kursor

Cute Polka Dotted Pink Bow Tie Ribbon

Rabu, 21 Desember 2011

Ikatan Hidrogen

1.      Valensi Hidrogen
Hidrogen merupakan unsur yang monovalen, hanya membentuk satu ikatan, tetapi pembentukan ikatan ini dapat terjadi secara empat macam:
a.      Pembentukan Kation H+
Ion H+ terbentuk dari atom H yang melepaskan electron. Ion H dalam air selalu ada dalam bentuk terhidrat, sebagai ion hidronium atau oksonium atau hidroksonium : H3O+
Bila asam dilarutkan dalan air, ion ini selalu terbentuk, hingga asam dapat didefenisikan sebagai zat yang larutannya dalam air membentuk ion H3O+.
HCL + H2O        H3O+    + Cl-
H2SO4 + H2O        H3O+    + HSO4-
HNO3 + H2O        H3O+    + NO3-
Ikatan dalam H3O+   berupa ikatan kovalen koordinasi.

b.      Pembentukan ion H-
Dengan mengikat satu electron, hydrogen dapat membentuk anion H-. hal ini terjadi pada senyawa-senyawa hidrida logam alkali dan alkali tanah. Hidrida ini berupa kristal-kristal tak berwarna, dapat dibuat dan logamnnya dengan gas H2. Hidrida-hidrida tersebut merupakan senyawa-senyawa ionik, misalnya:
LiH, NaH, KH, RbH, CsH, CaH2, SrH2, BaH2.
Dalam larutan, ion H- tidak mungkin ada, sebab bereaksi dengan air :
H-     + H2O        H2   +    OH-



c.       Pembentukan Ikatan Kovalen tunggal
dalam banyak senyawa, hydrogen membentuk  ikatan kovalen tunggal dengan atom-atom lain, seperti dalam senyawa-senyawa berikut:
B2H6          CH4                 NH3     H2O     HF
                  SiH4                 PH3      H2S      HCl
                  GeH4               AsH3   2Se    HBr
                  SnH4                SbH3    H2Te    HI
                  PbH­4                BiH3    (H­2PO)

d.      Pembentukan Ikatan satu electron, H.
Hal ini sangat jarang terjadi, kecuali dalam ion molekul, H2+, adanya ion ini dapat diketahui dalam tabung pelucutan.

2.      Ikatan Hidrogen
Ikatan kovalen dan ikatan ion yang telah dibahas biasanya sangat kuat, yaitu energy ikatannya sekitar 400-1500 kj mol-1. Yang akan ditinjau sekarang adalah ikatan yang lebih lemah dengan energy sekitar 10-40 kj mol-1, yaitu ikatan hydrogen, ikatan ini terbentuk antara dua atom yang sangat elektronegatif, X dan Y, dan dapat digambarkan sebagai

X – H - - - - - - - - - - - Y
Pendek          Panjang
Antara X dan Y terjadi ikatan kovalen. Ikatan Hidrogen hanya berarti bila atom X dan Y sangat elektronegatif, yaitu untuk unsur Nitrogen, Oksigen, dan Flour.
Dalam kimia, ikatan hidrogen adalah sejenis gaya tarik antarmolekul yang terjadi antara dua muatan listrik parsial dengan polaritas yang berlawanan. Walaupun lebih kuat dari kebanyakan gaya antarmolekul, ikatan hidrogen jauh lebih lemah dari ikatan kovalen dan ikatan ion. Dalam makromolekul seperti protein dan asam nukleat, ikatan ini dapat terjadi antara dua bagian dari molekul yang sama. dan berperan sebagai penentu bentuk molekul keseluruhan yang penting.
Ikatan hidrogen terjadi ketika sebuah molekul memiliki atom N, O, atau F yang mempunyai pasangan elektron bebas (lone pair electron). Hidrogen dari molekul lain akan berinteraksi dengan pasangan elektron bebas ini membentuk suatu ikatan hidrogen dengan besar ikatan bervariasi mulai dari yang lemah (1-2 kJ mol-1) hingga tinggi (>155 kJ mol-1).
Kekuatan ikatan hidrogen ini dipengaruhi oleh perbedaan elektronegativitas antara atom-atom dalam molekul tersebut. Semakin besar perbedaannya, semakin besar ikatan hidrogen yang terbentuk.
Ikatan hidrogen merupakan ikatan yang terjadi akibat gaya tarik antarmolekul antara dua muatan listrik parsial dengan polaritas yang berlawanan. Ikatan hidrogen seperti interaksi dipol-dipol dari Van der Waals. Perbedaannya adalah muatan parsial positifnya berasal dari sebuah atom hidrogen dalam sebuah molekul. Sedangkan muatan parsial negatifnya berasal dari sebuah molekul yang dibangun oleh atom yang memiliki elektronegatifitas yang besar, seperti atom Flor (F), Oksigen (O), Nitrogen (N), Belerang (S) dan Posfor (P). Muatan parsial negatif tersebut berasal dari pasangan elektron bebas yang dimilikinya. Perhatikan Gambar di bawah ini:
gambar 5.25
Gambar Muatan parsial yang berasal dari atom yang memiliki pasangan elektron bebas.
Ikatan hidrogen lebih kuat dari gaya antarmolekul lainnya, namun lebih lemah dibandingkan dengan ikatan kovalen dan ikatan ion, contoh ikatan hidrogen tampak pada Gambar berikut:
gambar 5.26
Gambar. Ikatan hidrogen yang terjadi antar molekul air, dimana muatan parsial positif berasal dari atom H yang berasal dari salah satu molekul air
Adanya ikatan hidroen ternyata mempengaruhi sifat fisik dari zat yang berpengaruh terhadap titik leleh, titik didih, dan kalor penguapan. Pada gambar dibawah ini ditunjukkan pengaruh ikatan hydrogen terhadap titik didih dari senyawa hydrogen.
Terbentuknya ikatan hidrogen, secara eksperimental dan dikarakterisasi sebagai spectrum absorpsi infra merah. Senyawa dilarutkan dalam C-Cl4. Daerah spectrum yang diperhatikan ialah frekuensi khas untuk vibrasi ulur ikatan O-H dan   N-H. Bila  daerah ini terdapat   absorpsi intensif dengan puncak tajam, berarti tidak terbentuk ikatan hirogen yang kuat.
Jenis interaksi dipol-dipol yang teristimewa kuat terjadi antara molekul yang mengandung atom hidrogen yang terikat pada nitrogen, oksigen atau flour. Masing-masing dari unsur terakhir ini adalah elektronegatif dan mempunyai elektron valensi menyendiri.
Dalam keadaan cair, molekul dari salah satu senyawa ini mempunyai tarikan yang kuat satu terhadap yang lainnya. Atom hidrogen yang parsial positif dari satu molekul ditarik oleh pasangan elektron menyendiri dari ataom molekul yang lain yang elektronegatif. Tarikan ini disebut ikatan hidrogen.
Ikatan hidrogen tidak semua sama kuatnya. Suatu ikatan hidrogen O—HO lebih kuat dari ikatan hidrogen N—HN. Mengapa demikian? Oksigen lebih elektronegatif daripada nitrogen; karena itu gugus O-H lebih polar dan mempunyai H yang lebih positif. H yang lebih positif ini lebih kuat tertarik oleh pusat negatif.
Ikatan hydrogen ada yang bersifat intramolekul dan intermolekul; intramolekul terjadi apabila ikatan yang terjadi di dalam molekulnya sendiri, intermolekul = ikatan yang terjadi antara beberapa molekul.

3.      Ikatan Hidrogen Antara Molekul (Intermolekul)
Tarikan antar molekul yang luar biasa kuatnya, dapat terjadi antara molekul-molekul, jika satu molekul mempunyai sebuah atom hidrogen yang terikat pada sebuah atom berelektronegativitas besar, dan molekul sebelahnya mempunyai sebuah atom berelektronegativitas tinggi yang mempunyai sepasang elektron menyendiri.
Inti hidrogen, yakni proton ditarik oleh sepasang elektron yang bersebelahan bolak-balik antara kedua atom tersebut. Tarikan antara dua molekul yang menggunakan bersama-sama sebuah proton disebut Ikatan Hidrogen.
a.      Hidrogen flourida, air, dan amoniak
Ketiga zat ini mempunyai tetapan dielektrikum tinggi, titik lebur dan titik didih yang relative tinggi bila dibandingkan dengan hidrida-hidrida yang segolongan dalam tabel periodic. Ini disebabkan karena adanya hydrogen dalam ketiga zat di atas.
Untuk memecah ikatan hydrogen ini diperlukan energy, hingga titik lebur dan titik didih relative tinggi. Air dalam bentuk padat yaitu es, satuan-satuan molekul H2Onya tersusun secara tetrahedral.
Ikatan Hidrogen dalam air :
Tabel Titik Didih Hidrida (oC)
Keluarga Metana
Keluarga Amoniak
Keluarga Air
Keluarga Hidrogen Flourida
-164
-112
-90
-52
NH3 – 33*
PH3  – 87
AsH3 – 55
SbH3 – 18
H2O     +100*
H2S      -61
H­­2Se    -41
H2Te      -2
HF    +20*
HCl     -85
HBr     -67
HI      -35
* Titik didih relatif tinggi

Gambar. Susunan kristal air, berbentuk tetrahedral
b.      Alkohol
Alcohol seperti juga air, membentuk asosiasi molekul dengan ikatan hydrogen:
Berikut adalah titik didih alcohol dan merkaptan yang sejenis:
Alkohol        t.d.(oC)
Merkaptan   t.d.(oC)
CH3OH      64.5
C2H5OH      78
C3H7OH      97
C4H9OH    117
CH3SH      5.8
C2H5SH      37
C3H7SH      67
C4H9SH    97

c.       Asam Karboksilat
Beberapa asam karboksilat, membentuk dimer dengan ikatan hydrogen baik dalam bentuk uap atau dalam pelarut-pelarut tertentu. Asam asetat dalam bentuk uap dan dalam benzene membentuk dimer:
Dalam air, ikatan hydrogen terbentuk antara asam asetat dengan air, tidak dengan molekulnya sendiri.

d.      Amina
Amina-amina primer dan sekunder membentuk ikatan hydrogen, sedang amina tersier tidak, karena tidak lagi mempunyai atom H di atom N-nya. Titik didih dimetil amina (7oC) lebih tinggi daripada trimetil amina (4oC).
Dalam air amina primer dan sekunder bereaksi dengan air:
CH3 – NH2   + H2O    CH3NH3-O-H       [ CH3NH3]+    + OH-
Sebagian besar basa di atas ada dalam bentuk molekul, sehingga basanya sangat lemah, tidak seperti (CH3)4NOH.

e.       Hidrat kupri sulfat, CuSO4.5H­2O
Zat ini bila dipanaskan, mula-mula hanya melepaskan empat molekul air. Untuk melepaskan molekul air kelima diperlukan panas atau suhu yang tinggi.
CuSO4.5H­2O         CuSO4.H­2O     + 4H2O
Hal ini disebabkan karena H2O yang terakhir ini diikat dengan ikatan hydrogen.
Ikatan hydrogen juga terbentuk pada garam-garam hidrat yang lain serta hidrat dari asam-asam dan basa-basa.
Gambar. Struktur CuSO4.5H2O

4.      Ikatan Hidrogen Dalam Molekul (Intramolekul)
Ikatan hidrogen dapat terjadi inter molekul dan intra molekul. Jika Ikatan hidrogen terjadi diantara molekul-molekul yang berbeda maka disebut ikatan hidrogen intermolekul atau antar molekul seperti senyawa 1,4 – dihidroksi benzena. Sedangkan bila ikatan hidrogen terjadi antara atom-atom dalam molekul yang sama maka disebut ikatan hidrogen intramolekul atau didalam molekul seperti senyawa 1,2 – dihidroksi benzena.
http://www.e-dukasi.net/file_storage/modul_online/MO_93/Image/10.jpg
                   
Gambaran Ikatan Hidrogen Intra Molekul.
http://www.e-dukasi.net/file_storage/modul_online/MO_93/Image/9.jpg
Ikatan hidrogen terbentuk hanya pada molekul yang mengandung nitrogen, oksigen ataupun flour.
a.      Senyawa Orto substitusi benzena
Orto nitrofenol mendidih pada 214oC, lebih rendah daripada isomer meta (290oC) dan isomer para (279oC). Zat ini juga lebih mudah menguap dalam uap air, lebih sukar larut dalam air daripada isomer meta dan para.
Bentuk Orto nitrofenol mengadakan ikatan hydrogen dalam molekul sedang bentuk meta dan para mengadakan ikatan hydrogen antar molekul, hingga titik didihnya relatif tinggi.
Kelarutan yang kecil dalam air dari zat ini disebabkan karena gugus OH dalam molekul tidak bebas lagi, jadi tidak dapat membentuk ikatan hydrogen dengan air.
Zat lain yang membentuk ikatan hydrogen dengan cara seksama ialah :
b.      Etil-asetoasetat
Etil aseto asetat didapatkan dalam dua bentuk tautomer. Pada tahun 1920 Meyer telah berhasil menghasilkan kedua bentuk ini dengan jalan destilasi fraksional pada tekanan direndahkan dalam alat dari kuarsa yang sangat bersih.
Alcohol biasanya mempunyai titik didih lebih tinggi dari pada keton, tetapi bentuk enol di atas titik didihnya lebih rendah daripada bentuk keton dan daya larutnya dalam air rendah serta lebih mudah larut dalam sikloheksana. Hal ini disebabkan karena zat tersebut membentuk ikatan hydrogen dalam molekul.

5.      Ikatan Hidrogen Dalam Protein dan Asam Nukleat
a.      Protein
Bagaimana suatu protein dapat memerankan berbagai fungsi dalam sistem makhluk hidup? Jawabnya adalah terletak pada strukturnya. Struktur protein terdiri dari empat macam struktur. Struktur pertama adalah struktur primer. Struktur ini terdiri dari asam-asam amino yang dihubungkan satu sama lain secara kovalen melalui ikatan peptida. Informasi yang menentukan urutan asam amino suatu protein tersimpan dalam molekul DNA dalam bentuk kode genetik. Sebelum kode genetik ini diterjemahkan menjadi asam-asam amino yang membangun struktur primer protein, mula-mula kode ini disalin kedalam bentuk kode lain yang berpadanan dengan urutan kode genetik pada DNA, yaitu dalam bentuk molekul RNA. Urutan RNA inilah yang kemudian diterjemahkan menjadi urutan asam amino
Struktur yang kedua adalah struktur sekunder. Pada struktur sekunder, protein sudah mengalami interaksi intermolekul, melalui rantai samping asam amino. Ikatan yang membentuk struktur ini, didominasi oleh ikatan hidrogen antar rantai samping yang membentuk pola tertentu bergantung pada orientasi ikatan hidrogennya. Ada dua jenis struktur sekunder, yaitu: a-heliks dan b-sheet. b-sheet itu sendiri ada yang paralel dan juga ada yang anti-paralel, bergantung pada orientasi kedua rantai polipeptida yang membentuk struktur sekunder tersebut.
Struktur-struktur sekunder ini, kemudian dikemas sedemikian rupa sehingga membentuk struktur tiga dimensi yang paling pavorable secara termodinamika. Struktur ruang ini adalah struktur ketiga atau juga dinamakan struktur tersier. Disini interakasi intra molekuler seperti ikatan hidrogen, ikatan ion, van der Waals, hidropobik dll turut menentukan orientasi struktur 3 dimensi dari protein (Gambar 3).
Banyak molekul protein yang memiliki lebih dari satu struktur tersier, dengan kata lain multi subunit. Intraksi intermolekul antar sub unit protein ini membentuk struktur keempat/kwaterner. Setiap subunit protein dapat melakukan komunikasi dan saling mempengaruhi satu sama lain melalui interaksi intermolekular ini.
Protein tersusun dari satuan-satuan dasar asam amino. R dapat berupa gugus metal CH3--, seperti dalam alanin atau gugus yang lebih sulit, seperti:
HO – C6H4CH2 - : tirosin
CH3 – S – CH2 – CH2 – : Metionin
              R – CH – COOH
                     NH2
Gugus – NH2 berikatan dengan gugus – COOH dari molekul asam amino yang lain, dengan membentuk ikatan peptide
Dalam protein terdapat banyak sekali ikatan-ikatan hydrogen yaitu antara gugus – NH – – –O = C –.

b.      Asam Nukleat
Ikatan Hidrogen juga terdapat dalam asam nukleat, misalnya DNA (de-oxyribonucleic acid). Asam Nukleat DNA tersusun dari satuan H3PO4, Deoksirobose dan basa purin (adenine dan guanine) atau pirimidin (sitosin dan timin).
Tiap asam fosfat, deoksiribose dan satu basa, meembentuk nucleotide, misalnya : deoksitimidin 5’fosfat.
Gambar. deoksitimidin 5’fosfat
Nulkeotide ini saling berikatan melalui gugusan fosfat, sehingga terbentuk molekul yang besar, yaitu asam nukleat:

Basa satu dengan basa lain, berikatan dengan ikatan hydrogen, namun adenine hanya dapat berikatan dengan timin, dan guanine dengan sitosin.
read more “Ikatan Hidrogen”

Struktur Atom

STRUKTUR ATOM

Udara, air, gunung, binatang, tumbuhan, tubuh kita, kursi yang kita duduki, pendeknya semua yang kita lihat, kita raba, dan kita rasa, mulai dari yang paling berat sampai dengan yang paling ringan dibentuk dari atom. Setiap halaman buku yang Anda pegang terdiri dari miliaran atom. Atom adalah partikel yang begitu kecil sehingga tidak mungkin dilihat walaupun menggunakan mikroskop tercanggih. Diameter atom hanyalah sebesar sepersejuta milimeter.
Mustahil bagi manusia membayangkan ukuran ini. Oleh karena itu, mari kita coba memahaminya dengan contoh:
Bayangkan Anda memegang sebuah kunci. Tidak diragukan lagi, Anda tidak mungkin bisa melihat atom-atom dalam kunci ini. Bila Anda tetap ingin melihatnya, maka Anda harus memperbesar kunci ini menyerupai bumi. Setelah kunci Anda seukuran bumi, maka setiap atom di dalamnnya seukuran buah ceri.
Mari kita perhatikan contoh lain lagi agar dapat memahami kekecilan ini, dan bagaimana semua tempat dan semua benda dipenuhi atom:
Katakanlah kita ingin menghitung seluruh atom dalam sebutir garam, dan anggaplah bahwa kita dapat menghiung satu miliar atom per detik. Meskipun kita sangat cekatan, akan dibutuhkan lebih dari lima ratus tahun untuk menghitung jumlah atom di dalam sebutir garam ini.

a. ADA APAKAH DI DALAM STRUKTUR SEKECIL atom?
Meskipun teramat kecil, di dalam atom terdapat sebuah sistem tanpa cacat, unik, dan kompleks yang dalam kecanggihannya sebanding dengan sistem yang kita lihat di alam semesta secara umum.
Setiap atom terbuat dari inti dan sejumlah elektron yang bergerak mengitari orbitnya yang berjarak sangat jauh dari inti. Di dalam inti terdapat partikel-partikel lain bernama proton dan netron.
http://www.harunyahya.com/indo/buku/images_books/images_atom/018.jpg

Dalam  pembahasan ini, kita akan mengamati struktur atom yang luar biasa yang merupakan dasar dari semua yang hidup maupun mati, dan melihat bagaimana atom-atom berkombinasi untuk membentuk molekul dan akhirnya materi.
Operasi sebuah Reaktor Nuklir sangat bergantung pada berbagai jenis dari interaksi antara neutron dengan inti atom. Untuk memahami karakteristik dari reaksi yang terjadi pada Reaktor Nuklir. maka yang paling mendasar kita akan bertanya apakah itu inti atom, dan bagaimana strukturnya?
Sebuah atom terdiri dari nukleus yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron bermuatan negatif. Sehingga atom secara keseluruhan bermuatan netral. Biasanya di dalam pembangkitan sebuah energi atom dalam reaktor, hanyalah energi yang berasal dari intilah yang diperhitungkan sedangkan energi yang berasal dari elektron diabaikan (Karena begitu kecilnya).
Secara singkat kita harus memahami apa yang disebut energi atom dan apakah perbedaannya dengan energi kimia, Energi Kimia dan Energi Atom, sama – sama berasal dari atom, namun perbedaanya energi kimia yang dihasilkan dari tiap – tiap pembakaran sebuah batu bara dan minyak bumi – misalnya, akan menghasilkan penyusunan kembali (rearrangement)atom yang disebabkan oleh redistrisbusi elektron. Sedangkan di sisi lain, energi atom dihasilkan dari redistribusi partikel dengan inti atom (atomic nuclei). Karena itulah untuk menghindari kerancuan sering digunakan istilah “Energi Nuklir” daripada istilah energi atom.
Inti Atom dibangun oleh dua jenis partikel utama yang masing – masing disebut dengan proton dan neutron. Karena proton dan neutron adalah unit penyusun dari sebuah inti, maka seringkali istilah proton dan neutron secara bersama – sama disebut dengan nukleon. Proton dan neutron bisa dihasilkan dalam keadaan bebas yakni di luar inti atom sehingga masing – masing sifat dari partikel tersebut dapat dipelajari
Proton yang bermuatan positif adalah identik dengan inti atom hidrogen yakni sebuah atom hidrogen tanpa elektron tunggalnya. Sehingga massa sebuah proton adalah sama dengan massa sebuah atom hidrogen dikurangi dengan massa sebuah elektron.
Massa atom Hidrogen : 1.00813 amu
Massa Proton : 1.00758 amu
Sedangkan neutron yang merupakan partikel dasar penting dalam hubungan dengan pembangkitan energi nuklir adalah bermuatan netral. Konsekuensinya netron tidak akan mengalami penolakan, seperti halnya partikel bermuatan (proton, elektron) ketika dari luar mencapai nukleus yang bermuatan positif. Massa neutron lebih besar daripada massa proton yakni
Massa Neutron : 1.00897 amu

B. KEKUATAN YANG TERKANDUNG DALAM INTI
Inti terletak tepat di pusat atom dan terdiri dari sejumlah proton dan netron yang banyaknya tergantung pada sifat-sifat atom tersebut. Jari-jari inti kira-kira seperseribu jari-jari atom. Untuk menyatakannya dalam bentuk angka, jari-jari atom adalah 10-8 (0,00000001) cm, dan jari-jari inti adalah 10-12 (0,000000000001) cm. Karena itu, volume inti sama dengan satu per sepuluh-miliar volume atom.
Karena kita tidak dapat membayangkan besarnya (atau tepatnya kecilnya) angka ini, mari kita ambil contoh buah ceri tadi. Mari kita lihat inti di dalam atom yang telah kita bayangkan sebesar buah ceri ketika kunci di tangan Anda sebesar bumi. Bahkan dengan perbesaran skala seperti itu, masih mustahil bagi kita melihat inti, yang masih sangat-sangat kecil. Bila kita benar-benar ingin melihatnya, maka kita harus mengubah kembali skalanya. Ceri yang mewakili atom, harus diperbesar lagi menjadi sebuah bola raksasa yang berdiameter 200 meter. Bahkan dalam skala yang sukar dipercaya ini pun, inti dari atom tidak lebih besar dari sebutir debu.
Sekecil itulah, sehingga bila kita membandingkan diameter inti yang 10-13 cm dan diameter atom yang 10-8 cm, kita sampai pada hasil berikut: jika kita asumsikan bahwa atom itu sebuah bola, dan jika kita ingin memenuhi bulatan ini dengan inti, maka kita akan membutuhkan 1015 (1.000.000.000. 000.000) inti untuk mengisinya.1
Akan Tetapi, ada satu hal yang lebih mengejutkan lagi: walaupun ukuran inti satu per sepuluh-milyar ukuran atom, massa inti mencakup 99,95% massa atom. Bagaimana bisa sesuatu yang menguasai hampir keseluruhan massa, di lain pihak, hampir tidak ada ruang yang ditempatinya?
Alasannya adalah kerapatan yang meliputi massa atom tidak tersebar merata ke seluruh atom. Hampir seluruh massa atom dikumpulkan di inti. Katakanlah, Anda memiliki sebuah rumah berukuran 10 milyar meter persegi, dan Anda harus menarik semua meubel di dalam rumah itu ke sebuah kamar yang berukuan satu meter persegi. Dapatkah Anda melakukannya? Tentu saja tidak.
etapi inti atom dapat melakukan ini berkat gaya hebat yang berbeda dengan gaya-gaya lain di alam semesta. Gaya ini adalah gaya nuklir kuat, satu dari empat gaya fundamental di alam semesta yang telah kita sebutkan pada bab sebelumnya.
Kita telah mengkaji bahwa gaya ini, gaya paling dahsyat di alam, menjaga inti atom tetap utuh dan tidak terjadi penguraian. Semua proton dalam inti memiliki muatan positif dan mereka tolak-menolak karena gaya elektromagnetik. Namun, karena gaya nuklir kuat yang seratus kali lebih kuat daripada gaya repulsif proton, gaya elektromagnetik menjadi tidak efektif, dan proton-proton tetap di orbitnya.
Kesimpulannya, terdapat dua gaya kuat yang saling berinteraksi di dalam atom yang terlalu kecil untuk dapat kita lihat. Inti dapat tetap utuh berkat nilai gaya-gaya ini tepat.
Kalau kita membandingkan ukuran atom dan jumlah atom di alam semesta, mustahil untuk mengabaikan bahwa ada keseimbangan dan rancangan luar biasa yang sedang bekerja. Sangat jelas bahwa gaya-gaya fundamental di alam semesta ini telah diciptakan secara khusus dengan pengetahuan dan kekuasaan mahaluas. Bagi mereka yang tidak mau percaya, hanya bisa menyatakan bahwa semua ini menjadi ada karena "kebetulan" saja. Namun, perhitungan probabilitas secara ilmiah telah menyatakan bahwa keseimbangan di alam semesta terbentuk secara "kebetulan" peluangnya adalah "0" Semua ini adalah bukti yang jelas dari keberadaan Allah dan kesempurnaan ciptaan-Nya.

C. PENYUSUN ATOM
Atom tersusun dari inti atom (nucleon) yang bermuatan positif yang terdiri atas proton dan neutron, serta elektron yang bermuatan negatif. Electron tidak dapat masuk ke dalam inti karena massa electron yang sangat kecil disbanding dengan massa proton maupun neutron. Adapun perbandingan massa antara electron dan proton adalah sebagai berikut :

Massa (Kg)
Muatan (Coulomb)
Electron
9,109x10-3
-1,602 x 10-19
Proton
1,673 x 10-27
-1,602 x 10-19

Perbandingan massa inti atom dengan electron yaitu:
Nucleus   : Electron
99,97%   : 0,03%
1.      Electron
Electron merupakan partikel dengan muatan negatif yang ditemukan di sekitar inti atom. Electron menempati volume yang besar, electron terikat pada inti melalui kekuatan elektromagnetik. Dimana, kekuatas tersebut merupakan interaksi antara proton (bermuatan positif) dan electron (bermuatan negatif). Momentum electron menyebabkanya bergerak disekitar inti dan tidak jauh ke inti.
Elektron adalah partikel subatom yang bermuatan negatif dan umumnya ditulis sebaga e-. Elektron tidak memiliki komponen dasar ataupun substruktur apapun yang diketahui, sehingga ia dipercayai sebagai partikel elementer. Elektron memiliki massa sekitar 1/1836 massa proton. Momentum sudut (spin) instrinsik elektron adalah setengah nilai integer dalam satuan ħ, yang berarti bahwa ia termasuk fermion. Antipartikel elektron disebut sebagai positron, yang identik dengan elektron, tapi bermuatan positif. Ketika sebuah elektron bertumbukan dengan positron, keduanya kemungkinan dapat salingberhambur ataupun musnah total, menghasilan sepasang (atau lebih) foton sinar gama. Elektron, yang termasuk ke dalam generasi keluarga partikel lepton pertama, berpartisipasi dalam interaksi gravitasi, interaksi elektromagnetik dan interaksi lemah. Sama seperti semua materi, elektron memiliki sifat bak partikel maupun bak gelombang (dualitas gelombang-partikel), sehingga ia dapat bertumbukan dengan partikel lain dan berdifraksi seperti cahaya. Oleh karena elektron termasuk fermion, dua elektron berbeda tidak dapat menduduki keadaan kuantum yang sama sesuai dengan asas pengecualian Pauli.
Konsep muatan listrik yang tidak dapat dibagi-bagi lagi diteorikan untuk menjelaskan sifat-sifat kimiawi atom oleh filsuf alam Richard Laming pada awal tahun 1838; nama electron diperkenalkan untuk menamakan muatan ini pada tahun 1894 oleh fisikawan Irlandia George Johnstone Stoney. Elektron berhasil diidentifikasikan sebagai partikel pada tahun 1897 oleh J. J. Thomson.
Dalam banyak fenomena fisika, Seperti listrik, magnetisme dan konduktivitas termal, elektron memainkan peran yang sangat penting. Suatu elektron yang bergerak relatif terhadap pengamat akan menghasilkan medan magnetik dan lintasan elektron tersebut juga akan dilengkungkan oleh medan magnetik eksternal. Ketika sebuah elektron dipercepat, ia dapat menyerap ataupun memancarkan energi dalam bentuk foton. Elektron bersama-sama dengan inti atom yang terdiri dari proton dan neutron, membentuk atom. Namun, elektron hanya mengambil 0,06% massa total atom. Gaya tarik Coulomb antara elektron dengan proton menyebabkan elektron terikat dalam atom. Pertukaran ataupun perkongsian elektron antara dua atau lebih atom merupakan sebab utama terjadinya ikatan kimia.
Menurut teorinya, kebanyakan elektron dalam alam semesta diciptakan pada peristiwaBig Bang (ledakan besar), namun ia juga dapat diciptakan melalui peluruhan beta isotop radioaktif maupun dalam tumbukan berenergi tinggi, misalnya pada saat sinar kosmismemasuki atmosfer. Elektron dapat dihancurkan melalui pemusnahan dengan positron, maupun dapat diserap semasa nukleosintesis bintang. Peralatan-peralatan laboratorium modern dapat digunakan untuk memuat ataupun memantau elektron individual. Elektron memiliki banyak kegunaan dalam teknologi modern, misalnya dalam mikroskop elektron, terapi radiasi, dan pemercepat partikel.

2.      Nukleotida (inti atom)
Pusat dari atom disebut inti atom atau nukleus. Inti atom terdiri dari proton dan neutron. Banyaknya proton dalam inti atom disebut nomor atom, dan menentukan elemen dari suatu atom.
Ukuran inti atom jauh lebih kecil dari ukuran atom itu sendiri, dan hampir sebagian besar tersusun dari proton dan neutron, hampir sama sekali tidak ada sumbangan dari elektron.
Dalam fisika, proton adalah partikel subatomik dengan muatan positif sebesar 1.6 × 10-19 coulombdan massa 938 MeV (1.6726231 × 10-27 kg, atau sekitar 1836 kali massa sebuah elektron).
Suatu atom biasanya terdiri dari sejumlah proton dan netron yang berada di bagian inti (tengah) atom, dan sejumlah elektron yang mengelilingi inti tersebut. Dalam atom bermuatan netral, banyaknya proton akan sama dengan jumlah elektronnya. Banyaknya proton di bagian inti biasanya akan menentukan sifat kimia suatu atom. Inti atom sering dikenal juga dengan istilah nuklei, nukleus, atau nukleon (bhs Inggris: nucleon), dan reaksi yang terjadi atau berkaitan dengan inti atom ini disebut reaksi nuklir.

Neutron atau netron adalah partikel subatomik yang tidak bermuatan (netral) dan memilikimassa 940 MeV/c² (1.6749 × 10-27 kg, sedikit lebih berat dari proton. Putarannya adalah ½.
Inti atom dari kebanyakan atom (semua kecuali isotop Hidrogen yang paling umum, yang terdiri dari sebuah proton) terdiri dari proton dan neutron.
Di luar inti atom, neutron tidak stabil dan memiliki waktu paruh sekitar 10 menit, meluluh dengan memancarkan elektron dan antineutrino untuk menjadi proton. Metode peluruhan yang sama (peluruhan beta) terjadi di beberapa inti atom. Partikel-partikel dalam inti atom biasanya adalah neutron dan proton, yang berubah menjadi satu dan lainnya dengan pemancaran dan penyerapanpion. Sebuah neutron diklasifikasikan sebagai baryon dan terdiri dari dua quark bawah dan satu quark atas. Persamaan Neutron antibendanya adalah antineutron.
Perbedaan utama dari neutron dengan partikel subatomik lainnya adalah mereka tidak bermuatan. Sifat netron ini membuat penemuannya lebih terbelakang, dan sangat menembus, membuatnya sulit diamati secara langsung dan membuatnya sangat pentin sebagai agen dalam perubahan nuklir.
Penelitian yang dilakukan Rutherford selain sukses mendapatkan beberapa hasil yang memuaskan juga mendapatkan kejanggalan yaitu massa inti atom unsur selalu lebih besar daripada massa proton di dalam inti atom. Rutherford menduga bahwa terdapat partikel lain di dalam inti atom yang tidak bermuatan karena atom bermuatan positif disebabkan adanya proton yang bermuatan positif. Adanya partikel lain di dalam inti atom yang tidak bermuatan dibuktikan oleh James Chadwick pada tahun 1932. Chadwick melakukan penelitian dengan menembak logam berilium menggunakan sinar alfa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa suatu partikel yang tak bermuatan dilepaskan ketika logam berilium ditembak dengan sinar alfa dan partikel ini disebut sebagai neutron.Netron tak bermuatan dan bermassa 1 sma (pembulatan).
Jumlah netron dalam inti atom menentukan isotop elemen tersebut. Jumlah proton dan netron dalam inti atom saling berhubungan; biasanya dalam jumlah yang sama, dalam nukleus besar ada beberapa netron lebih. Kedua jumlah tersebut menentukan jenis nukleus. Proton dan netron memiliki masa yang hampir sama, dan jumlah dari kedua masa tersebut disebut nomor massa, dan beratnya hampir sama denganmassa atom ( tiap isotop memiliki masa yang unik ). Masa dari elektron sangat kecil dan tidak menyumbang banyak kepada masa atom
Inti atom ringan akan stabil bila n=2, dan inti atom akan tidak stabil pada:
-          n/z >> maka terlalu banyak neutron
-          n/z << maka terlalu banyak proton
-          z > 83
Letak nukleotida didasarkan pada jumlah proton dan neutron.
Isotop adalah atom dengan jumlah proton yang sama tetapi memiliki jumlah neutron yang berbeda. Isotop suatu atom ditentukan oleh jumlah neutron di dalam intinya. Isotop yang berbeda dari satu unsur yang sama mempunyai sifat kimiayang sangat mirip karena reaksi kimia hampir tergantung seluruhnya pada jumlah elektron yang dimiliki sebuah atom. Isotop-isotop dari sampel dari unsur tertentu dapat dipisahkan dengan menggunakan sentrifugasi atau spektometer massa. Cara pertama digunakan untuk memproduksi uranium yang diperkaya dari sebuah sampel uranium biasa dan cara yang kedua digunakan dalam metode penanggalan karbon (carbon dating).
Jumlah proton dan netron menentukan tipe dari nukleus atau inti atom. Proton dan neutron hampir memiliki massa yang sama, dan kombinasi jumlah, jumlah massa, rata-rata sama dengan massa atomik sebuah atom. Kombinasi massa dari elektron sangat kecil secara perbandingan terhadap massa nukleus, di karenakan berat dari proton dan neutron hampir 2000 kali massa elektron.

Isobar adalah inti dari unsur yang berbeda tetapi memiliki nomor massa sama tapi berbeda jumlah proton dan neutronnya.
Isoton adalah inti yang memiliki jumlah neutron yang sama.

D. STABILITITAS INTI
Bagaimana mencapai kestabilan inti?
-       Pada n/z >> (kelebihan neutron) melepaskan patikel β- atau mengubah neutron menjadi proton dan β-
-       Pada n/z << (kelebihan proton)
·         melepaskan positron (β+) atau mengubah proton menjadi neutron. Proton ini tidak stabil dan akan bereaksi dengan electron menghasilkan 2 foton.
·         Menangkap electron pada kulit K
-       Pada z > 83, Melepaskan partikel α.
Partikel-partikel pembentuk inti atom adalah proton (1P1) dannetron ( 0n1). Kedua partikel pembentuk inti atom ini disebut juganukleon.
Simbol nuklida : ZXA atau ZAX dengan
A = nomor massa
Z = jumlah proton dalam inti = jumlah elektron di kulit terluar
N = A - Z = jumlah netron di dalam inti atom
Proton bermuatan positif = 1,6 x 10-19 C dan netron tidak bermuatan.
Isoton : Atom-atom unsur tertentu ( Z sama) dengan nomor massa berbeda.
Isoton: kelompok nuklida dengan jumlah netron sama tetapi Z berbeda.
Isobar: kelompok nuklida dengan A sama tetapi Z berbeda.
Massa inti atom selalu lebih kecil dari jumlah massa nukleon-nukleon pembentuknya. Akibatnya ada energi ikat inti.
Contoh: 2p + 2n ® 2He4 jadi Dm = m(2p + 2n) - m(2He4)
Energi ikat inti DE = Dm c2 ® Dm = (Z . mp + N . mn) - minti
Dalam fisika inti satuan massa biasa ditulis 1 sma (1 amu) = 1.66 x 10-27 kg = 931 MeV/C2
satuan Dm :
kg ® E = Dm . c2 (joule)
sma ® E = Dm . 931 (MeV)
Stabilitas inti:
Suatu nuklida dikatakan stabil bila terletak dalam daerah kestabilan pada diagram N - Z.
Untuk nuklida ringan (A < 20) terjadi kestabilan bila Z = N (N/Z = 1), sedangkan untuk nuklida dengan Z > 83 adalah tidak stabil.
Contoh:
1. Sumber energi matahari adalah reaksi inti 4 proton ® helium + 2e+diketahui:
- massa proton = 1,6726 x 10-27 kg
- massa e+ = 0,0009 x 10-27 kg
- massa helium = 6,6466 x 10-27 kg
Jika dalam reaksi ini terbentuk 6,6466 gram helium, hitunglah energi yang dihasilkannya.
Jawab:
Dalam setiap reaksi yang terjadi: 4 1p1 ® 2He4 + 2e+, selalu terbentuk 1 2He4 yang massanya 6,6466 x 10-27 kg. Karena terbentuknya 6,6466 gram 2He4, maka jumlah reaksi yang terjadi (n) adalah:
n = (6,6466 gram) / (6,6466 x 10-27) = 1024 kali reaksi.
Dari rumus Defek massa:
Dm = M(Dp) - M(1 2He4 + 2e+) = 0,042 x 10-27 kg
Jadi energi total reaksi yang dihasilkan:
E = n . Dm . c2 = 1024 . 0,042 x 10-27 (3.108)2 = 0,378 x 1013 joule

Atom yang bermuatan positif menjadi fokus Rutherford untuk dikaji. Eksperimen yang dilakukan Rutherford adalah menembakan partikel alpha pada sebuah lempeng tipis dari emas, dengan partikel alpha. Hasil pengamatan Rutherford adalah partikel alpha yang ditembakan ada yang diteruskan, dan ada yang dibelokkan. Dari eksperimen ini diketahui bahwa masih ada ruang kosong didalam atom, dan ada partikel yang bermuatan positif dan negatif.
Dari hasil ini, selanjutnya Rutherford mengajukan model atom dan dinyatakan bahwa; atom terdiri dari inti atom yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif. Elektron bergerak mengelilingi inti dengan lintasan yang berbentuk lingkaran atau elips, lihat Gambar 3.9.
Teori Rutherford banyak mendapat sanggahan, jika elektron bergerak mengelilingi inti, maka elektron akan melepaskan atau memancarkan energi sehingga energi yang dimiliki elektron lama-kelamaan akan berkurang dan menyebabkab lintasannya makin lama semakin kecil dan suatu saat elektron akan jatuh ke dalam inti. Teori Rutherford tidak dapat menjelaskan fenomena ini.


E. PENEMUAN INTI ATOM
Setelah melakukan banyak kemajuan dengan mempelajari keradioaktifan, fisikawan Inggris Ernest Rutherford (1871-1937) menjadi tertarik pada struktur atom, asal radiasi radioaktif. Ia menembaki lempeng tipis logam (ketebalan 104 atoms) dengan berkas paralel partikel α (di kemudian hari ditemukan bahwa partikel α adalah inti atom He). Ia merencanakan menentukan sudut partikel yang terhambur dengan menghitung jumlah sintilasi di layar ZnS (Gambar 2.2). Hasilnya sangat menarik. Sebagian besar partikel melalui lempeng tersebut. Beberapa partikel terpental balik. Untuk menjelaskan hal yang tak terduga ini, Rutherford mengusulkan adanya inti atom .
Sangat aneh mendapati sebagian besar partikel berbalik, dan beberapa bahkan 180 derajat. Rutherford menyatakan bahwa dalam atom harus ada partikel yang massa cukup besar sehingga patikel α yang memiliki massasebesar massa atom helium tertolak, dan yang jari-jarinya sangat kecil.
Menurut ide Rutherford, muatan positif atom terpusat di bagian pusat (dengan jari-jari terhitung sekitar 10-12 cm) sementara muatan negatifnya terdispersi di seluruh ruang atom. Partikel kecil di pusat ini disebut dengan inti. Semua model atom sebelumnya sebagai ruang yang seragam dengan demikian ditolak.
Namun, model atom Rutherford yang terdiri atas inti kecil dengan elektron terdispersi di sekitarnya tidak dapat menjelaskan semua fenomena yang dikenal. Bila elektron tidak bergerak, elektron akan bersatu dengan inti karena tarikan elektrostatik (gaya Coulomb). Hal ini jelas tidak mungkin terjadi sebab atom adalah kesatuan yang stabil. Bila elektron mengelilingi inti seperti planet dalam pengaruh gravitasi matahari, elektron akan mengalami percepatan dan akan kehilangan energi melalui radiasi elektromagnetik. Akibatnya, orbitnya akan semakin dekat ke inti dan akhirnya elektron akan jatuh ke inti. Dengan demikian, atom akan memancarkan spektrum yang kontinyu.
Sebuah fakta unik ditemukan oleh Albert Einstein. “Penemuan reaksi rantai nuklir tidak perlu membawa kehancuran umat manusia lebih daripada melakukan penemuan pertandingan Kita hanya harus melakukan segala daya kita untuk menjaga terhadap penyalahgunaan nya..”, kata Albert Einstein
Salah satu fenomena paling misterius di alam semesta adalah konversi massa menjadi energi. Seluruh alam semesta adalah didukung oleh proses ini. Energi yang dipancarkan oleh bintang-bintang, termasuk Matahari, muncul dari reaksi inti yang disebut fusi, jauh dari dalam interior mereka.Pelepasan energi nuklir terjadi melalui peleburan dua inti hidrogen menjadi inti cahaya lebih berat dari helium.
bom

nuklir

Sampai sekitar tahun 1800, bahan bakar utama di planet kami adalah kayu, energi yang berasal dari energi matahari yang tersimpan dalam tanaman sepanjang hidup mereka. Sejakfakta unik Revolusi Industri, orang bergantung pada bahan bakar fosil-batubara, minyak bumi, dan gas alam juga berasal dari energi matahari yang tersimpan.
Ketika bahan bakar fosil seperti batu bara dibakar, atom hidrogen dan karbon dalam batubara bergabung dengan atom oksigen di udara. Air dan karbon dioksida dihasilkan dan panas dilepaskan. Jumlah energi ini adalah khas dari reaksi kimia yang dihasilkan dari perubahan struktur elektronik atom. Sebagian dari energi yang dilepaskan sebagai panas bahan bakar yang berdekatan, cukup panas untuk menghasilkan reaksi terjadi dalam reaksi nuklir. Namun, energi yang dilepaskan sering sekitar 10 juta kali lebih besar dibandingkan dengan reaksi kimia, dan massa perubahan dapat dengan mudah diukur.

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, Pw. 1949. Kimia Fisika. Jakarta : Erlangga.

Sucipto. 2011. Bom Nuklir. http://q-bonk.com/detik-detik-perjalanan-bom-nuklir-einstein/. diakses pada tanggal 18 september 2011.


Sukardjo. 1997. Kimia Fisika. Jakarta : PT. Rineka Cipta.

Yahya, Harun. 2011. Atom. http://www.harunyahya.com/indo/buku/atom003.htm. Diakses pada tanggal 18 september 2011.

Ensiklopedia. 2011. Atom. http://id.wikipedia.org/wiki/Atom. Diakses pada tanggal 18 september 2011.


read more “Struktur Atom”