester genap part 1