Struktur Atom, Distribusi Elektron, dan Ikatan Kovalen

Di postingan kali ini aku ingin membicarakan tetang struktur atom. Jika kita ingin memvisualisasikan suatu atom, mari lihatnya begini, suatu atom mencakup dari suatu zat pekat tapi kecil berupa suatu nukleus (inti) yang dikelilingi dengan elektron. Nukleus tersebut tersusun dari Neutron dan proton. Neutron bersifat netral, proton bermuatan posisit, sementara elektron bermuatan negatif. Pada suatu atom yang tidak bermuatan, jumlah proton sama dengan jumlah elektron.

Berat dair suatu atom kebanyakan berasal dari nukleusnya, karena massa proton dan neutron sekitar 1800 kali lebih besar daripada elektron. Sementara volume dari atom kebanyakan berasal dari awan elektron yang dibuat. 

Dalam studi struktur atom, kita membutuhkan untuk mengenal 3 istilah setidaknya yaitu jumlah atom, nomor massa, dan massa atom. Jumlah atom didasarkan pada jumlah proton pada nukleusnya, jumlah proton dapat menjadi perwakilan dari jumlah atom karena jumlah proton sangat unik dan sangat berbeda dengan tepat untuk masing-masing atom dalam tabel periodik. Sementara jumlah elektron dapat bervariasi karena adanya ikatan elektronik. 

Nomor massa adalah jumlah proton dan neutron karena kita telah mengetahui dari penjelasan sebelumnya bahwa neutron dan proton sangat besar dibandingkan dengan elektron, sehingga total massa atom dapat mengabaikan massa dari elektron dan hanya menghitung massa proton dan neutronnya saja. Nomor massa dari suatu atom dapat lebih dari satu karena massa neutron kadang-kadang bervariasi. 

Misalnya atom karbon memiliki dua nomor massa yaitu:

 98,89% dari atom karbon yang tersedia di bumi, berupa nomor massa 12 yang terdiri dari 6 proton dan 6 neutron, sementara 1,11% sisanya, berupa atom karbon dengan nomor massa 13 yang terdiri dari 6 proton dan 7 neutron. Di samping itu, atom karbon juga dapat ditemukan sebagai nomor massa 14, yang terdiri dari 6 proton dan 8 neutron. Kita menyebut atom karbon ini dengan nomor massa yang berbeda sebagai isotop, sehingga kita bisa mengatakan bahwa atom karbon memiliki 3 isotop yaitu C-12, C-13, dan C-14. 

Sementara massa atom adalah rata-rata dari isotop tersebut dari suatu atom. Untuk atom karbon misalnya, setelah perhitungan rata-rata, kita mendapatkan massa atomnya yaitu 12,011 amu. 

Bagaimana elektron dalam suatu atom terdistribusi?

Elektron dalam suatu atom terdistribusi berdasarkan mekanisme kuantum. Versi mekanisme kuantum adalah yang paling berguna diusulkan oleh Schrodinger pada tahun 1926. Menurut Schrodinger, elektron dalam atom menempati suatu set cangkang (shell) yang berkonsentrasi dan mengelilingi nukleus. Aturannya seperti ini:

• Cangkang pertama adalah cangkang terdekat dari nukleus.
• Masing-masing cangkang mengandung subcangkang (subshell) yang disebut orbital atom. Terdapat hanya 1 orbital atom dalam cangkang pertama yaitu orbital atom s, sementara pada cangkang kedua dan yang lebih tinggi juga mengandung orbital atom s dengan ortabital atom degenerasi lainnya seperti p, d, dan f. Orbital degenerasi adalah orbital atom yang memiliki energi yang sama. 
• Jumlah orbital s, p, d, dan f berbeda, yaitu jumlah orbital atom secara berturut-turut adalah 1, 3, 5, dan 7.
• Pada masing-masing orbital atom tersebut, hanya 2 elektron yang dapat menempatinya secara maksimum.  

Pada keadaan dasar, elektron yang tersedia berada dalam energi terendah yang mana yang paling dekat dengan nukleus. Apabila terdapat energi yang diaplikasikan pada suatu atom pada keadaan dasar, satu atau lebih elektron dapat melompat ke orbital dengan energi yang lebih tinggi dan kondisi ini disebut sebagai keadaan tereksitasi. 

Selain itu, terdapat 3 prinsip mengenai bagaimana elektron menempati orbital atom, yaitu prinsip aufbau, prinsip ekslusi Pauli, dan peraturan Hund. Prinsip aufbau menetapkan bahwa :suatu elektron selalu pergi ke orbital yang tersedia pada energi terendahnya". Prinsip ekslusi Pauli menyatakan bahwa "tidak lebih dari dua elektron yang dapat menempati masing-masing orbital atom, dan dua elektron harus memiliki spin yang berbeda". Sementara peraturan Hund menyebutkan bahwa "apabila terdapat dua atau lebih orbital atom dengan energi yang sama, elektron akan menempati orbital yang kosong terlebih dahulu sebelum berpasangan dengan elektron yang lainnya."

catatan: spin adalah arah rotasi elektron dalam suatu orbital, dimana dua elektron yang menempati orbital atom yang sama akan memiliki arah rotasi yang berlawanan, tidak pernah sama. 

Setelah mengenal struktur atom dan bagaimana elektron terdistribusi, mari mengenal ikatan kovalen.

Ikatan kovalen adalah teori yang disusulkan oleh G. N. Lewis. Beliau menyatakan bahwa "suatu atom berada pada posisi yang paling stabil apabila cangkang terluar baik diisi atau mengandung delapan elektron, dan tidak memiliki elekron lainnya dengan energi yang lebih tinggi". Teori ini lebih lanjut disebut sebagai aturan oktet. 

Terdapat 2 jenis ikatan kovalen, yaitu ikatan kovalen nonpolar dan polar. Ikatan kovalen nonpolar adalah ikatan dengan perbedaan elektronegativitas antara atom terikat kurang dari 0,5. Dengan demikian elektron terbagi secara sama. Sementara ikatan kovalen polar adalah iaktan dimana perbedaan elektronegativitasnya antara 0,5 dan 1,9. Apabila perbedaan lebi hdari 1,9, ikatan tersebut tidak lagi disebut sebagai ikatan kovalen, tetapi ikatan ionik. 

Mengenai ikatan kovalen polar, sebagaimana terdapat perbedaan dalam elektronegativitasnya, elektron tidak lagi dibagi secara sama. Dengana demikian, beberapa elektron akan terkonsentrasi pada satu atom. Berdasarkan pada  konvensi yang diadakan oleh para ahli kimia, arah dari polaritas ikatan divisualisasikan dengan tanda panah. Kepala dari tanda panah mengarahkan pada ujung yang negatif, sementara garis batang yang lurus dari ekornya mengarah pada ujung yang positif. 

Dalam ikatan kovalen, terdapat pula cara lain untuk memvisualisasikan distribusi dari elektron, yaitu disebut dengan peta potensial elektrostatik. Warna menunjukkan dimana ujung negatif dan positif. Warna merah menunjukkan potensi elektrostatik yang paling negatif. Sementara warna biru adalah area dengan potensi elektrostatik yang paling positif. 

Kira-kira untuk postingan kali ini segitu dulu yaa, semoga bisa dimegerti dan bermanfaat. Mohon maaf kalau ada salah. Terima kasih sudah berkunjung.