Sifat-sifat Atomik dan Sifat-sifat Fisik Unsur-unsur Periode 3

Kata Kunci: alumunium, argon, energi ionisasi, fosfor, jari atom, keelektronegatifan, klor, natrium, orbital, periode 3, silikon, sulfur, titik didih, titik leleh, van der waals

Ditulis oleh Jim Clark pada 06-10-2007

Halaman ini menggambarkan dan menjelaskan kecenderungan sifat-sifat atomik dan sifat-sifat fisik unsur-unsur periode 3 mulai dari natrium hingga argon. Hal yang dibahas meliputi energi ionisasi, jari-jari atom, elektronegativitas, daya hantar arus listrik, titik leleh dan titik didih.
Sifat-sifat Atomik

Struktur/konfigurasi elektronik
Pada periode 3 dalam tabel periodik, orbital 3s dan 3p terisi oleh elektron. Hanya sekedar mengingatkan, berikut versi singkat konfigurasi elektron untuk delapan unsur periode 3 adalah:

Na	[Ne] 3s1
Mg	[Ne] 3s2
Al	[Ne] 3s2 3px1
Si	[Ne] 3s2 3px1 3py1
P	[Ne] 3s2 3px1 3py1 3pz1
S	[Ne] 3s2 3px2 3py1 3pz1
Cl	[Ne] 3s2 3px2 3py2 3pz1
Ar	[Ne] 3s2 3px2 3py2 3pz2

Dalam tiap kasus, [Ne] menunjukkan struktur elektronik yang lengkap dari atom neon.
Energi ionisasi pertama
Energi ionisasi pertama adalah energi yang dibutuhkan untuk melepaskan satu elektron yang terikat paling lemah dari satu mol atom dalam keadaan gas menjadi satu mol ion dalam keadaan gas dengan muatan +1.

Dibutuhkan energi untuk tiap perubahan 1 mol X.
Pola perubahan energi ionisasi pertama unsur-unsur sepanjang periode 3.

Perhatikan bahwa secara umum kecenderungannya meningkat kecuali antara magnesium dan alumunium serta antara fosfor dan sulfur yang menurun.
Penjelasan pola
Energi ionisasi pertama dipengaruhi oleh:

• Muatan dalam inti;
• Jarak elektron terluar dari inti;
• Banyaknya pemerisaian oleh elektron yang lebih dalam;
• Apakah elektron dalam orbital berpasangan atau tidak.

Kecenderungan meningkat
Dalam semua unsur-unsur periode 3, elektron terluar berada pada kulit orbital ke-3. Semuanya memiliki jarak yang sama dari inti / nukleus dan diperisai oleh elektron yang sama yaitu elektron pada kulit pertama dan kedua.

Perbedaan yang paling utama adalah meningkatnya jumlah proton dalam inti mulai dari natrium hingga argon. Hal inilah yang menyebabkan tarikan inti terhadap elektron terluarnya makin besar sehingga meningkatkan energi ionisasi.

Pada kenyataannya meningkatnya muatan di dalam inti juga akan menarik elektron terluar menjadi lebih dekat ke inti. Peningkatan energi ionisasi makin besar sepanjang periode dari kiri ke kanan.
Penurunan pada alumunium
Anda dapat memperkirakan bahwa ukuran alumunium lebih besar dari pada magnesium karena jumlah proton yang lebih banyak. Mengimbangi fakta bahwa elektron terluar dari alumunium berada pada orbital 3p bukannya 3s.

Elektron pada orbital 3p sedikit lebih jauh dari inti dari pada elektron pada orbital 3s, dan sebagian mendapatkan pemerisaian dari elektron 3s sebagai elektron yang lebih dalam. Kedua faktor inilah yang mengimbangi jumlah proton yang lebih banyak.
Penurunan pada sulfur
Pada fosfor ke sulfur, sesuatu yang lebih harus mengimbangi pengaruh proton yang lebih banyak.

Pemerisaian yang sama pada fosfor dan sulfur (dari elektron yang lebih dalam, pada beberapa tingkat dari elektron 3s), dan elektron yang akan dilepaskan berasal dari orbital yang sama.
Perbedaannya adalah bahwa pada sulfur, elektron yang akan dilepaskan berasal dari salah satu elektron yang berpasangan pada orbital 3p_x². Tolakan antara 2 elektron yang berada dalam orbital yang sama menunjukkan bahwa elektron lebih mudah dikeluarkan dari pada elektron yang tidak berpasangan.
Jari-jari atom
Kecenderungan
Diagram di bawah ini menunjukkan bagaimana perubahan jari-jari atom pada unsur-unsur periode 3.

Gambaran yang digunakan untuk membuat diagram ini adalah berdasarkan pada:

• Jari-jari metalik / ionik untuk Na, Mg dan Al;
• Jari-jari kovalen untuk Si, P, S dan Cl;
• Jari-jari van der Waals untuk Ar, karena Ar tidak dapat membentuk ikatan yang kuat.

Wajar jika kita membandingkan jari-jari metalik dengan jari-jari kovalen karena keduanya menunjukkan ikatan yang sangat rapat. Akan tetapi tidak wajar bila kita membandingkan jari-jari metalik dan jari-jari kovalen dengan jari-jari van der Waals.
Kecenderungan secara umum menunjukkan atom makin kecil sepanjang periode TERKECUALI pada argon. Anda tidak dapat membandingkan hal yang tidak sejenis. Sebaiknya kita mengabaikan argon pada diskusi selanjutnya.
Penjelasan kecenderungan
Jari-jari metalik dan kovalen menunjukkan jarak dari inti ke pasangan elektron ikatan. Jika tidak yakin dengan hal itu, kembali dan ikuti link sebelumnya.
Dari natrium hingga klor, elektron ikatan semuanya berada di kulit ke-3, akan diperisai oleh elektron pada kulit pertama dan kedua. Peningkatan jumlah proton dalam inti sepanjang perioda akan meningkatkan tarikan elektron ikatan menjadi lebih dekat ke inti. Jumlah pemerisaian sama untuk semua unsur
Elektronegativitas / keelektronegatifan
Keelektronegatifan adalah ukuran kecenderungan atom untuk menarik pasangan elektron ikatan.

Skala Pauling adalah yang paling umum digunakan. Fluor (unsur yang paling elektronegatif) diberi skala 4.0 dan nilai ini makin menurun hingga cesium dan francium dengan keelektronegatifan terendah yaitu 0.7.
Kecenderungan
Kecenderungan sepanjang periode diperlihatkan grafik di bawah ini:

Ingat bahwa argon tidak dimasukkan. Keelektronegatifan adalah kecenderungan atom untuk menarik pasangan elektron ikatan. Karena argon tidak membentuk ikatan kovalen sehingga secara nyata tidak memiliki keelektronegatifan.
Penjelasan kecenderungan
Kecenderungan dijelaskan dengan cara yang sama seperti kecenderungan pada jari-jari atom. Sepanjang periode, elektron ikatan selalu berada pada kulit yang sama yaitu kulit ke-3, dan selalu diperisai oleh elektron dalam yang sama.

Semuanya berbeda dalam hal jumlah proton yang terus meningkat dan tarikan pasangan elektron ikatan makin mendekati inti.
Sifat-sifat Fisik
Bagian ini akan membahas daya hantar listrik serta titik leleh dan titik didih unsur-unsur periode 3. Untuk memahami hal ini, hal yang harus Anda pahami adalah struktur dari masing-masing unsur.
Struktur-struktur unsur
Struktur unsur-unsur berubah sepanjang periode 3. Tiga pertama merupakan metalik, silikon adalah kovalen raksasa dan sisanya berupa molekul sederhana.
Tiga struktur metalik
Natrium, magnesium dan alumunium semuanya memiliki struktur metalik.

Dalam natrium hanya ada satu elektron yang terlibat dalam ikatan metalik- satu elektron 3s. Dalam magnesium, kedua elektron terluarnya terlibat, sedangkan pada alumunium ketiga elektron terluarnya terlibat.
Sodium, magnesium and aluminium all have metallic structures.
Perbedaan lain yang harus diperhatikan adalah cara penyusunan atom-atomnya dalam kristal logam. Natrium mengalami koordinasi-8 di mana masing-masing atom natrium bersentuhan dengan 8 atom natrium yang lain.
Magnesium dan alumunium mengalami koordinasi-12 (meskipun dengan cara yang berbeda). Ini adalah cara yang lebih efisien dalam menyusun atom-atom. Baik untuk mengurangi pemborosan tempat / space dalam struktur logam dan ikatan logam yang lebih kuat.
Struktur kovalen raksasa
Silikon memiliki struktur kovalen raksasa seperti intan. Bagian terkecil dari struktur dapat dilihat seperti di bawah ini:

Strukturnya terikat dengan ikatan kovalen yang kuat dalam tiga dimensi.
Empat struktur molekuler sederhana
Struktur fosfor dan sulfur bermacam-macam tergantung pada jenis fosfor yang sedang dibicarakan. Untuk fosfor kita anggap sebagai fosfor putih. Dan untuk sulfur kita anggap salah satu dari bentuk kristal monoklin dan rombis.

Atom-atom dalam masing-masing molekul terikat melalui ikatan kovalen (tentu saja kecuali argon).

Dalam keadaan cair atau padat, molekul-molekulnya terikat satu sama lain dengan gaya van der Waals.
Daya hantar arus listrik

• Natrium, magnesium dan alumunium semuanya merupakan penghantar / konduktor arus listrik yang baik;
• Silikon merupakan semikonduktor;
• Sisanya bukan merupakan konduktor.

Tiga logam pertama, sudah pasti merupakan penghantar listrik karena adanya delokalisasi elektron (“laut elektron”) yang bebas bergerak / berpindah sepanjang padatan atau cairan logam.

Pada kasus silikon, penjelasan bagaimana silikon dapat menjadi semikonduktor berada di luar cakupan tingkat ini. Dengan hanya mengetahui strukturnya seperti intan, kita tidak dapat memperkirakan silikon dapat menghantarkan arus listrik, tapi silikon memang dapat menghantarkan arus listrik.

Sisanya tidak menghantarkan arus listrik karena merupakan senyawa dengan molekul sederhana. Tidak ada elektron yang dapat bebas bergerak.
Titik leleh dan titik didih
Grafik di bawah menunjukkan bagaimana titik leleh dan titik didih unsur-unsur periode 3 berubah sepanjang periode. Gambar diplot dalam Kelvin bukannya °C untuk menghindari nilai yang negatif.

Lebih baik bila kita menghubungkan perubahan ini dengan terminologi macam-macam struktur yang telah dibahas.
Struktur metalik
Titik didih dan titik leleh meningkat sepanjang tiga logam pertama karena meningkatnya kekuatan ikatan metalik.

Jumlah elektron pada masing-masing atom menyumbang untuk meningkatkan delokalisasi “lautan elektron”. Atom-atom juga menjadi lebih kecil dan memiliki jumlah proton yang lebih banyak dari natrium hinggga magnesium dan alumunium.

Tarikan dan titik leleh serta titik didih meningkat karena:

• Inti atom memiliki muatan positif yang semakin besar;
• Lautan elektron makin bermuatan negatif;
• Lautan elektron makin dekat ke inti dan tertarik makin kuat.

Silikon
Silikon memiliki titik leleh dan titik didih yang lebih tinggi karena memiliki struktur kovalen raksasa. Kita harus memutuskan ikatan kovalen yang kuat itu sebelum akhirnya meleleh atau mendidih.

Karena yang kita bicarakan adalah tentang jenis ikatan yang berbeda, lebih baik jangan membendingkan langsung titik leleh dan titik didih silikon dengan titik leleh dan titik didih alumunium.
Empat unsur molekuler
Fosfor, sulfur, klor dan argon adalah senyawa molekuler sederhana yang hanya dipengaruhi gaya van der Waals di antara molekul-molekulnya. Titik leleh dan titik didihnya akan makin rendah dari pada empat unsur pertama dalam periode 3 yang memiliki struktur raksasa.

Ukuran titik leleh dan titik didih dipengaruhi oleh ukuran molekul.

Ingat struktur molekul:

Fosfor
Fosfor mengandung molekul P₄. Untuk molekul fosfor, anda tidak dapat memecahkan ikatan kovalennya, hanya gaya van der Waals antar molekulnya yang lemah.
Sulfur
Sulfur terdiri dari atom S₈ yang berbentuk cincin. Molekulnya lebih besar dari pada molekul fosfor dan gaya van der Waals yang lebih kuat, hal ini penting untuk menjelaskan titik leleh dan titik didih yang lebih tinggi.
Klor
Klor, Cl₂, adalah molekul yang lebih kecil dengan gaya van der Waals yang lebih lemah dan klor memiliki titik leleh dan titik didih yang lebih rendah dari pada sulfur dan fosfor.
Argon
Molekul argon hanya terdiri dari satu atom argon, Ar. Jangkauan gaya van der Waals antar atom-atomnya sangat terbatas begitu pula titik leleh dan titik didih argon lebih rendah lagi.