Unsur dan Bahan — Nota JomSkor

Tiga Jenis Zarah yang Membina Jirim

Jirim terdiri daripada zarah-zarah yang halus semasa di Tingkatan 1, iaitu atom, molekul dan ion. Semua bahan di sekeliling kita boleh dikelaskan kepada tiga kumpulan berdasarkan jenis zarah yang terkandung di dalamnya: bahan atom, bahan molekul dan bahan ion.

Jirim = Atom, Molekul atau Ion

Bahan Atom

Atom ialah zarah yang paling kecil di dalam sesuatu unsur, iaitu unit paling asas dalam unsur. Bahan atom mengandungi zarah atom sahaja. Semua unsur logam dan gas nadir terdiri daripada atom. Atom-atom di dalam logam disusun secara rapat dan teratur, manakala susunan atom di dalam gas nadir berjarauh dan tidak teratur. Contoh: logam emas (atom emas), gas helium dalam belon (atom helium). Atom terdiri daripada zarah subatom iaitu proton, neutron dan elektron.

Bahan atom = unsur logam atau gas nadir tersusun daripada zarah atom sahaja

Bahan Molekul

Bahan molekul mengandungi zarah molekul. Molekul ialah gabungan dua atau lebih atom secara kimia, sama ada atom yang sama (cth molekul oksigen, O2) atau berbeza (cth molekul air, H2O). Kebanyakan bahan bukan logam wujud dalam bentuk molekul. Tindak balas antara unsur bukan logam akan membentuk sebatian yang wujud dalam bentuk molekul. Contoh: tangki oksigen penyelam mengandungi molekul oksigen, air laut mengandungi molekul air.

Molekul = gabungan dua atau lebih atom secara kimia (sama atau berbeza)

Bahan Ion

Bahan ion terbentuk daripada tindak balas antara unsur logam dengan unsur bukan logam. Ion ialah zarah-zarah yang bercas, sama ada positif atau negatif, terbentuk apabila sesuatu atom menderma atau menerima elektron. Bahan ion mengandungi ion positif dan ion negatif. Contoh bahan ion ialah natrium klorida (garam biasa), terbentuk daripada ion natrium dan ion klorida.

Ion = zarah bercas (positif atau negatif) hasil atom menderma atau menerima elektron

Kewujudan Unsur dalam Pelbagai Bentuk

Unsur yang sama boleh wujud dalam bentuk zarah yang berbeza bergantung kepada keadaan dan persekitarannya. Unsur ferum wujud dalam bentuk atom pada kepala tukul (logam tulen), tetapi wujud dalam bentuk ion apabila ferum berkarat dan membentuk sebatian karat. Unsur hidrogen wujud dalam bentuk ion di dalam jus limau (cecair berasid), tetapi wujud dalam bentuk molekul (gas hidrogen, H2) di udara.

Ferum: atom (kepala tukul) atau ion (dalam sebatian karat) | Hidrogen: ion (dalam jus limau) atau molekul (di udara)

Jadual Berkala Unsur Moden — Struktur Asas

Jadual Berkala Unsur Moden menyusun 118 jenis unsur yang diketahui. Lajur menegak dipanggil kumpulan (terdapat 18 kumpulan, bernombor 1 hingga 18) dan baris melintang dipanggil kala (terdapat 7 kala). Unsur dikelaskan kepada empat kategori mengikut warna: logam alkali dan logam peralihan (kuning), bukan logam (separuh logam berwarna jingga/coklat), pepejal (C, kuning), cecair (Br, jingga) dan gas (H, biru). Kumpulan 17 ialah kumpulan halogen dan Kumpulan 18 ialah kumpulan gas nadir.

118 jenis unsur disusun dalam 18 kumpulan dan 7 kala

Prinsip Susunan Unsur dalam Jadual Berkala

Dalam Jadual Berkala Unsur Moden, unsur-unsur disusun mengikut tertib menaik nombor proton, daripada kiri ke kanan dan atas ke bawah. Nombor proton ditakrifkan sebagai bilangan proton yang terdapat di dalam nukleus sesuatu atom. Apabila merentasi kala dari kiri ke kanan, sifat fizik dan kimia unsur berubah secara beransur-ansur iaitu sifat logam berkurang dan sifat bukan logam meningkat, peralihan sifat oksida daripada oksida bes kepada oksida asid, dan kekonduksian arus elektrik semakin berkurang.

Unsur disusun mengikut tertib menaik nombor proton dari kiri ke kanan, atas ke bawah

Kumpulan dan Kala dalam Jadual Berkala

Kala merujuk kepada unsur yang disusun dalam baris mengufuk (terdapat 7 kala dalam Jadual Berkala Unsur Moden). Unsur dalam kumpulan yang sama mempunyai bilangan elektron valens (elektron pada petala terluar) yang sama, menyebabkan unsur-unsur dalam kumpulan yang sama mempamerkan sifat kimia yang serupa. Siri lantanida dan siri aktinida diletakkan secara berasingan di bahagian bawah jadual; siri lantanida terdapat dengan nombor proton 57 hingga 71 dan siri aktinida terdapat dengan nombor proton 89 hingga 103.

Kumpulan = unsur berlainan sifat fizik tetapi sifat kimia serupa | Kala = baris merentasi jadual

Susunan Elektron Unsur

Setiap unsur mempunyai nombor proton yang tersendiri (atom neutral, bilangan proton sama dengan bilangan elektron). Elektron mengelilingi nukleus dalam petala elektron, dan elektron akan memenuhi petala terdekat dengan nukleus dahulu sebelum mengisi petala seterusnya, hanya apabila petala sebelumnya telah penuh. Contoh: atom belerang (sulfur) bernombor proton 16 mempunyai susunan elektron 2.8.6 — dua elektron pada petala pertama, lapan elektron pada petala kedua, dan enam elektron pada petala ketiga (petala terluar/valens).

Petala pertama maksimum 2 elektron | Petala kedua maksimum 8 elektron | Petala ketiga 8 elektron bagi 20 unsur pertama (cth K = 2.8.8.1, Ca = 2.8.8.2)

Susunan Elektron Stabil — Duplet dan Oktet

Atom-atom akan cenderung untuk membentuk susunan elektron yang stabil. Susunan elektron duplet ialah susunan elektron stabil yang mempunyai 2 elektron pada petala pertama (contoh: gas helium, He). Susunan elektron oktet ialah susunan elektron stabil yang mempunyai 8 elektron pada petala terluar (contoh: gas nadir seperti neon, argon). Atom neutral membentuk ion positif atau ion negatif melalui pendermaan petala terluarnya kepada atom lain atau penerimaan elektron daripada atom lain, demi mencapai susunan elektron duplet atau oktet yang stabil.

Duplet = 2 elektron pada petala pertama (cth Helium) | Oktet = 8 elektron pada petala terluar

Pembentukan Ion Positif

Ion positif terbentuk apabila atom unsur logam menderma elektron. Contohnya, atom magnesium mempunyai 12 elektron dengan susunan elektron 2.8.2. Atom magnesium menderma dua elektron pada petala terluarnya untuk mencapai susunan elektron oktet yang stabil (2.8), terbentuklah ion magnesium, Mg2+, yang membawa cas positif dua kerana kehilangan dua elektron tetapi bilangan proton kekal sama.

Atom logam menderma elektron -> Ion positif | Cth: Mg (2.8.2) menderma 2 elektron -> Mg2+ (2.8)

Pembentukan Ion Negatif

Ion negatif terbentuk apabila atom unsur bukan logam menerima elektron. Contohnya, atom klorin mempunyai 17 elektron dengan susunan elektron 2.8.7. Atom klorin menerima satu elektron daripada atom lain untuk mencapai susunan elektron oktet yang stabil (2.8.8), terbentuklah ion klorida, Cl-, yang membawa cas negatif satu kerana mempunyai lebih satu elektron berbanding bilangan proton.

Atom bukan logam menerima elektron -> Ion negatif | Cth: Cl (2.8.7) menerima 1 elektron -> Cl- (2.8.8)

Definisi dan Konsep Isotop

Semua atom yang terkandung di dalam sesuatu unsur mempunyai bilangan proton dan elektron yang sama. Namun begitu, terdapat unsur tertentu yang atom-atomnya mempunyai bilangan proton yang sama, tetapi bilangan neutron yang berlainan. Atom-atom ini dikenali sebagai isotop. Perkataan isotop berasal daripada perkataan Yunani isos yang bermaksud sama dan topos yang bermaksud tempat, kerana isotop bagi sesuatu unsur mempunyai kedudukan yang sama dalam Jadual Berkala Unsur Moden.

Isotop = atom unsur yang sama, bilangan proton sama, bilangan neutron berbeza

Contoh Isotop — Hidrogen, Karbon dan Oksigen

Jadual contoh isotop dalam buku teks menunjukkan: Hidrogen-1 mempunyai 1 proton, 1 elektron, 0 neutron; Hidrogen-2 mempunyai 1 proton, 1 elektron, 1 neutron; Hidrogen-3 mempunyai 1 proton, 1 elektron, 2 neutron. Karbon-12, Karbon-13 dan Karbon-14 semuanya mempunyai 6 proton dan 6 elektron, tetapi neutron masing-masing 6, 7 dan 8. Oksigen-16, Oksigen-17 dan Oksigen-18 semuanya mempunyai 8 proton dan 8 elektron, tetapi neutron masing-masing 8, 9 dan 10.

Hidrogen-1 (1p,1e,0n) | Hidrogen-2 (1p,1e,1n) | Hidrogen-3 (1p,1e,2n) | Karbon-12/13/14 (6p,6e; 6/7/8n) | Oksigen-16/17/18 (8p,8e; 8/9/10n)

Nombor Nukleon

Nombor nukleon ialah jumlah bilangan proton dan neutron yang terdapat di dalam nukleus sesuatu atom. Isotop biasanya ditulis dengan menyertakan nombor nukleonnya sahaja selepas nama unsur (contoh: Hidrogen-3 bermaksud atom hidrogen dengan nombor nukleon 3, iaitu 1 proton + 2 neutron). Untuk mencari bilangan neutron, gunakan rumus: Bilangan neutron = Nombor nukleon - Bilangan proton.

Nombor nukleon = Bilangan proton + Bilangan neutron

Radioisotop

Radioisotop ialah isotop tidak stabil yang memancarkan sinaran radioaktif. Walaupun radioisotop mengeluarkan sinaran berbahaya, namun radioisotop mempunyai kegunaan yang penting jika dikendalikan dengan betul. Radioisotop digunakan secara meluas dalam bidang perubatan, pertanian, perindustrian, penjanaan tenaga dan penyelidikan.

Radioisotop = isotop tidak stabil yang memancarkan sinaran radioaktif

Kegunaan Isotop dalam Bidang Perubatan dan Teknologi Makanan

Dalam bidang perubatan, sinar gama daripada Kobalt-60 digunakan untuk membunuh sel kanser (rawatan kanser/radioterapi). Dalam teknologi makanan, sinar gama daripada Kobalt-60 juga digunakan untuk membasmi mikroorganisma pada sayur-sayuran tanpa mengubah kualiti makanan itu (pensterilan/pengawetan makanan). Radioisotop lain yang digunakan dalam bidang perubatan termasuk Natrium-24 dan Iodin-131 untuk tujuan diagnosis dan rawatan.

Kobalt-60: rawatan kanser dan pembasmian mikroorganisma | Natrium-24, Iodin-131: diagnosis perubatan

Kegunaan Isotop dalam Pertanian, Arkeologi dan Industri

Dalam bidang pertanian, Fosforus-32 disuntik ke dalam akar tumbuhan untuk mengkaji kadar penyerapan baja fosforus dalam tumbuhan tersebut. Karbon-14 digunakan dalam bidang arkeologi dan geologi untuk menentukan usia fosil atau artifak purba. Amerisium-241 digunakan dalam industri kertas (mengukur ketebalan kertas). Uranium-235 digunakan dalam penjanaan tenaga elektrik (loji tenaga nuklear).

Fosforus-32: kajian penyerapan baja fosforus dalam tumbuhan | Karbon-14: penentuan usia arkeologi/geologi | Amerisium-241: industri kertas | Uranium-235: penjanaan tenaga elektrik

Contoh soalan

Kelaskan bahan-bahan berikut kepada zarah-zarah yang membinanya sama ada atom, molekul atau ion: Kepingan besi, ketulan ais, garam biasa, ketulan gula, batu marmar, wayar kuprum, air, gas oksigen, gas helium.

• Atom: Kepingan besi (logam), wayar kuprum (logam), gas helium (gas nadir).
• Molekul: Ketulan ais (air, H2O), ketulan gula, gas oksigen (O2).
• Ion: Garam biasa (natrium klorida), batu marmar (kalsium karbonat) — kedua-duanya sebatian antara logam dan bukan logam.

Contoh soalan

Unsur ferum boleh wujud dalam bentuk atom dan juga bentuk ion. Jelaskan dengan memberikan contoh bagi setiap satu.

• Unsur ferum wujud dalam bentuk ATOM apabila ia berada sebagai logam tulen, contohnya pada kepala tukul yang diperbuat daripada logam ferum.
• Unsur ferum wujud dalam bentuk ION apabila ferum bertindak balas dengan oksigen dan air membentuk sebatian karat (ferum oksida terhidrat).
• Dalam bentuk atom, zarah ferum tidak bercas; dalam bentuk ion (di dalam sebatian karat), zarah ferum membawa cas positif kerana telah menderma elektron.

Contoh soalan

Atom magnesium mempunyai nombor proton 12. Terangkan bagaimana atom magnesium mencapai susunan elektron yang stabil, dan namakan ion yang terbentuk berserta casnya.

• Atom magnesium neutral mempunyai 12 proton dan 12 elektron, dengan susunan elektron 2.8.2.
• Atom magnesium mempunyai 2 elektron pada petala terluarnya (petala ketiga).
• Untuk mencapai susunan elektron oktet yang stabil, atom magnesium MENDERMA 2 elektron pada petala terluarnya.
• Selepas menderma 2 elektron, susunan elektron magnesium menjadi 2.8 (oktet, stabil), dan bilangan proton (12) kini lebih banyak daripada bilangan elektron (10).
• Ion yang terbentuk ialah ion magnesium, Mg2+, membawa cas positif dua.

Contoh soalan

Bezakan antara susunan elektron duplet dengan susunan elektron oktet, dan berikan satu contoh unsur bagi setiap satu.

• Susunan elektron duplet ialah susunan elektron stabil dengan 2 elektron pada petala PERTAMA (petala terdekat dengan nukleus) sahaja.
• Contoh unsur dengan susunan elektron duplet: Helium (He), nombor proton 2.
• Susunan elektron oktet ialah susunan elektron stabil dengan 8 elektron pada petala TERLUAR (petala valens).
• Contoh unsur dengan susunan elektron oktet: Neon (Ne) atau Argon (Ar), iaitu gas nadir.

Contoh soalan

Jadual menunjukkan unsur X, Y dan Z dengan nombor proton dan nombor nukleon masing-masing: X (proton 13, nukleon 27), Y (proton 17, nukleon 35), Z (proton 20, nukleon 40). Tentukan bilangan neutron bagi setiap unsur, dan lukiskan susunan elektron bagi atom X.

• Bilangan neutron = Nombor nukleon - Bilangan proton.
• Unsur X: 27 - 13 = 14 neutron.
• Unsur Y: 35 - 17 = 18 neutron.
• Unsur Z: 40 - 20 = 20 neutron.
• Susunan elektron atom X (nombor proton 13): petala pertama 2 elektron, petala kedua 8 elektron, petala ketiga 3 elektron, ditulis sebagai 2.8.3.

Contoh soalan

Karbon-12, Karbon-13 dan Karbon-14 dikatakan sebagai isotop karbon. Jelaskan maksud isotop, dan terangkan mengapa ketiga-tiga atom ini digolongkan sebagai isotop bagi unsur yang sama. Nyatakan satu kegunaan isotop karbon.

• Isotop ialah atom-atom bagi unsur yang sama yang mempunyai bilangan proton yang SAMA, tetapi bilangan neutron yang BERLAINAN.
• Karbon-12, Karbon-13 dan Karbon-14 semuanya mempunyai 6 proton dan 6 elektron (kerana semuanya unsur karbon), tetapi bilangan neutronnya berbeza: Karbon-12 mempunyai 6 neutron, Karbon-13 mempunyai 7 neutron, dan Karbon-14 mempunyai 8 neutron.
• Oleh sebab bilangan proton sama, ketiga-tiga atom ini menduduki kedudukan yang sama dalam Jadual Berkala Unsur Moden, justeru digolongkan sebagai isotop unsur karbon.
• Nombor nukleon bagi setiap isotop ialah jumlah proton dan neutron: Karbon-12 (12), Karbon-13 (13), Karbon-14 (14).
• Kegunaan isotop karbon: Karbon-14 digunakan dalam bidang arkeologi dan geologi untuk menentukan usia fosil atau artifak purba.