myUASARevision for UASAUlang kaji UASA
Kimia notesnota, bab 2

Jirim dan Struktur Atom

Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), pageshalaman 22–41

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

Jirim ialah sesuatu yang mempunyai jisim dan memenuhi ruang. Jirim terdiri daripada zarah yang halus dan diskrit, dan wujud dalam tiga keadaan: pepejal, cecair dan gas.

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).

SifatPepejalCecairGas
Susunan zarahPadat dan teraturPadat tetapi tidak teraturBerjauhan antara satu sama lain
Tenaga kinetik zarahRendahLebih tinggi daripada pepejalSangat tinggi
Daya tarikan antara zarahKuatKuat, tetapi kurang daripada pepejalLemah
PerubahanNama prosesTenaga haba
Pepejal kepada cecairPeleburanDiserap
Cecair kepada gasPendidihan / penyejatanDiserap
Pepejal kepada gasPemejalwapanDiserap
Gas kepada cecairKondensasiDibebaskan
Cecair kepada pepejalPembekuanDibebaskan
Gas kepada pepejalPengendapanDibebaskan

Berdasarkan Rajah 2.2, buku teks m.s. 25

Takat lebur ialah suhu malar apabila sesuatu bahan bertukar daripada keadaan pepejal menjadi cecair pada tekanan tertentu. Takat beku ialah suhu malar apabila sesuatu bahan bertukar daripada keadaan cecair menjadi pepejal pada tekanan tertentu.

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.

Lengkung pemanasan naftalena: suhu naik dari A ke B, malar pada 80 darjah Celsius dari B ke C, kemudian naik dari C ke D
Lengkung pemanasan (Rajah 2.6). B ke C mendatar pada takat lebur (80 °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.
Lengkung penyejukan naftalena: suhu turun dari E ke F, malar pada 80 darjah Celsius dari F ke G, kemudian turun dari G ke H
Lengkung penyejukan (Rajah 2.7). F ke G mendatar pada takat beku (80 °C).
  • 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.
Naftalena ialah bahan yang perlu dikendalikan dengan berhati-hati: elakkan menyentuhnya atau terhidu gas naftalena. Asid laurik, C12H24O2 (daripada buah kelapa) sesuai sebagai pengganti naftalena.
Dalam soalan "mengapa suhu malar", jelaskan ke mana haba pergi: semasa peleburan, haba yang diserap mengatasi daya tarikan antara zarah; semasa pembekuan, haba yang dibebaskan diimbangi oleh haba yang terbebas apabila zarah saling menarik.
Mengapakah suhu kekal malar semasa ais melebur?
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Tenaga haba yang diserap digunakan untuk mengatasi daya tarikan antara zarah, bukan untuk menambah tenaga kinetik zarah.

2.2Perkembangan model atom

Atom mengandungi tiga jenis zarah subatom: proton, neutron dan elektron.

Zarah subatomSimbolCas relatifJisim relatif
Protonp+11
Neutronn0 (neutral)1
Elektrone−11/1840

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 sainsSumbangan
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.

Tersilap penemu. Thomson menemui elektron, Rutherford menemui nukleus dan proton, Chadwick menemui neutron. Bohr meletakkan elektron dalam petala.
Siapakah yang mencadangkan bahawa elektron bergerak dalam petala di sekeliling nukleus?
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Niels Bohr.

2.3Struktur atom

Nombor proton = bilangan proton di dalam nukleus.
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.

AtomBilangan protonBilangan neutronNombor protonNombor nukleon
Oksigen88816
Natrium11121123
Klorin17181735

Jadual 2.1, buku teks m.s. 32

Contoh 1 (buku teks m.s. 33)
Atom aluminium mempunyai 13 proton dan 14 neutron.
Nombor proton = 13. Nombor nukleon = 13 + 14 = 27.
Contoh 2 (buku teks m.s. 33)
Nombor nukleon atom kalium ialah 39 dan atom kalium mempunyai 19 proton.
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.

UnsurNombor protonSusunan elektronElektron valens
Oksigen82.66
Natrium112.8.11
Klorin172.8.77
Kalsium202.8.8.22
Rajah susunan elektron atom aluminium: nukleus Al dan tiga petala dengan 2, 8 dan 3 elektron
Rajah susunan elektron atom aluminium
Rajah struktur atom aluminium: nukleus dengan 13 proton dan 14 neutron dan tiga petala dengan 2, 8 dan 3 elektron
Rajah struktur atom aluminium

Rajah 2.13 dan 2.14, buku teks m.s. 35 (dilukis semula)

Rajah susunan elektron menunjukkan nukleus (dengan simbol unsur) dan susunan elektron. Rajah struktur atom menunjukkan juga bilangan proton dan neutron di dalam nukleus (aluminium: 13 p, 14 n).
Petala ketiga hanya boleh diisi sehingga 8 elektron bagi unsur dengan nombor proton 1 hingga 20. Kalsium (20 elektron) ialah 2.8.8.2, bukan 2.8.10.
Atom Y mempunyai 11 proton dan 12 neutron. Tulis perwakilan piawai dan susunan elektronnya.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
Nombor nukleon = 11 + 12 = 23, maka 2311Y. Susunan elektron 2.8.1.

2.4Isotop dan penggunaannya

Isotop ialah atom-atom bagi unsur yang sama dengan mempunyai bilangan proton yang sama tetapi bilangan neutron yang berbeza (nombor nukleon berbeza).

Hidrogen mempunyai tiga isotop, 11H, 21H dan 31H. Klorin mempunyai dua isotop:

IsotopPerwakilan piawaiProtonNeutronElektron
Klorin-353517Cl171817
Klorin-373717Cl172017

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 = Σ(% isotop × jisim isotop) ÷ 100
Contoh 3 (buku teks m.s. 38)
Klorin: 75% 35Cl dan 25% 37Cl.
Jisim atom relatif = (75 × 35 + 25 × 37) ÷ 100 = 3550 ÷ 100 = 35.5
Contoh tambahan: tiga isotop (Uji Kendiri 2.4 soalan 4)
Magnesium: 79.0% 24Mg, 10.0% 25Mg, 11.0% 26Mg.
Jisim atom relatif = (79.0 × 24 + 10.0 × 25 + 11.0 × 26) ÷ 100 = 2432 ÷ 100 = 24.32

Penggunaan isotop

BidangIsotopKegunaan
PerubatanKobalt-60Radioterapi untuk membunuh sel kanser tanpa pembedahan; mensterilkan alat perubatan
PerubatanIodin-131Rawatan penyakit tiroid, seperti hipertiroidisme dan kanser tiroid
PertanianFosforus-32Mengkaji metabolisme tumbuhan
NuklearUranium-235Penjana kuasa nuklear untuk menjana kuasa elektrik
ArkeologiKarbon-14Menganggar umur artifak atau fosil
ArkeologiPlumbum-210Menetapkan umur lapisan pasir dan tanah sehingga 80 tahun
IndustriHidrogen-3Pengesan untuk mengkaji kumbahan dan bahan buangan cecair
KejuruteraanNatrium-24Mengesan 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.

Menulis "bilangan proton yang berbeza" bagi isotop. Isotop bagi sesuatu unsur sentiasa mempunyai nombor proton yang sama; hanya bilangan neutron yang berbeza.
Neon terdiri daripada 90% 20Ne dan 10% 22Ne. Hitung jisim atom relatif neon.
Tunjuk jawapanSembunyi jawapan
(90 × 20 + 10 × 22) ÷ 100 = 2020 ÷ 100 = 20.2