Agar Stabil, Atom Dapat Melepaskan atau Menerima Elektron

ATOM-ATOM dengan nomor atom 1 sampai 18 akan berada dalam keadaan stabil bila kulit atom terluarnya berisi 2 elektron seperti helium (He) atau 8 elektron seperti neon (Ne), argon (Ar), dan kripton (Kr). Agar dapat mencapai jumlah 8 elektron pada kulit terluarnya, suatu atom dapat melepaskan atau menerima satu atau lebih elektron. 

Melansir dari buku Ilmu Pengetahuan Alam/Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan Untuk SMP/MTs Kelas IX Semester 2 yang ditulis Siti Zubaidah dkk, atom natrium (Na) punya 11 elektron dengan susunan elektron K= 2, L= 8, dan M= 1. Pada konfigurasi seperti ini kulit atom M dalam atom Na hanya terisi satu elektron. Keadaan ini menyebabkan atom Na tidak stabil. 

Agar punya 8 elektron pada kulit terluarnya, atom Na dapat melepaskan satu elektron dari kulit M tersebut atau menerima 7 elektron dari atom lain. Menerima 7 elektron sangatlah sulit. 

Baca juga : Konfigurasi Elektron Tentukan Cara Atom-Atom Berikatan

Dari itu, atom natrium (Na) cenderung melepaskan 1 elektron. Akibatnya, bila atom Na melepaskan satu elektron, di dalam inti atom Na ada 11 proton yang bermuatan positif sedangkan pada kulit atom tinggal 10 elektron yang bermuatan negatif, sehingga secara keseluruhan atom Na bermuatan satu positif (+1).

Jadi, atom natrium (Na) yang pada mulanya bersifat netral, setelah melepaskan satu elektron akan berubah menjadi Na yang bermuatan +1, dan ditulis Na⁺ yang disebut dengan ion Na+. Berdasarkan penjelasan tersebut, apakah kamu dapat menyimpulkan apa itu ion? 

Ion yang bermuatan positif seperti ion Na+ secara umum disebut kation. Contoh lain ialah atom kalisum (Ca) yang punya susunan elektron dalam atomnya K= 2, L= 8, M= 8, dan N= 2. Agar punya 8 elektron pada kulit terluar, kalisum (Ca) cenderung melepaskan dua elektron dari kulit N, sehingga menjadi ion Ca²⁺. 

Baca juga : Pengertian Nomor Atom dan Nomor Massa serta Penulisannya

Sebaliknya, atom klorin (Cl) punya susunan elektron K= 2, L= 8, dan M= 7. Agar atom klorin (Cl) stabil, ditangkaplah satu elektron dari atom lain agar kulit atom M terisi oleh 8 elektron. 

Atom klorin (Cl) yang menerima satu elektron akan kelebihan muatan negatif. Atom klorin (Cl) yang pada mulanya bersifat netral dengan 17 proton dan 17 elektron, jika menerima satu elektron dari luar akan menjadi bermuatan -1 atau ditulis Cl^–. 

Ion yang bermuatan negatif secara umum disebut anion. Suatu ion positif (kation) memiliki jumlah elektron lebih sedikit dibandingkan proton yang ada pada inti atom tersebut. Sebaliknya, ion negatif (anion) memiliki jumlah elektron lebih banyak dibandingkan protonnya. 

Baca juga : Partikel Penyusun Atom, Perkembangan Teori Atom, dan Pemanfaatannya

Dengan kata lain, atom yang melepaskan elektron akan menjadi ion yang bermuatan positif. Sedangkan atom yang menerima elektron akan menjadi ion yang bermuatan negatif. 

Keterangan gambar: Serah terima elektron pada pembentukan garam dapur (NaCl).

Baca juga : Perkembangan Lima Teori Atom oleh para Ilmuwan

Pada contoh pembentukan garam NaCl, ion Na+ dan ion Cl- saling tarik-menarik secara elektrostatik membentuk senyawa ion NaCl yang netral. Senyawa yang terbentuk dari kation dan anion disebut sebagai senyawa ion. 

Gaya tarik-menarik (gaya elektrostatik) antara kation dan anion dalam senyawa tersebut disebut ikatan ion. Kebanyakan unsur-unsur di alam berbentuk ion-ion. Seperti garam dapur yang kita konsumsi setiap hari, terdapat interaksi tarik menarik antara ion Na⁺ dengan ion Cl^–. Dengan demikian, garam NaCl merupakan senyawa ion. 

Keterangan gambar: Kristal natrium klorida (garam dapur).

Pada NaCl, kation dan anion tersusun selang-seling secara teratur sedemikian rupa sehingga interaksi tarik menarik antara ion Na+ dan ion Cl– terjadi secara maksimal. Susunan seperti itu disebut dengan istilah kristal. 

Umumnya unsur-unsur logam cenderung melepaskan elektron, sehingga akan membentuk kation. Sebaliknya unsur nonlogam akan cenderung menerima elektron sehingga membentuk anion. 

Kecenderungan suatu atom untuk menerima atau melepas elektron sehingga menjadi stabil juga dapat diketahui dari jumlah elektron terluar. Atom yang memiliki elektron terluar lebih dari 5 pada kulit terluarnya cenderung menerima elektron, sedangkan atom yang memiliki elektron kurang dari 4 pada kulit terluarnya cenderung melepaskan elektron.

Baca juga : Hubungan Partikel dengan Atom dan Molekul dalam Benda

Di dalam tubuh kita terdapat banyak sekali ion, antara lain ion kalium (K⁺), ion kalsium (Ca²⁺), ion magnesium (Mg²⁺), ion klorida (Cl^-), ion karbonat (CO₃^2-), dan ion hidrogen karbonat (HCO₃^–). Coba bandingkan kandungan ion-ion yang terkandung dalam minuman penyegar dengan ion-ion yang ada dalam tubuh. 

Ketika kamu melakukan aktivitas yang berat, seperti berlari atau bermain sepak bola, ion-ion yang ada dalam tubuh akan dikeluarkan bersama keringat. Kejadian ini mengakibatkan ion-ion dalam tubuh berkurang sehingga tubuhmu terasa lelah. Ion-ion dalam tubuh yang keluar bersama keringat dapat digantikan dari makanan dan minuman yang kita konsumsi. Dengan mendapat asupan ion-ion dari makanan dan minuman, tubuhmu akan menjadi segar kembali.

Tahukah kamu agar atom-atom dapat berada dalam keadaan stabil, atom-atom juga dapat menggunakan sejumlah elektron secara bersama. Contoh paling sederhana yaitu atom hidrogen (H) yang punya satu elektron. Hidrogen di alam bukan sebagai atom H, tetapi merupakan molekul H₂. 

Molekul H₂ punya dua elektron yang digunakan bersama sehingga setiap atom H dalam molekul H₂ akan punya dua elektron. Keadaan ini menyerupai elektron terluar pada gas mulia helium (He). 

Keterangan gambar: Penggunaan elektron secara bersama pada molekul H₂.

Peristiwa serupa juga terjadi pada atom klorin (Cl) yang mempunyai 7 elektron pada kulit atom M, sehingga untuk menjadi lebih stabil masih kekurangan satu elektron. Agar dapat melengkapi jumlah elektron pada kulit terluarnya (menjadi 8), atom Cl menggunakan bersama satu elektron dari atom Cl lain sehingga membentuk Cl₂ seperti pada gambar di bawah.

Keterangan gambar: Penggunaan bersama dua elektron pada molekul Cl₂.

Pembentukan ikatan kimia melalui penggunaan bersama elektron oleh dua atom disebut ikatan kovalen. Pada contoh gas hidrogen dan gas klorin di atas, masing-masing atom menggunakan secara bersama satu pasang elektron. 

Ikatan yang terbentuk antara atom H dengan atom H atau atom Cl dengan atom Cl biasanya ditulis dengan lambang H-H atau Cl-Cl. Satu tanda garis - mewakili satu pasang elektron yang digunakan secara bersama.

Unsur oksigen (O) dan nitrogen (N) di alam terdapat sebagai gas O₂ dan N₂. Bagaimana gas oksigen (O₂) dan gas nitrogen (N₂) terbentuk? Agar lebih stabil atom O memerlukan 2 elektron agar kulit terluarnya terisi 8 elektron. Agar dapat memenuhi keadaan itu atom O menggunakan bersama dua pasang elektron. 

Atom nitrogen mempunyai 5 elektron pada kulit terluarnya sehingga kekurangan 3 elektron. Oleh sebab itu, atom N akan berikatan dengan atom N yang lain menggunakan bersama 3 pasangan elektron. Ikatan kovalen pada gas oksigen dapat ditulis dengan O=O sedangkan pada gas nitrogen dapat ditulis N≡N. Ingat, banyak garis yang menghubungkan kedua atom tersebut menunjukkan banyak pasangan elektron yang digunakan bersama.

Keterangan gambar: Penggunaan bersama elektron pada (a) Gas oksigen (O₂) dan (b) Gas nitrogen (N₂).

Masih ingatkah kamu model atom Dalton untuk senyawa H₂O dan CO₂? Pada molekul air (H₂O), satu atom oksigen mengikat dua atom hidrogen. Air merupakan senyawa di mana atom-atomnya berikatan secara kovalen. Demikian juga gas CO₂, satu atom C mengikat dua atom O dan kedua atom ini menggunakan bersama pasangan elektron. Senyawa-senyawa yang antaratomnya berikatan kovalen disebut senyawa kovalen.

Pencapaian kestabilan atom-atom suatu unsur yang ada di alam dilakukan dengan cara melepaskan dan menerima elektron atau menggunakan secara bersama pasangan elektron. Peristiwa ini menyebabkan atom-atom dapat bergabung satu sama lain membentuk molekul. 

Oleh karena itu, molekul-molekul glukosa yang terdiri atas atom-atom C, H, dan O bergabung membentuk senyawa C₆H₁₂O₆ yang rasanya manis. Telah ditunjukkan bahwa molekul-molekul glukosa bergabung satu dengan yang lain membentuk rantai panjang menghasilkan molekul rantai panjang penyusun amilum.

Ion kalsium

Ion sangatlah penting bagi kehidupan. Manusia tidak akan dapat hidup tanpa adanya ion-ion. Masih ingatkah kamu apa fungsi ion kalsium (Ca²⁺) pada sistem peredaran darah manusia? 

Ion kalsium sangat penting dalam pembekuan darah, ketika terjadi luka pada tubuh kita. Tanpa ion kalsium, pembekuan darah tidak dapat berlangsung. Darah akan terus keluar dari tubuh sehingga dapat mengakibatkan kematian. 

Selain berperan dalam pembekuan darah, ion juga sangat penting dalam transpor gas oksigen (O₂) dan gas karbon dioksida (CO₂) dalam tubuh. 

Keterangan gambar: Mekanisme transpor gas oksigen dan gas karbon dioksida dalam tubuh manusia.

Karbon dioksida (CO₂) yang berada di jaringan tubuh diambil dan disalurkan menuju paru-paru melalui tiga cara. Berikut tiga cara itu. 

a. Karbon dioksida larut dalam plasma darah dan sel darah. 

b. Karbon dioksida berikatan dengan hemoglobin (Hb) membentuk HbCO₂.

c. Karbon dioksida bereaksi sehingga terbentuk ion bikarbonat (HCO₃^–). Agar dapat melakukan proses tersebut dengan baik, tubuh juga memerlukan ion klorida (Cl^–).

Ion membunuh virus

Tahukah kamu bahwa ion-ion juga dapat digunakan untuk membunuh bakteri dan virus? Pernahkah kamu mendengar air conditioner (AC) plasma cluster?  Alat ini merupakan salah satu pendingin ruangan yang juga dapat menghasilkan ion-ion, di antaranya ion H⁺ dan ion O^₂-. 

Berdasarkan hasil penelitian oleh ilmuwan Jepang,  ion-ion tersebut dapat membunuh bakteri Escherichia coli, Micrococcus pyogenes, dan virus influenza. Mekanisme pembunuhan bakteri dan virus ini terjadi melalui reaksi antara dua ion O^2- dan dua ion H⁺.  

Kedua ion itu bereaksi menghasilkan hidrogen peroksida (H₂O₂) pada lapisan luar sel bakteri atau pada permukaan virus. Hidrogen peroksida memiliki energi potensial yang tinggi dan mampu merusak dinding sel bakteri dan selubung protein virus, sehingga bakteri dan virus akan mati.

Identifikasi unsur dengan uji nyala

Kembang api mengandung senyawa-senyawa tertentu. Bila  kembang api dibakar, molekul-molekul yang ada di dalam senyawa tersebut menyerap energi dan menyebabkan elektron-elektron pada atomnya mengalami perpindahan antarkulit atom. 

Perpindahan elektron dari kulit atom dengan energi lebih rendah ke kulit atom dengan energi lebih tinggi, akan menyerap energi. Sementara, perpindahan elektron dari kulit dengan energi yang lebih tinggi ke kulit atom dengan energi yang lebih rendah akan melepaskan energi. 

Energi yang dilepaskan tersebut akan terlihat sebagai cahaya. Tiap-tiap atom punya jarak antarkulit atom yang berbeda sehingga energi yang diserap atau dilepaskan juga akan berbeda. 

Akibatnya cahaya yang dihasilkan memiliki warna-warna yang berbeda. Jika kamu menyulut kembang api, berarti kamu telah melakukan reaksi kimia yang menghasilkan cahaya. Contoh hasil uji nyala beberapa unsur disajikan pada gambar berikut.

 

Keterangan gambar: Perbedaan warna dari pembakaran unsur: (a) Natrium (Na), (b) Kalium (K), dan (c) Litium (Li).

Warna khas yang dihasilkan oleh unsur-unsur pada keadaan terbakar tersebut dapat digunakan untuk mengetahui keberadaan suatu unsur dalam suatu materi secara kualitatif. Prinsip tersebut digunakan oleh ilmuwan untuk mengidentifikasi suatu unsur secara kualitatif dalam suatu bahan dan disebut sebagai uji nyala. 

Hanya, tidak semua unsur punya warna yang khas. Oleh sebab itu, uji nyala hanya digunakan untuk mengetahui kandungan beberapa unsur tertentu. (Z-2)