Contoh Soal Struktur Atom dan Sistem Periodik Unsur

Berikut adalah beberapa contoh soal struktur atom dan sistem periodik unsur yang menuntut kemampuan berpikir tingkat tinggi (HOTS) beserta pembahasannya.

Soal 1: Konfigurasi Elektron dan Posisi di Tabel Periodik

Pertanyaan:

Unsur X memiliki nomor atom 26. Tentukan konfigurasi elektron unsur tersebut dan jelaskan posisinya di dalam tabel periodik (periode dan golongan).

Pembahasan:

Nomor atom 26 berarti unsur X memiliki 26 elektron. Konfigurasi elektronnya dapat ditulis sebagai: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶

Dari konfigurasi tersebut, kita dapat melihat:

• Elektron valensi berada di subkulit 4s dan 3d.
• Subkulit 4s memiliki 2 elektron dan subkulit 3d memiliki 6 elektron.

Unsur ini berada di periode 4 karena elektron valensi terakhir berada di kulit ke-4. Golongan ditentukan dari jumlah elektron di subkulit d dan s, yaitu 2 (dari 4s) + 6 (dari 3d) = 8, sehingga unsur ini berada di golongan 8 (VIIIB).

Jadi, unsur X adalah Besi (Fe) yang terletak di periode 4 dan golongan VIIIB pada tabel periodik.

Soal No. 2: Tren Jari-Jari Atom

Pertanyaan:

Mengapa jari-jari atom dari unsur-unsur dalam satu golongan tabel periodik meningkat dari atas ke bawah? Jelaskan dengan menggunakan konsep struktur atom.

Pembahasan:

Ketika kita bergerak dari atas ke bawah dalam satu golongan di tabel periodik, setiap unsur memiliki satu kulit elektron lebih banyak daripada unsur di atasnya. Penambahan kulit elektron ini menyebabkan ukuran atom secara keseluruhan meningkat meskipun ada peningkatan muatan inti.

Misalnya, untuk golongan alkali (golongan 1):

• Litium (Li): Konfigurasi elektron 2,1 (dua kulit elektron)
• Natrium (Na): Konfigurasi elektron 2,8,1 (tiga kulit elektron)
• Kalium (K): Konfigurasi elektron 2,8,8,1 (empat kulit elektron)

Dengan bertambahnya jumlah kulit, jari-jari atom meningkat karena elektron pada kulit yang lebih jauh dari inti kurang terikat erat oleh gaya tarik-menarik inti akibat peningkatan efek penahan oleh elektron di kulit dalam (efek penahanan).

Soal No. 3: Sifat Logam dan Non-Logam

Pertanyaan:

Unsur Y memiliki kecenderungan untuk membentuk ion positif dan berada di periode ketiga. Berdasarkan informasi ini, prediksikan apakah unsur Y adalah logam atau non-logam dan identifikasikan unsur tersebut.

Pembahasan:

Jika unsur Y cenderung membentuk ion positif, itu menunjukkan bahwa unsur tersebut cenderung melepaskan elektron untuk mencapai konfigurasi elektron yang stabil. Ini adalah karakteristik dari logam.

Karena unsur Y berada di periode ketiga, kita lihat unsur-unsur logam pada periode tersebut:

• Natrium (Na): 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹
• Magnesium (Mg): 1s² 2s² 2p⁶ 3s²
• Aluminium (Al): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹

Dari ketiga unsur tersebut, semuanya cenderung membentuk ion positif:

• Na → Na⁺
• Mg → Mg²⁺
• Al → Al³⁺

Unsur Y kemungkinan besar adalah salah satu dari ketiga unsur tersebut. Berdasarkan informasi ini dan jika kita tidak memiliki lebih banyak detail tentang jumlah muatan ion yang terbentuk, kita dapat menyimpulkan bahwa unsur Y adalah logam dan kemungkinan besar adalah Natrium (Na), Magnesium (Mg), atau Aluminium (Al).

Soal No. 4: Energi Ionisasi dan Kestabilan Elektron

Pertanyaan:

Mengapa energi ionisasi kedua dari Magnesium jauh lebih besar daripada energi ionisasi pertama?

Pembahasan:

Energi ionisasi adalah energi yang diperlukan untuk melepaskan satu elektron dari atom dalam keadaan gas. Untuk magnesium (Mg), konfigurasi elektronnya adalah: 1s² 2s² 2p⁶ 3s²

Energi ionisasi pertama: Mengeluarkan satu elektron dari subkulit 3s.

Mg → Mg⁺ + e^–

Energi ionisasi kedua: Mengeluarkan elektron kedua dari subkulit 3s.

Mg⁺ → Mg²⁺ + e^–

Setelah kehilangan satu elektron, Mg⁺ memiliki konfigurasi elektron seperti gas mulia Ne (1s² 2s² 2p⁶), yang sangat stabil. Mengeluarkan elektron kedua berarti mengganggu konfigurasi stabil ini, yang memerlukan energi yang jauh lebih besar dibandingkan dengan energi yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron pertama dari subkulit 3s.

Oleh karena itu, energi ionisasi kedua untuk Mg sangat besar karena elektron yang kedua dilepaskan dari konfigurasi elektron yang sangat stabil.