Struktur Atom: Pengertian, Rumus, Contoh Soal

Pemahaman mengenai struktur atom sangat penting untuk bisa membedakan karakteristik antara satu atom dengan atom lainnya. Karakteristik atom dipengaruhi oleh perbedaan susunan atom meliputi jumlah neutron, proton, neutron. Selain itu, beda susunan juga terkait nomor atom, nomor massa dan lainnya.

Bagian-Bagian Struktur Atom

1. Elektron

Partikel elektron pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwan bernama Joseph John Thomson di tahun 1900. Penemuan elektron berkat dilakukannya percobaan terhadap hantaran listrik melewati tabung hampa. Seperti yang diketahui gas di tekanan normal tidak bisa menghantarkan listrik.

Untuk itu dilakukan percobaan pada tabung pengawanmuatan (discharge tube) atau tabung hampa yang pada bagian ujung tabung dipasangi 2 plat logam sebagai electrode (sambungan listrik). Nantinya tekanan gas di dalam tabung diatur menggunakan pompa vakum atau pompa isap.

Saat tekanan di dalam tabung cukup rendah dan dialirkan tegangan cukup tinggi hingga ribuan Volt, maka gas di dalam tabung akan berpijar dengan warna cahaya bergantung kepada jenis gas di dalam tabung. Saat tekanan gas diturunkan maka daerah yang ada di depan katode menggelap.

Saat dilakukan percobaan, Thomson menemukan adanya sinar katode yang kemudian dinamakan sebagai elektron. Thomson menyimpulkan bahwa elektron adalah partikel dasar penyusun atom. Elektron pada atom memiliki massa yang sangat kecil dan memiliki muatan -1. Lambang elektron:

Sifat elektron:

• Elektron berada di luar inti atom dan bergerak mengelilingi inti atom pada orbital tertentu yang membentuk kulit atom. Kedudukan elektron pada orbitalnya dituliskan menggunakan bilangan kuantum.
• Elektron bersifat partikel dan gelombang
• Elektron bermuatan negatif dengan muatan 1 elektron = e = 1,60217733 x 10ˉ¹⁹ Coulomb
• Massa elektron 9,1093897 x 10ˉ²⁸ gram ≈ 9,11 x 10ˉ²⁸ gram atau sekitar 0,0005858 sma.

2. Partikel Penyusun Inti Atom

Struktur atom berikutnya adalah inti atom yang terdiri dari partikel proton dan neutron. Inti atom pertama kali dideteksi oleh Ernest Rutherford ketika melakukan penelitian lewat serangkaian uji coba penembakan lempeng emas tipis dengan partikel sinar alfa berenergi tinggi.

Berdasaran penelitian tersebut diperoleh kesimpulan bahwa inti atom bermuatan positif dengan massa atom terpusat pada inti atom. Inti atom sendiri terdiri dari dua partikel yakni proton dan neutron.

• Proton

Proton dilambangkan dengan p merupakan partikel bermuatan positif yang memiliki massa sebesar 1,6726231 x 10ˉ²⁴ gram. Mengingat ukurannya yang sangat kecil dan kurang praktis, maka digunakanlah satuan khusus yakni satuan massa atom (sma). Satu partikel proton memiliki massa 1,0073 sma ≈ 1 sma.

1 sma = 1,66 x 10ˉ²⁴ gram.

Muatan proton dilambangkan dengan +1 atau +1,6 x 10ˉ¹⁹ Coulomb

• Neutron

Partikel inti atom neutron ditemukan oleh imuwan James Chadwick di tahun 1932. Meski begitu, keberadaan neutron sebelumnya sudah diduga oleh Aston di tahun 1919 karena adanya atom dari unsur yang sama memiliki massa yang berbeda.

Penelitian menunjukkan bahwa massa suatu atom tidak sama dengan jumlah protonnya. Atom dari unsur yang sama namun mempunyai massa berbeda disebut sebagai isotop. Disimpulkan bahwa di dalam inti atom terdapat partikel netral yang disebut neutron yang massanya hampir sama dengan massa proton.

Mssa 1 neutron = 1,6749544 x 10ˉ²⁴ gram = 1 sma

Neutron tidak mempunyai muatan (netral)

Susunan Atom

Untuk memahami susunan atom maka ada beberapa istilah terkait atom unsur yang harus dipelajari yakni nomor massa, nomor atom, isotop, isobar dan juga isoton. 

1. Nomor Atom

Nomor atom dikenal juga sebagai nomor proton merupakan jumlah proton yang ada di dalam suatu atom. Jumlah proton sendiri sangat khas untuk setiap unsur. Sehingga atom dari unsur yang sama tentu memiliki jumlah proton yang sama namun jumlah proton ini berbeda untuk atom dari unsur lain.

Nomor atom sendiri bisa dilihat melalui tabel sistem periodik. Jumlah proton sama dengan jumlah elektron.

Nomor atom = jumlah proton = jumlah elektron.

2. Nomor Massa

Nomor massa atom terdiri dari massa proton dan juga massa neutron di inti atom. Seperti yang diketahui massa proton = 1,0073 sma sementara massa neutron = 1,0087 sma. Massa elektron sendiri diabaikan karena sangat kecil.

Nomor massa = jumlah neutron + jumlah proton

3. Notasi Susunan Atom

Susunan struktur atom yang menyatakan jumlah proton, neutron dan elektron bisa dilihat dari lambang atau notasi susunan atom seperti di bawah:

Diketahui:

X = lambang unsur atau atom
A = nomor massa
Z = nomor atom

4. Isotop

Teori atom Dalton menyatakan bahwa atom dari unsur yang sama mempunyai massa atom yang sama. Setelah penelitian lebih lanjut baru diketahui bahwa teori atom Dalton ini kurang tepat mengingat ada beberapa atom dari unsur yang sama mempunyai massa berbeda.

Fenomena atom dari unsur sama namun massa berbeda disebut sebagai isotop. Isotop yaitu unsur-unsur sejenis yang mempunyai nomor atom sama namun massa atomnya berbeda. Sederhananya, isotop atom mempunyai jumlah proton pada inti atom sama namun jumlah neutronnya berbeda.

Contoh isotop yakni pada atom Oksigen sebagai berikut:

Contoh isotop lainnya ada pada atom Karbon yang mempunyai 3 isotop juga seperti atom Oksigen:

5. Isobar

Isobar merupakan atom unsur berbeda namun memiliki nomor massa sama sementara nomor atomnya berbeda. Contoh isobar adalah atom Karbon-14 dengan atom Nitrogen-14. Ada juga atom Natrium-24 dengan atom Magnesium-24.

6. Isoton

Isoton merupakan atom dari unsur berbeda yang memiliki nomor atom beda namun jumlah neutron pada inti atomnya sama. Contoh isoton adalah pada atom Karbon-13 dan atom Nitrogen-14 kemudian ada juga atom Phospor-31 dan atom Sulfur-32.

7. Massa Atom dan Massa Atom Relatif

Perhitungan kimia menggunakan massa atom relatif dan bukan massa atom absolut. Massa atom relative merupakan perbandingan antara massa suatu atom terhadap massa atom yang lain, yakni menggunakan 1/12 dari massa 1 buah atom C-12.

Massa atom yang digunakan untuk menghitung massa atom relatif adalah massa rata-rata dari isotop suatu unsur.

Contoh Soal Struktur Atom

Tentukan jumlah proton, neutron dan elektron dari atom unsur berikut:

Penutup

Struktur atom terdiri dari elektron di kulit atom dan penyusun inti atom. Inti atom terdiri dari partikel-partikel proton dan neutron yang mana massa atom terpusat pada inti atom. Untuk atom dari unsur yang sama bisa jadi memiliki massa yang berbeda apabila memiliki isotop.