8.3 Variasi Berkala dalam Sifat Fisik

Muatan Inti Efektif

Dalam suatu atom dengan satu elektron, elektron tersebut mengalami sepenuhnya terpengaruh oleh muatan positif dari inti atom. Dalam kasus ini, muatan inti efektif dapat dihitung melalui hukum Coulomb.

Muatan inti efektif (Zeff) adalah muatan inti yang dirasakan oleh elektron ketika muatan inti sebenarnya (Z) dan efek tolakan (perisai) dari elektron lain diperhitungkan. Secara umum, Zeff diberikan oleh 

Zeff = Z - 𝜎  

      𝜎 (sigma) adalah konstanta pelindung (juga disebut konstanta skrining).

Namun, dalam suatu atom dengan banyak elektron, elektron terluar secara simultan tertarik ke inti bermuatan positif sekaligus tertolak oleh elektron bermuatan negatif dari orbital yang lebih dalam. Muatan inti efektif pada elektron semacam ini dinyatakan sesuai persamaan berikut:

dengan

 adalah jumlah proton dalam inti atom (nomor atom), dan

 adalah rata-rata jumlah elektron antara inti atom dan elektron yang ditanyakan (jumlah elektron non-valensi).

S dapat dicari melalui aplikasi sistematis berbagai aturan, yang paling sederhana dikenal sebagai "aturan Slater" (dinamakan sesuai John C. Slater). Douglas Hartree mendefinisikan Z efektif orbital Hartree-Fock sebagai:

dengan

 adalah rata-rata jari-jari orbital untuk atom hidrogen, dan

 adalah rata-rata jari-jari orbital untuk suatu konfigurasi elektron dengan muatan inti Z.

Eksperimen menunjukkan bahwa dibutuhkan 3,94 x 10⁻¹⁸ J untuk melepas elektron pertama dan 8,72 x 10⁻¹⁸ J untuk melepas elektron kedua. Tidak ada perisai setelah elektron pertama dilepaskan, sehingga elektron kedua merasakan efek penuh dari muatan inti +2.

Pertimbangkan unsur periode kedua dari Li ke Ne. Bergerak dari kiri ke kanan, kita menemukan jumlah elektron inti (1s²) tetap konstan sementara muatan inti meningkat. Namun, karena elektron yang ditambahkan adalah elektron valensi dan elektron valensi tidak saling melindungi dengan baik, efek bersih bergerak melintasi periode adalah muatan inti efektif yang lebih besar yang dirasakan oleh elektron valensi, seperti yang ditunjukkan di sini.

Muatan inti efektif juga meningkat ketika kita menurunkan golongan periodik tertentu. Namun, karena elektron valensi sekarang ditambahkan ke kulit yang semakin besar ketika n bertambah, tarikan elektrostatik antara inti dan elektron valensi sebenarnya berkurang.

 

Jari-jari Atom

Jari-jari atom adalah jarak dari inti atom ke orbital elektron terluar yang stabil dalam suatu atom dalam keadaan setimbang. Biasanya jarak tersebut diukur dalam satuan pikometer atau angstrom. Dikarenakan elektron-elektron senantiasa  bergerak, maka untuk   mengukur  jarak   dari inti atom  kepadanya   amatlah   sulit. Untuk  itu   digunakan  beberapa   cara   yang   lebih   akurat  seperti  dijelaskan  pada  bagian  selanjutnya.

Jenis jari-jari Atom

cara mencari jari-jari atom dengan cara melihat tabel periodik

dari atas ke bawah ⇒ semakin besar
dari kanan ke kiri ⇒ semakin besar

Jari-jari kovalen

Jari-jari atom diukur menggunakan jari-jari kovalen untuk elemen-elemen yang memiliki jenis ikatan kovalen. Umumnya elemen-elemen ini merupakan elemen-elemen non-logam. Secara teknis jarak yang diukur adalah setengah dari jarak internuklir antara dua atom bertetangga terdekat dalam kisi-kisi kristal.

Jari-jari kovalen untuk elemen-elemen yang tidak dapat berikatan dapat diperkirakan dengan melakukan kombinasi jari-jari dari elemen-elemen yang dapat berikatan dalam molekul untuk atom-atom yang berbeda.

Jari-jari logam

Jari-jari atom diukur menggunakan jari-jari logam untuk elemen-elemen yang termasuk dalam elemen-elemen logam. Jari-jari logam adalah setengah jarak dari jarak internuklir terdekat dari atom-atom dalam kristal logam.

Jari-jari van der Waals

Jari-jari atom diukur menggunakan jari-jari van der Waals untuk elemen yang atom-atomnya tidak dapat saling berikatan. Contoh dari kelompok ini adalah gas mulia, di mana dikatakan bahwa atom-atom dari elemen ini tak termampatkan atau terpadatkan (unsquashed).

contoh gambar jari-jari atom :

Gambar 8.4 (a) Dalam logam seperti berilium, jari-jari atom didefinisikan sebagai setengah jarak antara pusat dua atom yang berdekatan. (b) Untuk unsur yang ada sebagai molekul diatomik, seperti yodium, jari-jari atom didefinisikan sebagai setengah jarak antara pusat-pusat atom dalam molekul.

Gambar 8.5 Jari-jari atom (dalam pikometer) unsur-unsur yang representatif menurut posisi mereka dalam tabel periodik. Perhatikan bahwa tidak ada kesepakatan umum tentang ukuran jari-jari atom. Kita hanya fokus pada tren dalam jari-jari atom, bukan pada nilai tepatnya.

Gambar 8.5 Jari-jari atom (dalam pikometer) unsur-unsur yang representatif menurut posisi mereka dalam tabel periodik. Perhatikan bahwa tidak ada kesepakatan umum tentang ukuran jari-jari atom. Kita hanya fokus pada tren dalam jari-jari atom, bukan pada nilai tepatnya.

Jari-jari Ion

Jari-jari ion atau radius ion, rion, adalah jari-jari suatu ion atom. Meskipun atom maupun ion tidak memiliki batas yang tegas, mereka sering kali dianggap sebagai bola keras dengan jari-jarinya adalah jumlah jari-jari kation dan anion yang memberi jarak antar ion dalam kisi kristal. Jari-jari ion biasanya dinyatakan dalam satuan pikometer (pm) maupun Ångström (Å), dengan 1 Å = 100 pm. Nilai yang umum berada pada kisaran 30 pm (0.3 Å) hingga lebih dari 200 pm (2 Å).

Ion dapat lebih besar maupun lebih kecil daripada atom netral, tergantung pada muatan listrik ion. Ketika atom kehilangan sebuah elektron untuk membentuk kation, elektron lainnya yang tertinggal lebih tertarik mendekat ke inti, dan jari-jari ion menjadi lebih kecil. Analog dengan hal tersebut, ketika elektron ditambahkan ke suatu atom untuk membentuk anion, elektron yang ditambahkan meningkatkan ukuran awan elektron melalui tolakan antar elektron (interelectronic repulsion).

Jari-jari ion bukanlah sifat yang pasti dan tetap untuk ion tertentu, tetapi bervariasi sesuai dengan bilangan koordinasi, keadaan spin, dan parameter-parameter lainnya. Namun demikian, nilai jari-jari ion cukup mudah teralihkan sehingga memungkinkan untuk mengenali tren periodiknya. Seperti jenis jari-jari atom lainnya, jari-jari ion meningkat sepanjang golongan tabel periodik dari atas ke bawah. Ukuran ion (untuk ion yang sama) juga meningkat seiring dengan kenaikan bilangan koordinasi, dan sebuah ion dalam kondisi spin tinggi akan lebih besar daripada ion yang sama dalam kondisi spin rendah. Secara umum, jari-jari ion menurun seiring dengan kenaikan muatan positif, dan meningkat seiring dengan kenaikan muatan negatif.

Perbandingan jari-jari atom dengan jari-jari ion

Gambar 8.7 Perbandingan jari-jari atom dengan jari-jari ion. (a) Logam alkali dan kation logam alkali. (b) Halogen dan ion halida.

menunjukkan perubahan ukuran yang dihasilkan ketika logam alkali dikonversi menjadi kation dan halogen dikonversi menjadi anion; 

Gambar 8.8 Perubahan ukuran Li dan F saat bereaksi membentuk LiF.

menunjukkan perubahan ukuran yang terjadi ketika atom litium bereaksi dengan atom fluor membentuk satuan LiF.

Gambar 8.9 Jari-jari (dalam pikometer) dari ion unsur-unsur yang umum diatur sesuai dengan posisi unsur-unsur dalam tabel periodik.

menunjukkan jari-jari ion yang berasal dari unsur-unsur yang umum, disusun sesuai dengan posisi unsur-unsur dalam tabel periodik.

Kita bisa melihat kecenderungan paralel antara jari-jari atom dan jari-jari ion. Misalnya, dari atas ke bawah, baik jari-jari atom maupun jari-jari ion meningkat dalam suatu golongan. Untuk ion yang berasal dari unsur-unsur dalam golongan yang berbeda, perbandingan ukuran hanya bermakna jika ion-ion tersebut adalah isoelektronik.