Kimia Sekolah — Kelas 1 sampai 12 · Grades 1–12
20Tabel Periodik: Pandangan Pertama
Di dinding hampir setiap ruang kelas kimia tergantung bagan yang sama: 118 kotak, masing-masing berisi lambang dan angka, tersusun dalam baris dan kolom dengan bentuk yang aneh — menara tinggi di kedua sisinya, lekukan di tengah, dan dua baris lepas di bawahnya. Ketika pertama kali digambar, pada tahun 1869, bagan itu memuat sekitar enam puluh kotak dan beberapa kotak kosong. Penyusunnya cukup berani menguraikan unsur-unsur yang suatu hari akan mengisi celah-celah itu — dan ia benar.
Yang sudah kamu ketahui
Unsur kimia adalah himpunan atom dengan nomor atom yang sama, yaitu banyaknya proton di dalam inti (Bab 16). Setiap unsur memiliki lambang, satu huruf kapital yang kadang diikuti satu huruf kecil (Bab 11). Logam seperti besi, seng, dan aluminium membentuk ion positif (Bab 17).
20.1 Sebuah tabel unsur-unsur
Definisi 20.1 (Tabel periodik)
Yang disebut tabel periodik adalah daftar semua unsur kimia menurut nomor atom yang makin besar, sampai , yang disusun dalam baris-baris sedemikian rupa sehingga unsur-unsur yang sifatnya mirip berada dalam kolom yang sama.
Definisi 20.2 (Periode dan golongan)
Sebuah baris tabel periodik disebut periode; ada tujuh periode. Sebuah kolom disebut golongan; ada delapan belas golongan, diberi nomor 1 sampai 18 dari kiri ke kanan. Kedua baris yang dicetak di bawah tabel sebenarnya termasuk periode 6 dan 7; keduanya dipisahkan hanya agar tabelnya tidak terlalu lebar.
Metode 20.3 (Membaca tabel periodik)
Untuk menempatkan sebuah unsur:
- carilah kotaknya dari lambang atau nomor atomnya;
- barisnya menunjukkan periodenya, kolomnya menunjukkan golongannya;
- warnanya menyatakan apakah unsur itu logam atau nonlogam.
Natrium, , : periode 3, golongan 1, sebuah logam. Klorin, , : periode 3, golongan 17, sebuah nonlogam.
20.2 Logam dan nonlogam
Definisi 20.4 (Logam dan nonlogam)
Sebuah logam adalah unsur yang, sebagai zat murni, mengilap ketika baru dipotong, menghantarkan listrik dan panas dengan baik, dapat dibengkokkan atau ditempa, dan membentuk ion positif. Sebuah nonlogam tidak memiliki sifat-sifat itu: banyak nonlogam berupa gas (oksigen, nitrogen, klorin), nonlogam yang padat kusam dan rapuh (belerang, karbon sebagai batu bara), dan nonlogam cenderung membentuk ion negatif atau berbagi elektron dalam molekul.
Proposisi 20.5 (Letak keduanya)
Sekitar empat dari lima unsur adalah logam; logam mengisi bagian kiri dan tengah tabel. Nonlogam berada di kanan atas, dengan hidrogen sendirian di kiri atas. Di sepanjang perbatasan di antara keduanya, beberapa unsur — boron, silikon, germanium, arsen, antimon, telurium — memiliki sifat di antara keduanya: metaloid.
20.3 Kolom-kolom yang berperilaku sama
Proposisi 20.6 (Unsur-unsur segolongan berperilaku sama)
Unsur-unsur dalam satu golongan bereaksi dengan cara yang mirip dan membentuk senyawa yang mirip. Litium, natrium, dan kalium, di bagian atas golongan 1, adalah logam lunak yang bereaksi dengan air sambil melepaskan hidrogen; reaksinya makin hebat ke arah bawah golongan. Fluorin, klorin, bromin, dan iodin, di golongan 17, adalah nonlogam berwarna yang bereaksi dengan logam membentuk garam. Helium, neon, argon, dan unsur-unsur lain golongan 18 hampir tidak bereaksi dengan apa pun.
Di laboratorium — Litium, natrium, dan kalium dalam air
Di balik layar pelindung, guru menjatuhkan sepotong litium sebesar sebutir beras ke dalam baskom besar berisi air: litium itu berdesis pelan. Sepotong natrium seukuran itu berlari-lari di permukaan air, meleleh menjadi bola keperakan. Kalium langsung menyala dengan api berwarna ungu muda. Ketiganya melepaskan hidrogen dan meninggalkan larutan basa.
Keselamatan
Natrium: jika bersentuhan dengan air melepaskan gas mudah menyala yang dapat menyala sendiri (GHS02); menyebabkan luka bakar parah (GHS05). Natrium disimpan di dalam minyak dan hanya ditangani oleh guru, dengan penjepit, dalam potongan-potongan kecil.
20.4 Gagasan Mendeleev
Sejarah — Celah-celah Mendeleev, 1869–1886
Pada tahun 1869 Dmitri Mendeleev menyusun unsur-unsur yang dikenal pada masa itu menurut massa atom relatif yang makin besar — massa atom-atomnya dibandingkan dengan massa atom hidrogen — dan menempatkan unsur-unsur yang sifatnya mirip berdampingan. Di tempat pola itu menuntutnya, ia membiarkan celah untuk unsur-unsur yang belum ditemukan siapa pun, dan pada tahun 1871 ia menguraikan sifat-sifatnya: di bawah silikon, sebuah “eka-silikon” yang massa atom relatifnya akan sekitar 72. Pada tahun 1886 ahli kimia Clemens Winkler menemukan germanium dalam bijih perak, mengukur massa atom relatifnya sebesar 72.3, dan mendapati bahwa unsur itulah yang hilang. Galium (1875) dan skandium (1879) juga mengisi celah-celah yang ditinggalkan Mendeleev.
Catatan 20.7 (Urutan menurut nomor atom)
Mendeleev mengurutkan unsur-unsur menurut massa atom relatif, dan harus menukar beberapa pasang, seperti telurium dan iodin, agar keluarga-keluarga unsur tetap bersatu. Sekarang tabel itu diurutkan menurut nomor atom, yang ditemukan kemudian, dan pertukaran itu tidak diperlukan lagi.
20.5 Latihan
Latihan 20.1 ★
Menurut urutan apa unsur-unsur ditempatkan dalam tabel periodik?
Latihan 20.2 ★
Tentukan periode dan golongan dari: karbon (), magnesium (), argon ().
Latihan 20.3 ★
Logam atau nonlogam: besi, belerang, tembaga, oksigen, aluminium, klorin?
Latihan 20.4 ★
Unsur apa yang tepat berada di bawah natrium dalam tabel? Tepat di bawah klorin?
Solusi
Solusi Latihan 20.4.
Kalium () di bawah natrium; bromin () di bawah klorin.
Latihan 20.5 ★★
Dengan tabel itu, sebutkan unsur pada periode 4 dan golongan 2, serta unsur pada periode 2 dan golongan 15.
Solusi
Solusi Latihan 20.5.
Kalsium (, ) dan nitrogen (, ).
Latihan 20.6 ★★
Mengapa kalium dapat diharapkan bereaksi dengan air, seperti natrium?
Latihan 20.7 ★★
Sebuah unsur yang mengilap menghantarkan listrik dan membentuk ion . Apakah unsur itu logam atau nonlogam? Jelaskan.
Latihan 20.8 ★★
Mengapa Mendeleev membiarkan celah-celah dalam tabelnya? Mengapa hal ini menjadi kekuatan tabelnya dan bukan kelemahannya?
Solusi
Solusi Latihan 20.8.
Agar unsur-unsur yang sifatnya mirip tetap berada dalam kolom yang sama, sekalipun harus membiarkan sebuah kotak kosong. Celah-celah itu adalah ramalan: unsur-unsur yang hilang itu kemudian ditemukan dengan sifat-sifat yang telah ia uraikan.
Latihan 20.9 ★★
Lihatlah tabel Mendeleev tahun 1869. Massa atom relatif berapa yang diberikannya untuk karbon dan untuk oksigen? Dua celah mana, yang ditandai tanda tanya, muncul di samping aluminium dan silikon?
Solusi
Solusi Latihan 20.9.
Karbon: ; oksigen: . Celah “? ” (di samping Al ) dan “? ” (di samping Si ).
Latihan 20.10 ★★
Latihan 20.11 ★★★
Helium, neon, dan argon hampir tidak bereaksi dengan apa pun. Di golongan mana unsur-unsur itu berada? Untuk apa unsur-unsur itu dapat dipakai, mengingat sifat ini?
Latihan 20.12 ★★★
Galium, di bawah aluminium, ditemukan pada tahun 1875. Mendeleev telah meramalkan untuknya massa atom relatif yang mendekati rata-rata kedua tetangganya, aluminium (27.0) dan indium (114.8). Hitung rata-rata itu. (Galium: 69.7.)
Solusi
Solusi Latihan 20.12.
, dekat dengan 69.7.
20.6 Soal: Celah Mendeleev
Soal 20.1
Soal akhir pekan — meramalkan massa atom relatif sebuah unsur yang hilang dari keempat tetangganya
Pada tahun 1871 Mendeleev meramalkan sifat-sifat eka-silikon, unsur yang hilang di bawah silikon. Salah satu gagasannya adalah bahwa sifat sebuah unsur terletak di antara sifat-sifat tetangganya di atas dan di bawah, di kiri dan di kanan. Massa atom relatif keempat tetangga celah itu menurut nilai sekarang adalah: silikon 28.1 (di atas), timah 118.7 (di bawah), galium 69.7 (di kiri), arsen 74.9 (di kanan).
Bagian I — Celahnya.
- Dengan tabel periodik dalam bab ini, tentukan nomor atom, periode, dan golongan germanium, unsur yang mengisi celah itu.
- Unsur apa yang berada di atasnya, di bawahnya, di kirinya, dan di kanannya?
- Apakah germanium logam, nonlogam, atau metaloid?
- Mengapa Mendeleev menduga bahwa unsur yang hilang itu mirip dengan silikon?
Bagian II — Rata-rata.
- Hitung rata-rata massa atom relatif unsur-unsur di atas dan di bawah celah itu.
- Hitung rata-rata massa atom relatif unsur-unsur di kiri dan di kanan.
- Manakah di antara kedua rata-rata itu yang lebih dekat dengan massa atom relatif germanium yang sebenarnya, 72.6? Mengapa demikian?
- Dalam tabelnya tahun 1869, Mendeleev menulis “? ” untuk celah ini. Berapa selisih perkiraannya?
Bagian III — Ramalannya.
- Hitung rata-rata keempat tetangga itu, sampai satu angka di belakang koma.
- Pada tahun 1871 Mendeleev meramalkan 72; pada tahun 1886 Winkler mengukur 72.3. Bandingkan dengan rata-ratamu.
- Mengapa penemuan germanium meyakinkan banyak ahli kimia bahwa tabel Mendeleev benar?
- Nyatakan ramalanmu: massa atom relatif eka-silikon dari rata-rata keempat tetangganya.
Solusi
Solusi Soal 20.1.
2. Di atas: silikon. Di bawah: timah. Di kiri: galium. Di kanan: arsen.
3. Sebuah metaloid.
4. Germanium berada dalam golongan yang sama dengan silikon, dan unsur-unsur segolongan berperilaku sama.
5. .
6. .
7. Rata-rata kiri–kanan (72.3): sepanjang periode, massa atom relatif naik secara teratur, unsur demi unsur, sedangkan ke bawah golongan massa atom melompat dengan langkah-langkah besar.
8. .
9. , yaitu 72.9.
10. Rata-rata itu, 72.9, dekat dengan angka Mendeleev, 72, maupun angka Winkler, 72.3 (dan nilai sekarang, 72.6).
11. Sebuah unsur yang diramalkan sebelum ada yang pernah melihatnya ditemukan dengan sifat-sifat yang telah diramalkan: tabel itu bukan sekadar daftar, tabel itu dapat membuat ramalan.
12. Sekitar 72.9.