Beberapa Sifat Unsur
Cakupan
sifat-sifat yang diperlihatkan. oleh unsur sangat mengagumkan. Pada temperatur
kamar, sebagian bersifat gas, sebagian bersifat cair dan lainnya padat.
Sebagian lagi bersifat logam (metal), sebagian bukan logam, sebagian lainnya
ada pula yang mempunyai sifat di antara keduanya,
sebagian unsur keras, sebagian lagi lunak, sebagian sangat padat (very
dense) dan yang lainnya sangat ringan (low density). Karena sangat beragarnnya sifat-sifat unsur, dicari jalan
atau cara untuk membagi sifat-sifat unsur, sehingga dapat memudahkan
pengertiannya..
Salah satu metoda yang paling sederhana untuk
mengklasifikasi unsur ini adalah
membaginya menjadi tiga kategori: logam (metal), non-logam (non-metal) dan metaloid. Unsur-unsur yang ada dalam setiap
kategori mempunyai beberapa sifat yang berbeda-beda.
Logam (Metal)
Setiap orang pernah melihat logam, misalnya besi pada
telapak kuda, kertas
pembungkus dari aluminium (Al-foil), kawat tembaga atau bumper mobil yang dilapisi krom (chrom-plated). Dan Anda
juga tidak akan raga-raga dengan beberapa
sifat logam, meskipun Anda tidak begitu
mengetahui tentang sifat-sifatnya. Salah satu contoh, misalnya adalah bentuk yang menarik dari logam. Cahaya dari
logam sangat spesifik, sehingga disebut cahaya metal (metallic
luster)
Logam juga mempunyai sifat yang sama dalam kemampuannya mengubah
bentuk tanpa pecah, jika ditempa dengan pemukul (hammer) atau ditarik untuk meluruskannya. Semua,
logam mempunyai kemampuan seperti ini sampai derajat tertentu.
Kemampuan mengubah bentuk jika dipukul disebut malleabilitas (malleability)
dan beberapa logam, misalnya emas dapat
ditempa atau diperas sampai sangat tipis. Daun emas, misalnya terdiri
dari emas dan sedikit perak dan tembaga
yang didorong masuk ke dalam lapisan yang sangat tipis (kira-kira
1/280.000 inci) yang menyebabkan campuran logam ini transparan, sehingga sebagian sinar dapat melewatinya. Sifat
mudah ditempa (lentur) dari logam
juga merupakan sifat yang dapat digunakan oleh pandai besi untuk membuat
sepatu kuda dan pandai perak dalam membuat kerajinan dari perak.
Kemampuan logam yang
dapat diluruskan jika ditarik dari arah yang berlawanan disebut mempunyai sifat
lentur (ductility). Sifat ini digunakan pada pembuatan kawat. Logam yang
akan dijadikan kawat dapat berupa baja, tembaga atau bras (campuran logam yang
terdiri dari tembaga dan seng), dibuat dulu menjadi batang. Salah satu batang diperkecil melalui suatu alat yang berputar yang
dapat mengubah batang kawat menjadi lebih kecil lagi dan kawat yang terbentuk dikumpulkan pada "pulling
divice" pada sisi lainnya. Dengan
deinikian logam tersebut dibawa melalui alat penipis batang (die) dimana ukuran garis tengahnya menjadi
berkurang dan panjangnya bertambah.
Non Logam
Kebanyakan
unsur non logam jarang dijumpai dalam bentuk unsurnya yang murni dalam
kehidupan sehari hari, yang sering dijumpai adalah dalam bentuk senyawa kimia
(compound). Salah satu benda non logam yang banyak diketahui adalah karbon,
yang terjadi di alam dalam dua bentuk yang berbeda.. Salah satu bentuk karbon yang cukup dikenal adalah grafit. Bentuk ini banyak
dijumpai pada arang bakar dan isi
pencil. Bentuk
karbon vane kurang dikenal tetapi sangat berharga adalah berlian (diamond ). Grafit
dan berlian adalah
dua sifat yang sangat berbeda jika dikaitkan sebagai logam. Kedua bentuk karbon tersebut tidak mempunyai
sifat sebagai logam yang mudah ditenipa atau bersifat lentur (ductile).
Non logam lainnya yang sangat banyak
dijumpai adalah oksigen dan nitrogen, yaitu komponen yang penting dari atmosfir.
Biasanya kita tidak
sadar akan kehadirannya, karena kedua nonlogam ini adalah gas yang tidak dapat dilihat. Scperti
telah dipelajari sebelumnya, oksigen dan nitrogen terdiri dari molekul yang mempunyai
dua atom (molekul diatom), molekul yang mengandung dua atom dalain setiap molekulnya. Unsur nonlogam lainnya yang bentuk
molekulnya juga sama dengan oksigen
dan nitrogen kebanyakan juga berbentuk gas adalah hidrogen (H2), fluor
(F), klor (Cl), Brom (Br) clan Yodium (Y), unsur
ini juga mengandung dua atom dalam setiap molekulnya, tetapi brom
berbentuk cair dan Yodium berbentuk padat pada temperatur kamar.
Sama seperti sifit-sifat logam yang, batasnya
sangat luas, demikian juga sifat-sifat unsur non-logam. Seperti yang telah disarnpaikan sebelumnva, beberapa unsur berbentuk
gas dan ada satu (brom) berbentuk cair. Ada yang berbentuk padat, karbon adalah salah satu
contohnya. Disamping
perbedaan dalam sifat- sifat fisika, unsur nonlogam juga berbeda dalam sifat-sifat kimianya. Fluor misalnya
sangat reaktif, tetapi helium inert (tidak reaktif sama sekali).
Metaloid
Metaloid adalah unsur yang mempunyai sifat antara logam
dan non logam. Perbedaan ini. yang merupakan hal yang sangat penting akan
diuraikan lebih terinci pada
pembahasan selanjutnya. Antara logam (metal)
dan nonlogam (nonmetal). Contoh yang paling terkenal adalah elemen
silikon. Yang lainnya misalnya arson (As) dan antimon
(Sb). Jika dilihat dari bentuk luarnya,
unsur ini agak berbentuk logam, tetapi warna gelapnya agak berbeda. Bentuknya agak berbeda jika dibandingkan dengan logam
yang spesifik misalnya besi atau perak.
Metalloid adalah semikonduktor yang spesifik, unsur ini
dapat mengantar arus listrik, tetapi tidak
tepat sama seperti logam. Sifat semikonduktor ini sangat berguna dalam industri elektronik, karena unsur ini dapat
memungkinkan alat-alat milcroelektronik diperoleh dalam bentuk ukuran kecil
(dapat digenggam dalam Langan) misalnya dijumpai dalam kalkulator dan mikrokomputer.
Susunan Berkala yang Pertama
Sifat kimia dan fisika seperti yang
diuraikan dalam paragraf sebelum ini, telah ditemukan pada permulaan sejarah ilmu kimia. Ilmuwan pada permulaan tahun 1800,
telah mengumpulkan sejumlah informasi yang sangat penting tentang unsur yang
mereka ketahui. Pengetahuan ini bagaimanapun
juga, merupakan kenyataan yang sangat penting meskipun
sebagian-sebagian atau tidak berhubungan yang dibutuhkan dalam melakukan beberapa percobaan sebelum informasi yang
sempurna dapat dicapai. Pada
permulaannya percobaan-percobaan yang dilakukan untuk mengklasifikasikan
unsur hasilnya sangat terbatas dan tidak sampai pada tahun 1869, pelopor daftar
periodik yang modern menemukan cara untuk
mengatasinya. Penemuan ini merupakan hasil kerja dua ahli kimia, Dmitri Mendeleev dari Rusia dan Julius
Lothar Meyer dari Jerman. Mereka
bekerja secara terpisah, tetapi menghasilkan daftar periodik yang sama
pada waktu yang hampir bersamaan. Mendeleev mempresentasikan hasil kerjanya di
depan Persatuan Ahli Kimia Rusia (Russian Chemical Society) pada permulaan
tahun 1869, tetapi daftar periodik Meyer belum muncul sampai bulan December
tahun itu. Dalarn-hal ini Mendeleev lebih beruntung karena telah memperagakan
lebih dahulu penemuannya, sehingga dia
Iebih dikenal sebagai penemu daftar periodik.
Mendeleev
adalah seorang guru kimia, dimana ketika dia mempersiapkan buku penuntun (text
book) untuk muridnya, dia menemukan bahwa
jika unsur disusun menurut massa
atom yang menaik, unsur dengan sifat-sifat yang sama akan dijumpai jarak
(interval) secara periodik (periodic interval). sebagai contoh, diambilnya
unsur litium (Li), natrium (Na), kalium (K), dan rubidium (Rb). Setiap unsur
membentuk senyawa yang larut dalam air jika
direaksikan dengan khlor dengan rumus
urnum MCI, dimana M adalah Li, Na, K dan seterusnya. Meskipun hal ini
suatu kenyataan yang menarik, yang paling penting adalah bahwa jika kita teliti
unsur setelah Li, Na, K dan Rb dalam daftar (Be, Mg, Ca dan Sr, misalnya), unsur-unsur ini juga termasuk grup unsur yang
sama. Misalnva unsur ini membentuk senyawa'BeCl2, MgCl2,
CaCl2 dan SrCl2,. Mendeleev menemukan
fakta (phenomena) seperti ini terjadi berulang-ulang dalam daftar unsurnya dan
dia sadar bahwa daftar ini dapat dibaginya menjadi beberapa seri barisan (row).
Jika satu deratan unsur terletak di atas deretan yang
lain, maka deretan unsur itu mempunyai sifat
yang sama dalam kolom vertikal. Hasilnya adalah merupakan susunan
berkala yang pertama.
Ketika
Mendeleev menyusun hal ini, belum semua unsur ditemukan. Dia menyadari hal ini, karena untuk selalu
memperoleh unsur yang sama dalam satu kolom atau grup, dia selalu
terpaksa mengosongkan tempat dalam daftarnya. Hal ini juga diperlakukannya
untuk membalik susunan massa atom, misalnya
tellurium (Te) dan iodium (I), dimana massa atomnya dalam tahun 1869 diduga
adalah 128 dan 127 u, Mendeleev
menempatkan unsur dalam susunan yang terbalik (menurut massa atom),
karena sifat-sifatnya menunjukkan tellurium masuk dalam kelompok (grup) VI dan
iodium dalam kelompok VII (Golongan ditulis dengan angka Romawi untuk
memudahkan penandaan).
Salah satu keuntungan daftar Mendeleev adalah memungkinkan
membuat perkiraaan sifat-sifat unsur yang masih kosong
dalam daftar. Sebab
unsur yang ada dalam setiap kolom tertentu mempunyai sifat yang sama. Sebagai contoh germanium
yang terletak di bawah silikon dan di
atas timah putih dalam Kelompok IV, belum ditemukan ketika Mendeleev menyusun
daftar ini. Oleh karena itu pada pita yang dibuatnya ditemukan kolom yang kosong. Berdasarkan letak elemen
itu, Mendeleev dapat menduga sifat unsur
ini yang disebutnya "eka-silikon", yang hares terletak antara
silikon dan timah putih.
Jika kita lihat daftar periodik yang terbaru, kita jumpai unsur-unsur yang tidak ada dalam daftar Mendeleev.
Kolom ini sangat penting dengan judul Gas Mulia
("Noble Gases"). Unsur ini sangat tidak reaktif, dalam bentuk
gas yang tidak berwarna dan tidak berbau, dalam jumlah yang sangat sedikit
diatmosfir. Karena unsur ini tidak dikenal senyawanya, maka para ilmuwan dimana
Mendeleev tidak tahu adanya unsur ini.
Setelah unsur ini ditemukan, diketahui bahwa massa atom argon. agak lebih besar dari kalium (K). Kenyataannya, kalium
jelas masuk dalam unsur Kelompok I dan argon jelas masuk dalam kolompok
gas mulia. Kembali lagi seperti terjadi pada Te dan I, sangat penting menempatkan sepasang unsur dalam daftar menurut massa
atom yang terbalik (reverse).
Kebutuhan untuk memindahkan daftar massa atom dari kedua pasang unsur ini, menyebabkan para
ilmuwan sadar akhimya, bahwa massa atom tidak menentukan sekali dimana elemen
ditempatkan dalam daftar berkala.
Dasar yang sebetulnya menentukan daftar periodik dapat terletak dimana saja,
seperti yang akan kita bicarakan dalam uraian
Pandangan Terbaru Tentang Atom
Permasalahan
yang dijumpai jika elemen disusun dalam daftar berkala Mendeleyev menurut aturan massa-atom akan hilang, jika unsur-unsur ini
disusun menurut nomor atomnya. Untuk memahami nomor atom, maka kita harus
mula-mula melihat struktur bagian dalam dari atom. Pandangan Dalton mengenai
atom sebagai bagian yang paling kecil (partikel)
yang tidak dapat dibagi, kita ketahui sekarang bahwa hal ini tidak benar. Eksperimen-eksperimen yang telah
dimulai sejak alkhir abad ke sembilan betas dan dilanjutkan sampai
sekarang memperlihatkan bahwa atom itu
sendiri terdiri dari partikel-partikel subatom. Banyak partikel ini yang telah diketahui, tetapi
suatu yang prinsip, yang sangat penting kita ketahui adalah proton,
neutron, dan elektron.
Proton dan elektron merupakan partikel yang bermuatan
listrik. Proton dan elektron ini membawa muatan yang berbeda, dimana proton mempunyai muatan yang ditetapkan dengan tanda positif
(+) dan elektron mempunyai
muatan yang ditetapkan dengan tanda negatif (–). Suatu hal yang
sangat penting dipahami mengenai muatan listrik ini adalah muatan yang berlawanan akan sating tarik menarik
dan muatan yang sama saling tolak menolak. Jadi, proton menarik
elektron, tetapi proton menolak proton dan elektron menolak elektron. Neutron,
sesuai dengan namanya, tidak bermuatan, dengan demikian muatan listriknya
netral.
Dalam
SI, muatan listrik ditetapkan dalam coulomb (simbolnya Q). Satu coulomb
adalah jumlah muatan listrik yang melalui titik-titik yang telah ditentukan
dalam suatu kawat jika arus listrik sebesar 1 Amper melaluinya selama 1 detik. Dalam istilah yang lebih umum, jika bola lampu
100 watt bersinar, maka dibutuhkan waktu 1,2 detik larnanya muatan listrik
melalui kawat bola lampu itu agar diperoleh muatan 1 coulomb. Jumlah muatan ini
cukup besar, tetapi jumlah muatan yang dibawa
oleh satu elektron sangat kecil, yaitu sebesar 1,60 x 10-19 C. Karena
muatan elektron adalah negatif, maka muatannya adalah –1,60 •x 10-19
C. Proton juga mempunyai muatan yang sama dengan elektron, tetapi dengan muatan yang berlawanan, jadi muatan
proton adalah +1,60 x 10-19 C.
Jika
kita menghitung muatan listrik partikel, selalu dikalikan dengan 1,60 x 10-19 C, dengan demikian lebih sesuai untuk menyederhanakan satu
unit muatan listrik sama dengan jumlah ini. Dalam Skala ini, suatu elektron
mempunyai satu unit muatan negatif (disebut muatannya 1–) dan suatu
proton mempunyai satu unit muatan positif (disebut muatannya 1 +).
Partikel subatom ini juga mempunyai sifat lain yang
penting yaitu massanya. Proton dan neutron adalah partikel yang relatif berat
yang massanya kira-kira satu unit massa atom
(1u). Sebaliknya elektron adalah partikel yang ringan dengan massa hanya
kira-kira 1/1836 dari massa proton.
Intl Atom
Konsep inti atom sudah dikenal oleh orang-orang
yang pernah mendengar energi
nuklear. Intl (nucleus) adalah nama untuk partikel yang sangat kecil dan
sangat padat, neutron yang berdasarkan percobaan memperlihatkan bahwa inti ini
terletak di tengah atom. Berdasarkan percobaan
juga diperlihatkan bahwa semua proton dan neutron dari atom terletak
dalam intinya dan elektron tersebar sekeliling inti. Bagaimana elektron ini tersusun merupakan hal yang
sangat penting dalam ilmu kimia dan
akan diuraikan lebih panjang pada Bab 7. Untuk sekarang, sudah cukup untuk diketahui bahwa elektron
berada diluar inti dan elektron ini mengisi hampir semua volume dari
suatu atom.
Sejauh dikaitkan dengan limit kimia, inti ini penting
karena dua alasan. Alasan pertama
adalah jumlah proton dalam inti, yang berhubungan dengan nomor atom suatu
atom, menunjukkan jumlah elektron yang harus dipunyai oleh atom agar muatan
listriknya menjadi netral.
Alasan
kedua adalah massa atom ditentukan mula-mula oleh jumlah proton dan neutron
dalam intinya, dimana setiap proton dan neutron menyumbang kira-kira satu unit
massa atom. Partikel ini begitu berat dibandingkan dengan elektron, sehingga
massa dari inti hampir sama dengan massa
atom suatu atom. Sebagai tambahan, karena inti sangat kecil, kepadatan
materi inti sangat besar, kira-kira 1014 g/cm3. Untuk menggambarkan betapa padatnya inti ini, maka jika
semua inti dari semua atom 'yang ada dalam minyak mentah yang dibawa oleh satu super
tanker yang terbesar diduma dipadatkan, maka inti, atom ini hanya mengambil volume kira-kira 0,004 cm3.
Volume ini kira-kira sama dengan sepersepuluh dari satu tetes
air, meskipun gabungan massanya lebih dari 400.000 ton !
ISOtOP
Seperti telah
diuraikan dalam modul sebelumnya, tidak semua atom dari unsur yang sama mempunyai massa
yang identik dengan massa yang diusulkan oleh
Dalton. Bentuk
atom yang bermacam-macam ini disebut isotop. Keberadaan isotop merupakan
fenomena yang umum dan kebanyakan unsur secara alamiah terdiri dari campuran
isotop. seperti yang akan kita jumpai kemudian, sifat-sifat unsur hampir selurulinya
ditentukan oleh jumlah dari distribusi elektron disekeliling nukleus. Oleh
sebab itu, nomor atom yang diketahui, secara tidak langsung dapat membedakan
suatu atom dari satu unsur dari atom unsur lainnya, karena jumlah elektron
harus sama dengan nomor atom dalam suatu atom yang bermuatan listrik netral.
Dengan perkataan lain nomor atom suatu atom
menunjukkan identitas suatu unsur . jika massa
atom dari unsur yang sama berbeda
sama sekali, hal ini disebabkan oleh perbedaan jumlah neutron yang dimiliki
oleh atom tersebut.
Isotop yang khusus dari suatu unsur ditentukan dengan
cara menetapkan nomor atomnya, yaitu
dengan lambang Z dan nomor massanya A
Nomor massa merupakan penjumlahan banyaknya proton dan
neutron dari suatu atom. Dengan
demikian nomor neutron dapat-diperoleh dari perbedaan A Z.
Kita
gambarkan isotop secara simbolik dengan menuliskan nomor massa atom di atas dan
nomor atom di bawah, keduanya menunjukkan lambang suatu atom.
AXZ
Sebagai contoh,
atom karbon (Z = 6), yang mengandung enam neutron mempunya lambang 12C6.
Ini adalah karbon yang mempunyai 12 isotop, yang merupakan dasar dari Skala
massa atom.
Perlu diperhatikan
bahwa, kecuali karbon-12, nomor massa isotop, berbeda
dengan massa yang sebetulnya yang ditetapkan dalam unit massa atom. Sebagai contoh, isotop 16 0
mempunyai nomor massa atom 16, yang
berarti jumlah banyak proton dan neutron adalah 16. Sebetulnya, massa atom 160 yang
benar adalah 15,99491 u.
Seperti dapat dilihat di atas, kebanyakan elemen terjadi
di alam dalam
bentuk campuran isotop. Elemen tembaga misalnya, ditemukan di alam mengandung dua isotop, 63Cu29
dan 65Cu29 yang massanya telah dapat ditentukan dengan tepat sebesar 62,9298 dan
64,9278 u. Berat relatif elemen tembaga adalah 69,09 % dan 30,91 %. Dari
penelitian massa atom rata-rata dari tembaga adalah 63,55, yang diperoleh dari
berat rata-rata massa isotop, berdasarkan berat relatif isotop.
Nomor Atom dan Tabel Periodik yang Baru
Jika unsur disusun dalam susunan berkala menurut nomor
atom, semua hal
yang masih diragukan yang dijumpai dalam tabel Mendeleev menjadi hilang. Tellurium dan indium, argon dan kalium
tersusun dengan sendirinya ke tempat dimana unsur ini seharusnya. Jadi,
terbukti nomor atom suatu unsur--jumlah proton dalam inti atom tersebut
menentukan dimana unsur tersebut
ditempatkan dalam tabel dan setiap unsur dengan sifat yang sama dijumpai
dalam kelompok yang sama, dan nomor atom elemen
tersebut pasti menentukan macam-macam sifat kimia dan fisika unsur tersebut. Untuk sekarang, marilah kita
perhatikan susunan berkala baru telah disusun, dimana kita dapat mengetahui
cara menggunakannya untuk menghubungkan sifat
kimia dan sifat fisika suatu unsur.
Susunan berkala yang sekarang digunakan dapat dilihat
pada Gambar.
Angka yang dicetak di atas simbol kimia adalah nomor atom dan yang di bawah adalah massa atom. Sama seperti tabel
Mendeleev, tabel ini terdiri dari sejumlah kolom sejajar (row) yang disebut berkala/periodik
yang ditandai dengan angka biasa (Arab) dan kolom vertikal yang disebut kelompok/golongan
(group), dimana setiap golongan mengandung
satu keluarga unsur Golongan ini juga ditandai dengan angka. Sistim penomoran yang selama ini dipakai di
Amerika Serikat hampir sama dengan
sistim Mendeleev dan setiap golongan/grup menggunakan angka Romawi dan huruf
A atau B. Hal ini dapat dilihat pada bagian
atas setiap kelompok/grup. Baru-baru ini, International Union of Pure
and Applied Chemistry (IUPAC) menyetujui suatu sistim alternatif dimana
golongan/grup diberi nomor dari kiri ke kanan dimulai dari 1 sampai 18. Angka ini diletakkan di
bawah penandaan Romawi. Sistim baru ini telah menimbulkan perdebatan
yang hebat, banyak ahli kimia pengajar ilmu kimia menentangnya. Karena
ketentuan ini masih diperdebatkan, maka kita
akan menggunakan penomoran menurut angka Romawi dan golongan/grup A dan
B.
Golongan yang dikiri
tanda dengan huruf A (golongan I A sampai VII A) dan golongan 0 menunjukkan
kebersamaan (kolektif) sebagai elemen representatif (representative
element). Label dengan huruf B (golongan I B
sampai VII B) ditambah golongan VIII (sebetulnya terdiri dari tiga kolom yang pendek yang terletak ditengah tabel)
disebut elemen transisi (transition element). Alasan penandaan
golongan A dan B adalah karena ada beberapa
kesamaan sifat antara unsur kelompok A dan elemen kelompok B, meskipun
kesamaan sifat tersebut kadang-kadang sedikit.
Akhirnya
ada dua baris unsur yang diletakkan tepat di bawah bagian utama tabel. Unsur ini dikenal dengan nama unsur
transisi bagian dalam (inner
transition element), sebetulnya merupakan bagian dari bagan yang ada dalam tabel seperti
terlihat dalam Gambar. Unsur ini biasanya diletakkan di bawah bagan yang telah disiapkan
(conserve space), dengan demikian
tabel dapat dicetak lebih menarik, seingga huruf-huruf
tidak terlalu kecil untuk dapat dibaca. Perhatikan Gambar, terlihat baris pertama unsur transisi bagian
dalam terletak setelah unsur lanthanum
(La) dan baris kedua setelah unsur actinium (Ac). Karena unsur ini terletak mengik-un baris ini,
maka baris pertama (unsur 58 sampai 71)
disebut lantanida (lanthanides) dan baris kedua (90 sampai 103)
disebut aktinida (actinides). Sering juga disebut, lantanida sebagai unsur yang jarang dijumpai di bumf (rare
earth element), karena sangat sedikit ditemukan dalam kerak bumf.
Sebagian
unsur mempunyai nama yang khusus, demikian juga jumlah kelompoknya. sebagai contoh, unsur Golongan I A
(diluar hidrogen) dikenal dengan nama logam alkali dan
unsur Golongan II A logam alkali tanah. Unsur golongan VIIA adalah halogen, nama ini
diambil dari bahasa Yunani, yang berarti
"pembuat garam-salt-former". Akhirnya unsur Golongan 0 (angka
nol) disebut gas mulia (juga kadang-kadang disebut gas invert) karena
elemen ini sangat sukar bereaksi.