Perkembangan Pengelompokan Unsur

Pada  awalnya,  unsur  hanya  digolongkan  menjadi  logam  dan nonlogam. Dua puluh unsur yang dikenal pada masa itu mempunyai sifat  yang  berbeda  satu  dengan  yang  lainnya.  Setelah  John  Dalton mengemukakan teori atom maka terdapat perkembangan yang cukup berarti dalam pengelompokan unsur-unsur. Penelitian Dalton tentang atom menjelaskan bahwa setiap unsur mempunyai atom-atom dengan sifat   tertentu   yang   berbeda   dari   atom   unsur   lain.   Hal   yang membedakan diantara unsur adalah massanya.

Pada  awalnya  massa  atom  individu  belum  bisa  ditentukan karena atom mempunyai massa yang amat kecil sehingga digunakan massa atom relatif yaitu perbandingan massa antar-atom. Berzelius pada  tahun 1814  dan  P.  Dulong  dan  A.  Petit  pada  tahun 1819 melakukan  penentuan  massa  atom  relatif  berdasarkan  kalor  jenis unsur.  Massa  atom  relatif  termasuk  sifat  khas  atom  karena  setiap unsur  mempunyai  massa  atom  relatif  tertentu  yang  berbeda  dari unsur   lainnya.   Penelitian   selanjutnya   melibatkan   Dobereiner, Newlands, mendeleev dan Lothar Meyer yang mengelompokkan unsur berdasarkan massa atom relatif.

Unsur klorin, bromin dan iodinUnsur klorin, bromin dan iodin

Triad Dobereiner

Johann  Wolfgang  Dobereiner  pada  tahun  1829  menjelaskan hasil  penelitiannya  yang  menemukan  kenyataan  bahwa  massa  atom relatif stronsium berdekatan dengan massa rata-rata dua unsur lain yang  mirip  dengan  stronsium  yaitu  kalsium  dan  barium.  Hasil penelitiannya  juga  menunjukkan  bahwa  beberapa  unsur  yang  lain menunjukkan    kecenderungan    yang    sama.    Berdasarkan    hasil penelitiannya,  Dobereiner  selanjutnya  mengelompokkan  unsur-unsur dalam kelompok-kelompok tiga unsur yang lebih dikenal sebagai triad. Triad yang ditunjukkan oleh Dobereiner tidak begitu banyak sehingga berpengaruh terhadap penggunaannya.

Massa Atom Relatif Unsur Triad DobereinerMassa Atom Relatif Unsur Triad Dobereiner
Johann Wolfgang DobereinerJohann Wolfgang Dobereiner
Triad DobereinerTriad Dobereiner

Hukum oktaf Newlands

Hukum oktaf ditemukan oleh A. R. Newlands pada tahun 1864. Newlands mengelompok-kan unsur berdasarkan kenaikan massa atom relatif  unsur. Kemiripan  sifat ditunjukkan  oleh  unsur  yang  berseliih satu oktaf yakni unsur ke-1 dan unsur ke-8 serta unsur ke-2 dan unsur ke-9. Daftar unsur yang berhasil dikelompokkan berdasarkan hukum oktaf oleh Newlands ditunjukkan pada tabel berikut.

John NewlandsJohn Newlands
Tabel oktaf NewlandsTabel oktaf Newlands

Hukum  oktaf  Newlands  ternyata  hanya  berlaku  untuk  unsur-unsur dengan  massa  atom  relatif  sampai 20 (kalsium).  Kemiripan  sifat terlalu dipaksakan apabila pengelompokan dilanjutkan.

Sistem Periodik Mendeleev

Dmitri  Ivanovich  Mendeleev  pada  tahun 1869  melakukan pengamatan terhadap 63 unsur yang sudah dikenal dan mendapatkan hasil bahwa sifat unsur merupakan fungsi periodik dari massa atom relatifnya. Sifat tertentu akan berulang secara periodik apabila unsurunsur   disusun   berdasarkan   kenaikan   massa   atom   relatifnya. Mendeleev selanjutnya menempatkan unsur-unsur dengan kemiripan sifat pada satu lajur vertikal yang disebut golongan. Unsur-unsur juga disusun berdasarkan kenaikan massa atom relatifnya dan ditempatkan dalam satu lajur yang disebut periode. Sistem periodik yang disusun Mendeleev dapat dilihat pada tabel berikut:

Dmitri Ivanovich MendeleevDmitri Ivanovich Mendeleev
Sistem Periodik MendeleevSistem Periodik Mendeleev

Mendeleev    sengaja    mengosong-kan    beberapa    tempat    untuk menetapkan  kemiripan  sifat  dalam  golongan.  Beberapa  kotak  juga sengaja  dikosongkan  karena  Mendeleev  yakin masih  ada  unsur yang belum dikenal karena belum ditemukan. Salah satu unsur baru yang sesuai   dengan   ramalan   Mendeleev   adalah   germanium   yang sebelumnya diberi nama ekasilikon oleh Mendeleev.

Sistem Periodik Moseley

Perkembangan  terbaru  mengenai  atom  menjelaskan  bahwa atom  dapat  terbagi  menjadi  partikel  dasar  atau  partikel  subatom. Atom  selanjutnya  diketahui  tersusun  oleh  proton,  elektron  dan netron.  Jumlah  proton  merupakan  sifat  khas  unsur.  Setiap  unsur mempunyai  jumlah  proton  tertentu  yang  berbeda  dari  unsur  lain. Jumlah proton suatu unsur dinyatakan sebagai nomor atom.

Henry G. Moseley yang merupakan penemu cara menentukan nomor atom pada tahun  1914 kembali menemukan bahwa sifat-sifat unsur  merupakan  fungsi  periodik  nomor  atomnya.  Pengelompokan yang  disusun  oleh  Mendeleev  merupakan  susunan  yang  berdasarkan kenaikan nomor atomnya. Penyusunan telurium dan iodin yang tidak sesuai dengan kenaikan massa atom relatifnya ternyata sesuai dengan kenaikan nomor atomnya.

Henry G. MoseleyHenry G. Moseley

Periode dan Golongan

Sistem periodik modern tersusun berdasarkan kenaikan nomor atom  dan  kemiripan  sifat.  Lajur  horisontal  yang  disebut  periode, tersusun berdasarkan kenaikan nomor atom sedangkan lajur vertikal yang  disebut  golongan  tersusun  berdasarkan  kemiripan  sifat.  Unsur golongan  A  disebut  golongan  utama  sedangkan  golongan  B  disebut golongan  transisi.  Golongan  dapat  dieri  tanda  nomor  1  sampai  18 berurutan  dari  kiri  ke  kanan.  Berdasarkan  penomoran  ini,  golongan transisi mempunyai nomor 3 sampai 12.

Sistem  periodik  modern  tersusun  atas 7  periode  dan 18 golongan yang terbagi menjadi 8 golongan utama atau golongan A dan 8 golongan transisi atau golongan B.

Sistem Periodik ModernSistem Periodik Modern

Contoh soal :

Tentukan  periode  dan  golongan  unsur  X,  Y  dan  Z  apabila diketahui konfigurasi elektronnya adalah

X          = 2, 3

Y          = 2, 8, 4

Z          = 2, 8, 7

Jawab:

Unsur    Periode    Golongan

X          2          IIIA

Y          3          IVA

Z          3          VIIA

 

Satu prestasi intelektual yang terbesar dalam kimia adalah tabel periodik unsur. Tabel periodik dapat dicetak dalam satu lembar kertas, tetapi apa yang terkandung di dalamnya dan apa yang dapat diberikan kepada kita sangat banyak dan tidak ternilai. Tabel ini adalah hasil jerih payah tak kenal lelah, yang berawal dari zaman Yunani, untuk mengetahui sifat materi sebenarnya. Sem ini dapat dikatakan kitab sucinya kimia. Nilai sistem periodik bukan hanya pada organisasi informasi yang telah diketahui, tetapi juga kemampuannya memprediksi sifat yang belum diketahui. Keampuhan sesungguhnya tabel periodik terletak di sini.

a. Usulan-usulan sebelum Mendeleev

Konsep unsur merupakan konsep yang sangat tua, sejak jaman Yunani, Menurut filsuf Yunani, materi dibentuk atas empat unsur: tanah, air, api dan udara. Pandangan ini perlahan ditinggalkan, dan akhirnya di abad 17 definisi unsur yang diberikan oleh kimiawan Inggris Robert Boyle (16271691) menggantikan definisi lama tadi. Boyle menyatakan bahwa unsur adalah zat yang tidak dapat diuraikan menjadi zat yang lebih sederhana.

Lavoisier mengusulkan daftar unsur dalam bukunya “Traite Elementire de Chemie”. Walaupun ia memasukkan cahaya dan panas dalam daftarnya, anggota lain daftar adalah apa yang kita sebut sebagai unsur sampai saat ini. Selain itu, ia menambahkan pada daftar unsur-unsur yang belum dideteksi tetapi ia yakini keberadaannya. Misalnya, khlorin pada waktu itu belum diisolasi, tetapi ia menambahkannya pada tabel sebagai radikal dari asam muriatik. Demikian juga, natrium dan kalium ada juga dalam tabel.

Di awal abad 19, unsur-unsur ini diisolasi dengan elektrolisis, dan daftar unsur perlahan diperluas. Di pertengahan abad 19, analisis spektroskopi, metoda bari mendeteksi unsur dikenalkan dan mempercepat pertambahan daftar ini. Walaupun disambut gembira oleh kimiawan, masalahmasalh baru muncul. Salah satu pertanyaan adalah ‘Apakah jumlah unsur terbatas?’ dan pertanyaan lain adalah ‘Apakah sifat unsur-unsur diharapkan akan mempunyai keteraturan tertentu?’

Penemuan unsu-unsur baru mengkatalisi diskusi-diskusi semacam ini. Ketika iodin ditemukan di tahun 1826, kimiawan Jerman Johann Wolfgang Döbereiner (1780-1849) mencatat kemiripan antara unsur ini dengan unsur yang telah dikenal khlorin dan bromin. Ia juga mendeteksi trio unsur mirip lain. Inilah yang dikenal dengan teori triade Döbereiner.

Tabel 5.1 Triade Döbereiner

litium (Li) kalsium (Ca) Khlorin (Cl) sulfur (S) mangan (Mn)
Natrium (Na) stronsium (Sr) Bromin (Br) selenium (Se) khromium (Cr)
kalium (K) barium (Ba) iodin (I) telurium (Te) Besi (Fe)

b. Prediksi Mendeleev dan kebenarannya

Banyak ide pengelompokan unsur yang lain yang diajukan tetapi tidak memuaskan masyarakat ilmiah waktu itu. Namun, teori yang diusulkan oleh kimiawan Rusia Dmitrij Ivanovich Mendeleev (1834-1907), dan secara independen oleh kimiawan Jerman Julius Lothar Meyer (1830-1895) berbeda dengan usulan-usulan lain dan lebih persuasif. Keduanya mempunyai pandangan sama sebagai berikut:

Pandangan Mendeleev dan Meyer

  1. Daftar unsur yang ada waktu itu mungkin belum lengkap.
  2. Diharapkan sifat unsur bervariasi secara sistematik. Jadi sifat unsur yang belum diketahui dapat diprediksi.

Awalnya teori Mendeleev gagal menarik perhatian. Namun, di tahun 1875, ditunjukkan bahwa unsur baru galium ditemukan oleh kimiawan Perancis Paul Emile Lecoq de Boisbaudran (18381912) ternyata bukan lain adalah eka-aluminum yang keberadaan dan sifatnya telah diprediksikan oleh Mendeleev. Jadi, signifikansi teori Mendeleev dan Meyer secara perlahan diterima. Tabel 5.2 memberikan sifat yang diprediksi oleh Mendeleev untuk unsur yang saat itu belum diketahui ekasilikon dan sifat germanium yang ditemukan oleh kimiawan Jerman Clemens Alexander Winkler (1838-1904).

Tabel 5.2 Prediksi sifat unsu eka-silikon oleh Mendeleev dan perbandingannya dengan sifat yang kemudian ditemukan.

Sifat eka-silicon germanium
Massa atom relatif 72 72,32
Rapat massa 5,5 5,47
Volume atom 13 13,22
Valensi 4 4
Kalor jenis 0,073 0,076
Rapat jenis dioksida 4,7 4,703
Titik didih tetrakhlorida (°C) <100 86

Mendeleev mempublikasikan tabel yang dapat dianggap sebagai asal mula tabel periodik modern. Dalam menyiapkan tabelnya, Mendeleev awalnya menyusun unsur berdasarkan urutan massa atomnya, sebagaimana pendahulunya. Namun, ia menyatakan keperiodikan sifat, dan kadang menyusun ulang unsur-unsur, yang berakibat membalikkan urutan massa atom.

Lebih lanjut, situasinya diperumit sebab prosedur menentukan massa atom belum distandarkan, dan kadang kimiawan mungkin menggunakan massa atom yang berbeda untuk unsur yang sama. Dilema ini secara perlahan diatasi setelah International Chemical Congress (Kongres ini diadakan di tahun 1860 di Karlsruhe, Jerman. Tujuan kongres ini untuk mendiskusikan masalah penyatuan massa atom. Dalam kesempatan ini Cannizzaro mengenalkan teori Avogadro.) pertama yang dihadiri oleh Mendeleev, namun kesukaran-kesukaran tetap ada.

Dengan mendasarkan pada valensi dalam menentukan massa atom, Mendeleev sedikit banyak menyelesaikan masalah (Tabel 5.3).

Tabel 5.3 Tabel Periodik awal Mendeleev (1869).

c. Tabel Periodik dan konfigurasi elektron

Tabel periodik secara terus menerus bertambah unsurnya setelah tabel periodik diusulkan Mendeleev. Sementara, muncul berbagai masalah. Salah satu masalah penting adalah bagaimana menangani gas muliaunsur transisi dan unsur tanah jarang. Semua masalah ini dengan baik diselesaikan dan membuat tabel periodik lebih bernilai. Tabel periodik, kitab suci kimia, harus dirujuk secara rutin.

Golongan baru gas mulia dengan mudah disisipkan di antara unsur positif yang sangat reaktif, logam alkali (golongan 1) dan unsur negatif yang sangat reaktif, halogen (golongan 7).

Unsur logam transisi diakomodasi dalam tabel periodik dengan menyisipkan periode panjangwalaupun rasionalnya tidak terlalu jelas. Masalah yang nyata adalah lantanoid. Lantanoid ditangani sebagai unsur “ekstra” dan ditempatkan secara marjinal di luar bagian utama tabel periodik. Namun, sebenarnya prosedur ini tidak menyelesaikan masalah utama. Pertama, mengapa unsur ekstra ini ada tidak jelas, bahkan lebih menjadi teka-teki adalah pertanyaan: apakah ada batas jumlah unsur dalam tabel periodik? Karena ada unsur-unsur yang sangat mirip, sangat sukar untuk memutuskan berapa banyak unsur dapat ada di alam.

Teori Bohr dan percobaan Moseley menghasilkan penyelesaian teoritik masalah-masalah ini. Penjelasan tabel periodik dari periode pertama sampai periode ketiga dapat dijelaskan dengan teori konfigurasi elektron yang dipaparkan di bab 4. Periode pertama (1H dan 2He) berkaitan dengan proses memasuki orbital 1s. Demikian juga periode kedua (dari 3Li sampai 10Ne) berkaitan dengan pengisian orbital 1s, 2s dan 2p, dan periode ke-3 (dari 11Na sampai 18Ar) berkaitan dengan pengisian orbital 1s, 2s, 2p, 3s dan 3p.

Periode panjang dimulai periode ke-4. Penjelasan atas hal ini adalah karena bentuk orbital d yang berbeda drastis dari lingkaran, dan jadi energi elektron 3d bahkan lebih tinggi dari 4s. Akibatnya, dalam periode ke-4, elektron akan mengisi orbital 4s (19K dan 20Ca) segera setelah pengisian orbital 3s dan 3p, melompati orbital 3d. Kemudian elektron mulai menempati orbital 3d. Proses ini berkaitan dengan sepuluh unsur dari 21Sc sampai 30Zn. Proses pengisian orbital 4p selanjutnya berkaitan dengan enam unsur dari 31Ga sampai 36Kr. Inilah alasan mengapa periode ke-4 mengandung 18 unsur bukan 8. Energi elektron orbital 4f jauh lebih tinggi dari orbital 4d dan dengan demikian elektron 4f tidak memainkan peran pada unsur periode ke-4.

Tabel 5.4a Konfigurasi elektron atom 1H-54Xe. Tabel 5.4b Konfigurasi elektron atom (55Cs-103Lr).

Periode ke-5 mirip dengan periode ke-4. Elektron akan mengisi orbital 5s, 4d dan 5p dalam urutan ini. Akibatnya periode ke-5 akan memiliki 18 unsur. Orbital 4f belum terlibat dan inilah yang merupakan alasan mengapa jumlah unsur di periode 5 adalah 18.

Jumlah unsur yang dimasukkan dalam periode ke-6 berjumlah 32 sebab terlibat 7×2 = 14 unsur yang berkaitan dengan pengisian orbital 4f. Awalnya elektron mengisi orbital 6s (55Cs dan 56Ba). Walaupun ada bebrapa kekecualian, unsur dari 57La sampai 80Hg berkaitan dengan pengisian orbital 4f dan kemudian 5d. Deret lantanoid (sampai 71Lu) unsur tanah jarang berkaitan dengan pengisian orbital 4f. Setelah proses ini, enam unsur golongan utama (81Tl sampai 86Rn) mengikuti, hal ini berkaitan dengan pengisian orbital 6p.

Periode ke-7 mulai dengan pengisian orbital 7s (87Fr dan 88Ra) diikuti dengan pengisian orbital 5f menghasilkan deret aktinoid unsur tanah jarang (dari 89Ac sampai unsur no 103). Dunia unsur akan meluas lebih lanjut, tetapi di antara unsur-unsur yang ada alami, unsur dengan nomor atom terbesar adalah 92U. Unsur setelah 92U adalah unsur-unsur buatan dengan waktu paruh yang sangat pendek. Sukar untuk meramalkan perpanjangan daftar unsur semacam ini, tetapi sangat mungkin unsur baru akan sangat pendek waktu paruhnya.

Di Tabel 5.5, dirangkumkan hubungan antara tabel periodik dan konfigurasi elektron.

Tabel 5.5 Konfigurasi elektron tiap perioda.

period orbital yang diisi jumlah unsur
1 (pendek) 1s 2
2 (pendek) 2s, 2p 2 + 6 = 8
3 (pendek) 3s, 3p 2 + 6 = 8
4 (panjang) 3d, 4s, 4p 2 + 6 + 10 = 18
5 (panjang) 4d, 5s, 5p 2 + 6 + 10 = 18
6 (panjang) 4f, 5d, 6s, 6p 2 + 6 + 10 + 14 = 32

Contoh Soal

5.1 Konfigurasi elektron lawrensium. Konfigurasi elektron 89Ac adalah 86Rn.6d17s2. Tuliskan konfigurasi elektron lawrensium 103Lr.

Jawab:

Lawrensium memiliki 14 elektron lebih banyak dari aktinium. Karena elektron akan mengisi orbital 5f, konfigurasi elektronnya 103Lr adalah 86Rn. 5f146d17s2.

Sebagaimana dipaparkan sebelumnhya, hukumMoseley menyatakan bahwa ada hubungan antara panjang gelombang λ sinar-X karakteristik unsur dan muatan listrik intinya Z (yakni, nomor atom): 1/λ = c(Z – s)2 (2.11)

Berkat hukum Moseley, unsur-unsur kini dapat disebut dengan menyebut nomor atomnya. Kini kita dapat dengan tepat mengetahui jumlah unsur di alam.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s