Jirim dan Struktur Atom
What this chapter coversMatlamat bab ini
- Saya boleh memerihal jirim sebagai sesuatu yang mempunyai jisim dan memenuhi ruang (2.1.1)
- Saya boleh menerangkan perubahan keadaan jirim dari segi tenaga kinetik, susunan zarah dan daya tarikan antara zarah (2.1.2)
- Saya boleh menentukan takat lebur dan takat beku naftalena daripada lengkung pemanasan dan penyejukan (2.1.3)
- Saya boleh menyatakan zarah subatom dan membanding jisim relatif serta cas relatif proton, neutron dan elektron (2.2.1, 2.2.2)
- Saya boleh membuat urutan model atom Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr dan Chadwick (2.2.3)
- Saya boleh mendefinisikan nombor proton dan nombor nukleon serta menentukan bilangan proton, neutron dan elektron dalam atom (2.3.1, 2.3.2)
- Saya boleh menulis perwakilan piawai atom (2.3.3)
- Saya boleh menulis susunan elektron dan melukis rajah struktur atom serta rajah susunan elektron (2.3.4)
- Saya boleh mendeduksi maksud isotop dan menghitung jisim atom relatif daripada kelimpahan semula jadi (2.4.1, 2.4.2)
- Saya boleh mewajarkan penggunaan isotop dalam pelbagai bidang (2.4.3)
2.1Konsep asas jirim
Pelangi tidak mempunyai jisim dan isi padu, jadi pelangi bukan jirim. Jirim boleh wujud sebagai unsur atau sebatian. Unsur terdiri daripada atom atau molekul (karbon, C; oksigen, O2). Sebatian terdiri daripada molekul atau ion (air, H2O; natrium klorida, NaCl). Ion terbentuk melalui pemindahan elektron antara atom: atom natrium menderma 1 elektron untuk menjadi ion natrium, atom klorin menerima 1 elektron untuk menjadi ion klorida.
Perubahan keadaan jirim
Perubahan keadaan jirim disebabkan oleh pemanasan atau penyejukan. Apabila tenaga haba diserap atau dibebaskan, tenaga kinetik, susunan zarah dan daya tarikan antara zarah berubah (Rajah 2.2).
| Sifat | Pepejal | Cecair | Gas |
|---|---|---|---|
| Susunan zarah | Padat dan teratur | Padat tetapi tidak teratur | Berjauhan antara satu sama lain |
| Tenaga kinetik zarah | Rendah | Lebih tinggi daripada pepejal | Sangat tinggi |
| Daya tarikan antara zarah | Kuat | Kuat, tetapi kurang daripada pepejal | Lemah |
| Perubahan | Nama proses | Tenaga haba |
|---|---|---|
| Pepejal kepada cecair | Peleburan | Diserap |
| Cecair kepada gas | Pendidihan / penyejatan | Diserap |
| Pepejal kepada gas | Pemejalwapan | Diserap |
| Gas kepada cecair | Kondensasi | Dibebaskan |
| Cecair kepada pepejal | Pembekuan | Dibebaskan |
| Gas kepada pepejal | Pengendapan | Dibebaskan |
Berdasarkan Rajah 2.2, buku teks m.s. 25
Menentukan takat lebur dan takat beku naftalena, C10H8 (Aktiviti 2.2, m.s. 26-28)
Satu per tiga tabung didih diisi dengan naftalena dan termometer dimasukkan. Tabung didih dipanaskan dalam bikar berisi air (kaedah kukus air). Suhu dan keadaan jirim dicatat setiap 30 saat dari 60.0 °C hingga 90.0 °C. Kemudian tabung didih dikeluarkan, dikeringkan dan diletakkan dalam kelalang kon, lalu naftalena dikacau berterusan sehingga suhu menurun ke 60.0 °C.
- A ke B: pepejal. Zarah menyerap tenaga haba lalu bergetar lebih cepat kerana tenaga kinetik bertambah, maka suhu meningkat.
- B ke C: peleburan (pepejal dan cecair). Suhu malar kerana tenaga haba yang diserap digunakan untuk mengatasi daya tarikan antara zarah sehingga pepejal bertukar menjadi cecair.
- C ke D: cecair. Zarah menyerap haba dan bergerak lebih cepat.
- E ke F: cecair. Zarah membebaskan haba lalu bergerak lebih perlahan kerana kehilangan tenaga kinetik.
- F ke G: pembekuan. Suhu malar kerana tenaga haba yang dibebaskan ke persekitaran diimbangi oleh tenaga haba yang terbebas apabila zarah menarik antara satu sama lain untuk membentuk pepejal.
- G ke H: pepejal. Zarah membebaskan haba lalu bergetar lebih perlahan.
Nilai suhu dan masa pada lengkung dilukis sebagai contoh; buku teks (m.s. 28) menunjukkan bentuk lengkung sahaja.
Soalan perbincangan Aktiviti 2.2
- Naftalena tidak dipanaskan terus dengan api penunu Bunsen dan kaedah kukus air digunakan kerana naftalena mudah terbakar dan kaedah ini memanaskannya secara perlahan dan sekata.
- Tabung didih diletakkan ke dalam kelalang kon semasa penyejukan supaya naftalena menyejuk dengan perlahan.
- Naftalena dikacau berterusan supaya menyejuk secara sekata. Jika tidak dikacau, sebahagian naftalena membeku lebih awal daripada bahagian lain dan bacaan termometer tidak tepat.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
2.2Perkembangan model atom
Atom mengandungi tiga jenis zarah subatom: proton, neutron dan elektron.
| Zarah subatom | Simbol | Cas relatif | Jisim relatif |
|---|---|---|---|
| Proton | p | +1 | 1 |
| Neutron | n | 0 (neutral) | 1 |
| Elektron | e | −1 | 1/1840 |
Rajah 2.8, buku teks m.s. 29
Kajian tentang atom bermula dengan teori Democritus, ahli falsafah Yunani, kira-kira 500 SM. Model atom yang diketahui sekarang ialah hasil usaha ramai ahli sains (Rajah 2.9).
| Ahli sains | Sumbangan |
|---|---|
| John Dalton (1766-1844) | Jirim terdiri daripada atom: jasad berbentuk sfera yang kecil dan tidak boleh dicipta, dimusnahkan atau dibahagi lagi. Unsur yang sama mempunyai atom yang sama. |
| J.J. Thomson (1856-1940) | Menemui zarah bercas negatif, iaitu elektron. Atom ialah sfera bercas positif dengan beberapa elektron di dalamnya. |
| Ernest Rutherford (1871-1937) | Nukleus ialah pusat atom dan mengandungi proton (bercas positif). Hampir seluruh jisim atom bertumpu di nukleus. Elektron bergerak di luar nukleus. |
| Niels Bohr (1885-1962) | Elektron bergerak di dalam petala di sekeliling nukleus. |
| James Chadwick (1891-1974) | Menemui zarah neutral, iaitu neutron, di dalam nukleus. Neutron menyumbang hampir separuh daripada jisim sesuatu atom. |
Rajah 2.9, buku teks m.s. 30-31. Urutan: Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr, Chadwick.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
2.3Struktur atom
Nombor nukleon = jumlah bilangan proton dan neutron di dalam nukleus.
Nombor nukleon = nombor proton + bilangan neutron
Atom adalah neutral, maka bilangan elektron = bilangan proton. Oleh itu bilangan neutron = nombor nukleon − bilangan proton. Atom unsur yang berlainan mempunyai nombor proton yang berlainan.
| Atom | Bilangan proton | Bilangan neutron | Nombor proton | Nombor nukleon |
|---|---|---|---|---|
| Oksigen | 8 | 8 | 8 | 16 |
| Natrium | 11 | 12 | 11 | 23 |
| Klorin | 17 | 18 | 17 | 35 |
Jadual 2.1, buku teks m.s. 32
Nombor proton = 13. Nombor nukleon = 13 + 14 = 27.
Bilangan elektron = bilangan proton = 19. Bilangan neutron = 39 − 19 = 20.
Ion
Atom klorin (17 proton, 18 neutron, 17 elektron) menerima 1 elektron untuk membentuk ion klorida, Cl− (17 proton, 18 neutron, 18 elektron). Semasa pembentukan ion, bilangan proton dan neutron di dalam nukleus tidak berubah. Bilangan elektron bertambah semasa pembentukan anion (ion negatif) dan berkurang semasa pembentukan kation (ion positif).
Perwakilan piawai atom
Atom diwakili sebagai AZX, dengan A = nombor nukleon, Z = nombor proton dan X = simbol unsur. Contohnya 126C: nombor nukleon 12, nombor proton 6, jadi 6 proton, 6 elektron dan 6 neutron. Atom natrium dengan 11 proton dan 12 neutron ialah 2311Na.
Susunan elektron
Elektron memenuhi petala yang terdekat dengan nukleus dahulu. Bagi unsur dengan nombor proton 1 hingga 20, bilangan maksimum elektron ialah 2 pada petala pertama, 8 pada petala kedua dan 8 pada petala ketiga. Aluminium (nombor proton 13) mempunyai susunan elektron 2.8.3.
Petala terluar yang diisi dengan elektron ialah petala valens dan elektron padanya ialah elektron valens. Sifat kimia sesuatu unsur bergantung kepada bilangan elektron valens, maka unsur dengan bilangan elektron valens yang sama mempunyai sifat kimia yang sama.
| Unsur | Nombor proton | Susunan elektron | Elektron valens |
|---|---|---|---|
| Oksigen | 8 | 2.6 | 6 |
| Natrium | 11 | 2.8.1 | 1 |
| Klorin | 17 | 2.8.7 | 7 |
| Kalsium | 20 | 2.8.8.2 | 2 |
Rajah 2.13 dan 2.14, buku teks m.s. 35 (dilukis semula)
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
2.4Isotop dan penggunaannya
Hidrogen mempunyai tiga isotop, 11H, 21H dan 31H. Klorin mempunyai dua isotop:
| Isotop | Perwakilan piawai | Proton | Neutron | Elektron |
|---|---|---|---|---|
| Klorin-35 | 3517Cl | 17 | 18 | 17 |
| Klorin-37 | 3717Cl | 17 | 20 | 17 |
Jadual 2.4, buku teks m.s. 37. Klorin-35 juga ditulis Cl-35 atau 35Cl.
Isotop mempunyai jisim yang tidak sama kerana bilangan neutron berbeza, tetapi bilangan elektron (dan susunan elektron) yang sama.
Jisim atom relatif bagi isotop
Kelimpahan semula jadi ialah peratusan isotop yang wujud dalam suatu sampel semula jadi unsur. Jisim atom relatif bergantung kepada kelimpahan semula jadi isotop.
Jisim atom relatif = (75 × 35 + 25 × 37) ÷ 100 = 3550 ÷ 100 = 35.5
Jisim atom relatif = (79.0 × 24 + 10.0 × 25 + 11.0 × 26) ÷ 100 = 2432 ÷ 100 = 24.32
Penggunaan isotop
| Bidang | Isotop | Kegunaan |
|---|---|---|
| Perubatan | Kobalt-60 | Radioterapi untuk membunuh sel kanser tanpa pembedahan; mensterilkan alat perubatan |
| Perubatan | Iodin-131 | Rawatan penyakit tiroid, seperti hipertiroidisme dan kanser tiroid |
| Pertanian | Fosforus-32 | Mengkaji metabolisme tumbuhan |
| Nuklear | Uranium-235 | Penjana kuasa nuklear untuk menjana kuasa elektrik |
| Arkeologi | Karbon-14 | Menganggar umur artifak atau fosil |
| Arkeologi | Plumbum-210 | Menetapkan umur lapisan pasir dan tanah sehingga 80 tahun |
| Industri | Hidrogen-3 | Pengesan untuk mengkaji kumbahan dan bahan buangan cecair |
| Kejuruteraan | Natrium-24 | Mengesan kebocoran paip bawah tanah |
Jadual 2.5, buku teks m.s. 38
Penggunaan isotop mendatangkan kesan positif dan kesan negatif terhadap alam sekitar dan masyarakat. Untuk mewajarkan penggunaan isotop, nyatakan kegunaannya, manfaatnya (contohnya merawat kanser tanpa pembedahan) dan keperluan mengendalikan sisa radioaktif dengan selamat.