SISTEM PERIODIK UNSUR

Unsur yang ada saat ini telah ditemukan 118 unsur. Dari 118 unsur tersebut, sebanyak 90 unsur merupakan unsur alami, sisanya adalah unsur buatan. Tabel periodik terdiri dari 7 baris dan 18 kolom. Baris tersebut disebut periode, sedangkan kolom disebut golongan. International Union of Pure and Applied (IUPAC), sebagai badan internasional kimia merekomendasikan untuk penamaan golongan dari 1 sampai 18. 

Beberapa golongan dalam tabel periodik memiliki nama khusus, seperti 

• Golongan 1, kecuali hidrogen, disebut golongan logam-logam alkali

• Golongan 2 disebut golongan logam-logam alkali tanah

• Golongan 17 disebut golongan halogen

• Golongan 18 disebut golongan gas mulia. 

Golongan dari suatu unsur dapat dilihat berdasarkan posisi dari atas ke bawah. Sedangkan, periode dilihat dari kiri ke kanan. Suatu golongan dimulai dari golongan 1 sampai 18, sementara periode dimulai dari periode 1 sampai 7. 

Elektron pada kulit terluar adalah elektron valensi. Gambar di bawah menunjukkan elektron valensi dari dua puluh unsur pertama yang ditandai dengan huruf merah. 

Semua unsur dalam satu golongan mempunyai jumlah elektron valensi yang sama dengan digit pertama nomor golongannya. Sebagai contoh, golongan 1 hidrogen dan logam alkali memiliki satu elektron valensi, golongan kelompok 2 logam alkali memiliki dua elektron valensi, halogen dalam golongan 17 memiliki tujuh elektron valensi, dan gas mulia dalam golongan 18 memiliki delapan elektron valensi. 

Elektron valensi dapat digunakan untuk menentukan sifat kimia unsur. Unsur-unsur dalam golongan yang sama memiliki sifat kimia yang serupa karena mereka memiliki konfigurasi elektron kulit valensi yang sama. Unsur-unsur dalam satu baris menunjukkan perubahan sifat kimia secara bertahap karena konfigurasi elektron kulit valensinya berubah secara bertahap di sepanjang baris.

Ada 118 unsur yang kita ketahui, 92 di antaranya terjadi secara alami, sedangkan sisanya telah disiapkan secara artifisial. Sistem periodik unsur dapat digunakan untuk mengklasifikasikan unsur-unsur berdasarkan sifatnya, yaitu logam, logam transisi luar, logam transisi dalam, semilogam, dan nonlogam. Salah satu contoh dari logam, semi logam, dan nonlogam adalah sebagai berikut.   

Dengan pengecualian hidrogen, semua elemen yang membentuk ion positif dengan kehilangan elektron selama reaksi kimia disebut logam. Logam adalah unsur elektropositif dengan energi ionisasi yang relatif rendah. Unsur logam memiliki ciri-ciri sebagai berikut. 

• Wujud: Logam adalah padatan pada suhu kamar dengan pengecualian merkuri, yang cair pada suhu kamar (Galium cair pada hari-hari panas).

• Kilau: Logam memiliki kualitas memantulkan cahaya dari permukaannya dan dapat dipoles, misalnya, emas, perak, dan tembaga.

• Kelenturan: Logam memiliki kemampuan untuk menahan palu dan dapat dibuat menjadi lembaran tipis yang dikenal sebagai foil. Misalnya, sebongkah emas seukuran kubus gula dapat ditumbuk menjadi lembaran tipis yang menutupi lapangan sepak bola.

• Daktilitas: Logam dapat ditarik menjadi kabel. Sebagai contoh, 100 gram perak dapat ditarik menjadi seutas kawat tipis yang panjangnya kira-kira 200 meter.

• Kekerasan: Semua logam keras kecuali natrium dan kalium, yang lunak dan dapat dipotong dengan pisau.

• Valensi: Logam biasanya memiliki 1 hingga 3 elektron di kulit terluar atomnya. 

• Konduksi: Logam adalah konduktor yang baik karena memiliki elektron bebas. Perak dan tembaga adalah dua konduktor panas dan listrik terbaik. Timbal adalah konduktor panas yang paling buruk. Bismut, merkuri, dan besi juga merupakan konduktor yang buruk

• Kepadatan: Logam memiliki kerapatan tinggi dan sangat berat. Iridium dan osmium memiliki kepadatan tertinggi sedangkan lithium memiliki kepadatan terendah.

• Titik Leleh dan Titik Didih: Logam memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi. Tungsten memiliki titik leleh dan titik didih tertinggi sedangkan merkuri memiliki titik didih terendah. Natrium dan kalium juga memiliki titik leleh yang rendah.

Semilogam (metaloid) merupakan unsur yang memiliki sifat antara logam dan non logam. Metaloid berwujud padat pada suhu kamar. Metaloid dapat membentuk paduan dengan logam lain. Beberapa metaloid, seperti silikon dan germanium, dapat bertindak sebagai konduktor listrik dalam kondisi yang tepat, sehingga disebut semikonduktor. 

Silikon misalnya tampak berkilau, tetapi tidak lunak atau ulet (rapuh - karakteristik beberapa bukan logam). Semilogam adalah konduktor panas dan listrik yang jauh lebih buruk daripada logam. Sifat fisik metaloid cenderung logam, tetapi sifat kimianya cenderung nonlogam. Bilangan oksidasi suatu unsur dalam golongan ini dapat berkisar dari +5 hingga -2, bergantung pada golongan tempatnya berada. Pada tabel periodik, unsur-unsur berwarna kuning, yang umumnya berbatasan dengan garis anak tangga, dianggap sebagai metaloid. 

Gambar. Bentuk unsur non-logam

Sumber: Chemical Elements

Nonlogam adalah unsur yang umumnya merupakan penghantar panas dan listrik yang buruk. Sebagian besar non-logam ada di dua dari tiga keadaan materi pada suhu kamar, yaitu gas (oksigen) dan padatan (karbon). Hanya brom yang berwujud cair pada suhu kamar. Non-logam sangat rapuh, dan tidak dapat digulung menjadi kabel atau ditumbuk menjadi lembaran. Unsur non-logam juga tidak berkilau dan menatulkan cahaya. Titik leleh non-logam umumnya lebih rendah dari logam, tetapi sangat bervariasi. Tujuh nonlogam ada dalam kondisi standar sebagai molekul diatomik, yaitu H2 (g) , N2 (g) , O2 (g) , F2 (g) , Cl2 (g) , Br2 (l) , I2 (s) 

Non-logam memiliki kecenderungan untuk mendapatkan atau berbagi elektron dengan atom lain. Mereka bersifat elektronegatif. Nonlogam, ketika bereaksi dengan logam, cenderung memperoleh elektron (biasanya mencapai konfigurasi elektron gas mulia) dan menjadi anion:

3Br2 (l) + 2Al (s) → 2AlBr3(s)

Senyawa yang seluruhnya terdiri dari bukan logam adalah zat kovalen. Mereka umumnya membentuk oksida asam atau netral dengan oksigen yang larut dalam air untuk membentuk asam:

CO2 (g) + H2O (l) → H2CO3 (aq)

Tabel periodik terdiri dari unsur yang bersifat logam, semilogam, dan nonlogam. Pada unsur logam terbagi lagi menjadi logam transisi dan logam transisi dalam. Logam transisi didefinisikan sebagai unsur-unsur yang memiliki (atau siap membentuk) orbital d yang terisi sebagian. Sedangkan, unsur blok-f disebut logam transisi dalam (lantanida dan aktinida), selain itu blok-f juga memenuhi kriteria logam transisi karena orbital d terisi sebagian sebelum orbital f.

PROSEDUR PENENTUAN GOLONGAN DAN PERIODE

Konfigurasi elektron suatu unsur menunjukkan letaknya pada tabel periodik. Unsur-unsur dalam satu golongan memiliki kulit atom terluar yang sama. Tabel periodik dapat dibagi menjadi 4 blok yang didasarkan pada pengisian orbital. Berikut pembagian tabel periodik berdasarkan pengisian orbital.

• Blok biru merupakan unsur-unsur yang dikenal sebagai logam alkali dan logam alkali tanah. Kedua kolom ini membentuk blok s dari tabel periodik, karena elektron terakhir (elektron valensi) menempati orbital valensi s.

• Blok merah muda terdiri dari blok p, karena elektron terakhir menempati orbital valensi p. Blok s dan elemen blok p disebut unsur golongan utama. 

• Blok orange pada sepuluh kolom yang berisi logam transisi. Blok d merupakan unsur di mana elektron terakhir menempati orbital valensi d. Blok ini disebut golongan transisi. 

• Blok cream yang berisi 14 kolom adalah unsur-unsur di mana elektron terakhir menempati valensi orbital f dan membentuk blok f.  Biasanya unsur-unsur pada blok f ini sering disebut sebagai golongan transisi dalam.

Konfigurasi Elektrom Menurut Atom Bohr

Pengisian elektron mulai dari tingkat energi terendah (kulit K atau n = 1). Bilamana lintasan pertama sudah penuh, pengisian dilanjutkan pada kulit kedua, yaitu kulit L (n = 2), lalu kulit M (n = 3), dan seterusnya. Jumlah elektron maksimal untuk kulit n dirumuskan Bohr sebagai 2n2.

Contoh:

Belerang (S)

16S = K L M 2 8 6

Berdasarkan konfigurasi klasik tersebut, elektron valensi = 6 dan nomor kulit terbesar = 3. Maka dapat disimpulkan unsur S terletak pada golongan 6A periode 3

Konfigurasi Electron Secara Mekanika Kuantum

Menurut Aufbau, elektron menempati subkulit dengan tingkat energi yang rendah dan dilanjutkan pada subkulit dengan tingkat energi yang lebih tinggi. Sehingga, untuk menentukan letak unsur belerang (S) menggunakan mekanika kuantum, yaitu:

16S = 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p4

Golongan ditentukan dari jumlah elektron valensi pada subkulit s dan p yang mana unsur S memiliki elektron valensi 6 yang menunjukkan unsur S terletak pada golongan 6A atau 16. Pada unsur S memiliki kulit terluar yaitu 3, sehingga unsur S terletak pada periode ke-3.

Konfigurasi Elektron Modern

Jika menggunakan konfigurasi elektron modern, maka penentuan letak unsur dapat ditunjukkan berdasarkan subkulit terakhir terakhirnya.

Contoh pada unsur Cr dapat dijabarkan sebagai berikut:

24Cr = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5

24Cr = [Ar] 4s1 3d5

Dari konfigurasi tersebut, dapat diketahui Cr terletak pada periode ke-4. Sedangkan golongan unsur Cr dapat dilihat dari subkulit terakhir berdasarkan konfigurasi elektronnya, yaitu subkulit d dimana subkulit d digolongkan ke dalam golongan B atau golongan transisi.

SIFAT-SIFAT PERIODIK UNSUR

Perhatikan reaksi yang terjadi pada natrium dengan air serta magnesium dengan air !

Berdasarkan video tersebut, logam Na lebih dahsyat reaksinya dengan air dibandingkan logam Mg. Ketika dimasukkan ke dalam air, logam Na akan bereaksi dan melepaskan energi yang cukup besar sehingga menimbulkan ledakan. Reaksinya berbeda jauh dari magnesium, meski keduanya terletak berdekatan pada tabel periodik unsur. Perbedaan reaktivitas tersebut dapat dijelaskan dari perbedaan energi ionisasi kedua unsur. Energi ionisasi adalah salah satu dari keempat sifat periodik unsur. Selain energi ionisasi, juga ada elektronegativitas, afinitas elektron, dan jari-jari atom. Sifat-sifat periodik ini menjadi dasar dalam memahami sifat unsur, salah satunya adalah reaktivitas. 

1. Jari-jari atom

Jari-jari atom merupakan jarak antara inti atom sampai dengan elektron dikulit terluar. Menurut teori atom modern jari-jari atom adalah setengah jarak antara dua inti atom sejenis. Perhatikan ilustrasi ukuran jari-jari atom (dalam ρm) berikut: 

Yuk analisis gambar berikut untuk mengetahui kecenderungan jari jari atom tersebut!

Gambar 2. Perbandingan sifat jari-jari atom

(Sumber : Setiyana, 2015)

2. Energi Ionisasi

Energi ionisasi adalah energi yang diperlukan untuk melepaskan satu elektron terluar dari suatu atom atau ion dalam fase gas. Energi mengeluarkan satu elektron pertama (dari atom netralnya) disebut energi ionisasi pertama dan untuk mengeluarkan satu elektron kedua disebut energi ionisasi kedua, demikian seterusnya untuk pengeluaran satu elektron berikutnya. 

Contoh:

Kalsium mempunyai energi ionisasi pertama, IE1 adalah 590 kJ / mol

Ca (g) + 590 kJ → Ca+(g) + e–

Energi ionisasi kedua (IE2) adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk melepaskan elektron kedua

Ca+ (g) + 1145 kJ → Ca 2+ (g) + e–

IE2 selalu lebih besar dari IE1 karena lebih sulit untuk melepaskan elektron dari ion bermuatan positif. Kecenderungan energi ionisasi unsur-unsur dalam satu golongan atau satu perioda dapat dipelajari melalui gambar grafik berikut

Dalam suatu periode semakin banyak elektron dan proton maka gaya tarik menarik elektron terluar dengan inti akan semakin besar, elektron semakin sukar terlepas sehingga energi untuk melepas elektron semakin besar,sehingga energi ionisasinya besar.

3. Afinitas Elektron

Afinitas elektron merupakan perubahan energi akibat penambahan elektron pada atom berwujud gas sehingga membentuk anion gas. Afinitas elektron adalah besarnya energi yang diperlukan ketika mengikat satu elektron dari bentuk atom netral dalam wujud gas sehingga terbentuk ion dengan muatan -1. 

Contohnya:

Cl (g) + 1e- → Cl- (g) (– 349 kJ)

Jika 1 mol atom klorin menangkap 1 mol elektron untuk membentuk 1 mol ion klorin, energi yang akan dibebaskan adalah sebesar 349 kJ. Jadi, harga afinitas elektron untuk klorin adalah sebesar – 349 kJ/mol.

Unsur yang mempunyai afinitas elektron bertanda negatif mempunyai kecenderungan lebih besar menyerap elektron daripada unsur yang afinitas elektronnya bertanda positif. Makin negatif nilai afinitas elektron, berarti makin besar kecenderungan menyerap elektron. Perhatikan grafik berikut: 

Dalam satu periode dari kiri ke kanan, afinitas elektron semakin besar karena jari-jari semakin kecil dan gaya tarik inti terhadap elektron semakin besar, dan atom semakin mudah menarik elektron dari luar.

Pada satu golongan dari atas ke bawah, afinitas elektron semakin kecil karena jari-jari atom makin besar, sehingga gaya tarik inti terhadap elektron makin kecil, dan atom semakin sulit menarik elektron dari luar.

4. Elektronegativitas 

Elektronegativitas merupakan suatu ukuran kecenderungan atom menarik elektron ke arah dirinya sendiri dalam ikatan kimia. Elektronegativitas atau keelektronegatifan diukur dalam skala Pauling dan memiliki nilai antara 0,7 hingga 4. Unsur yang memiliki nilai elektronegativitas besar cenderung suka menarik elektron. Sebaliknya, unsur dengan nilai elektronegativitas kecil akan cenderung melepas elektron dan membentuk kation. Unsur dengan elektronegativitas paling besar adalah florin (9F) yaitu 4,0 sedangkan elektronegativitas paling kecil adalah (87Fr) yakni 0,7.

Unsur-unsur yang satu golongan, keelektronegatifannya semakin ke bawah semakin kecil, karena gaya tarik-menarik inti semakin lemah. Unsur-unsur yang satu periode, keelektronegatifannya semakin ke kanan semakin besar. Peningkatan jumlah proton dalam satu periode meningkatkan elektronegativitas karena gaya elektrostatik antara inti atom dengan elektron makin kuat. Sehingga unsur dengan jumlah proton terbanyak dalam periode yang sama akan cenderung menarik elektron dan membentuk anion.

Keelektronegatifan terbesar pada setiap periode dimiliki oleh golongan VII A (unsur-unsur halogen). Harga kelektronegatifan terbesar terdapat pada fluor (F) yakni 4,0 dan harga terkecil terdapat pada fransium (Fr) yakni 0,7