Bab 2 - Struktur Atom (The Structure of Atom)

Jirim

Kimia (chemistry) adalah kajian mengenai jirim (matter), komposisi dan perubahan yang dilaluinya.

Jirim (matter) adalah apa jua benda (samada hidup atau bukan hidup) yangmemenuhi ruang (occupies space) dan mempunyai jisim (mass). Dalam erti kata lain, jirim adalah apa jua benda yang mempunyai isipadu (volume) dan jisim.

Contoh jirim adalah buku, pen, kerusi, air, udara dan tumbuh-tumbuhan. Contoh bukan jirim (non-matter) adalah seperti elektrik dan cahaya.

Teori zarah menyatakan jirim terdiri zarah diskret yang sangat kecil. Kajian sifat zarah dalam jirim adalah seperti berikut:

1. Susunan zarah dalam pepejal.
2. Susunan zarah dalam cecair.
3. Susunan zarah dalam gas.

Zarah asas yang membentuk jirim adalah atom, molekul atau ion.

Kewujudan zarah adalah disokong oleh beberapa pemerhatian (observation). Antara contohnya adalah seperti berikut:

• Apabila setitik dakwat biru jatuh ke dalam air didalam sebuah bikar, warna biru dakwat tersebut merebak ke seluruh air. Ini menunjukkan bahawa dakwat terdiri daripada zarah dalam gerakan (particles in motion).
• Apabila paip gas di makmal dibuka, bau gas dapat dikesan dengan serta-merta. Ini menunjukkan bahawa gas juga adalah terdiri daripada zarah dalam gerakan.

Unsur (element) adalah bahan yang tidak boleh dijadikan apa-apa jua yang lebih mudah atau diringkaskan lagi melalui sesuatu tindak balas kimia.

Zarah dalam beberapa unsur (element) terdiri daripada atom. Sebagai contoh, logam seperti emas, tembaga, besi, zink, kesemuanya terdiri daripada atom.

Sebatian (compound) adalah bahan yang boleh dibuat kepada sesuatu yang lebih kecil melalui tindak balas kimia.

Sebatian (compounds) mengandungi lebih dari satu unsur. Unsur-unsur dalam suatu sebatian itu tidak hanya bercampur-campur antara satu sama lain, ianya juga beserta dengan daya yang kuat yang dipanggil ikatan kimia (chemical bond). 

Sebatian tidak mempunyai sifat-sifat yang sama seperti unsur-unsur yang terkandung di dalamnya. 

Suatu sebatian adalah:

• Dibentuk oleh tindak balas kimia.
• Mempunyai sifat yang berbeza daripada unsur-unsur yang terkandung didalamnya.

Zarah dalam sebatian boleh terdiri daripada molekul atau ion.

Molekul terdiri daripada dua atau lebih atom-atom yang dipegang bersama (held together) oleh suatu ikatan kimia. Molekul juga adalah zarah yang tidak bercas.

Molekul boleh terdiri daripada atom dari unsur yang sama, contohnya molekul oksigen (O2), molekul nitrogen (N2), molekul hidrogen (H2) dan molekul sulfur (S8).

Molekul boleh juga terdiri daripada atom dari dua atau lebih unsur yang tidak sama, contohnya molekul air (H2O) yang terdiri daripada dua atom hidrogen dan satu atom oksigen, dan karbon dioksida (CO2) yang terdiri daripada satu atom karbon dan dua atom oksigen.

Sesetengah molekul boleh menjadi terlalu besar, contohnya kuinin (quinine) yang merupakan dadah yang digunakan bagi merawat pesakit malaria, mempunyai formula C₂₀H₂₄N₂O₂.

Walau bagaimanapun, beberapa sebatian terdiri daripada atom atau kumpulan atom yang membawa cas positif atau negatif. Zarah bercas (charged particle) tersebut dipanggil ion. Sebagai contoh, garam, NaCl, terdiri daripada ion natrium (Na⁺) dan ion klorida (Cl^-). Karat pada paku besi terdiri daripada ion ferum (III) (Fe³⁺) dan ion oksida (O^2-).

Ion-ion yang bercas positif dipanggil kation (cation). Sebagai contoh, ion natrium (Na⁺) dan ion ferum (III) (Fe³⁺) adalah kation.

Ion-ion yang bercas negatif dipanggil anion. Sebagai contoh, ion klorida (Cl^-) dan ion oksida (O^2-) adalah anion.

Secara umumnya, logam membentuk ion positif manakala bukan logammembentuk ion negatif. Beberapa contoh kation dan anion adalah sepert jadual di bawah.

Teori Zarah Jirim

Jirim (matter) ialah sebarang benda yang mempunyai jisim dan memenuhi ruang.

Jirim dikelaskan kepada unsur dan sebatian.

Unsur merupakan bahan yang terdiri daripada satu jenis atom sahaja. Unsur dibahagikan kepada unsur logam (logam besi) dan unsur bukan logam (oksigen).

Sebatian ialah bahan yang terdiri daripada dua atau lebih unsur yang terikat secara kimia. Sebatian dibahagikan kepada sebatian ion dan sebatian kovalen.

Mengikut teori zarah jirim;

1. Jirim terdiri daripada zarah-zarah yang halus dan diskrit.
2. Zarah-zarah sesuatu jirim sentiasa bergerak.

Zarah-zarah yang membina jirim wujud dalam pelbagai bentuk iaitu:

Atom (dalam unsur logam dan gas adi).

• Zarah neutral yang terdiri daripada elektron yang bergerak mengelilingi nukleus yang terbina daripada proton dan neutron.
• Zarah yang paling ringkas dan tidak stabil kecuali atom gas adi.
• Contoh: satu atom magnesium, satu atom karbon, dll.

Molekul (dalam unsur bukan logam dan sebatian kovalen)

• Zarah neutral yang merupakan gabungan dua atau lebih atom yang sama atau berlainan jenis.
• Stabil.
• Contoh: 
  i. Satu molekul air terdiri daripada satu atom oksigen dan 2 atom hidrogen, H₂O. 
  ii. Satu molekul oksigen yang terdiri daripada 2 atom oksigen, O₂.

Ion (dalam sebatian ion)

• Zarah bercas yang terdiri daripada atom yang kehilangan elektron (ion positif) atau atom yang menerima elektron (ion negatif).
• Stabil.
• Contoh: 
  i. Ion natrium, Na⁺, terbentuk daripada atom natrium yang kehilangan elektron. 
  ii. Ion klorida, Cl^-, terbentuk daripada atom klorida yang telah menerima elektron.

Zarah-zarah dalam sesuatu unsur mungkin merupakan atom atau molekul. Dalam unsur logam dan gas adi, zarah wujud sebagai atom. Bagi kebanyakan unsur bukan logam, atom-atom bergabung antara satu sama lain untuk membentuk molekul. Zarah unsur bukan logam biasanya wujud sebagai molekul. Contohnya;

• Logam besi ialah unsur yang mengandungi satu jenis atom sahaja, iaitu atom besi.
• Oksigen ialah unsur bukan logam yang mengandungi satu jenis atom, iaitu atom oksigen. Dua atom oksigen bergabung untuk membentuk satu molekul oksigen. Oleh itu, zarah-zarah dalam gas oksigen merupakan molekul oksigen, O₂.
• Unsur bukan logam seperti hidrogen, nitrogen, klorin, fosforus, sulfur, bromin, iodin dan fluorin juga mengandungi zarah-zarah molekul.

Zarah-zarah dalam suatu sebatian mungkin merupakan molekul atau ion.Sebatian ion mengandungi zarah ion manakala sebatian kovalen mengandungi zarah molekul. Contohnya;

• Air ialah sebatian kovalen kerana terdiri daripada molekul yang terbentuk daripada gabungan atom oksigen dan atom hidrogen, iaitu H₂O.
• Garam biasa (natrium klorida) ialah sebatian ion kerana terdiri daripada ion natrium dan ion klorida yang terbentuk daripada unsur natrium dan unsur klorin masing-masing.

Eksperimen-eksperimen yang menyokong Teori Zarah Jirim adalah termasuk;

• Resapan gas bromin dalam udara.
• Resapan kalium manganat (VII) dalam air.
• Resapan kuprum (II) sulfat dalam pepejal.
• Gerakan Brown.
• Eksperimen titisan minyak (anggaran saiz zarah).