1. Struktur Atom & Periodik

Konfigurasi elektron, bilangan kuantum, dan sifat periodik unsur.

Mode Latihan

Soal 1

Unsur Besi memiliki nomor atom 26. Konfigurasi elektron yang paling tepat untuk ion besi(III) atau $\text{Fe}^{3+}$ dalam keadaan dasar adalah...

A. $[\text{Ar}] \ 4s^2 \, 3d^6$

B. $[\text{Ar}] \ 4s^2 \, 3d^3$

C. $[\text{Ar}] \ 3d^5$

D. $[\text{Ar}] \ 4s^1 \, 3d^5$

E. $[\text{Ar}] \ 3d^6$

Pembahasan:

Konfigurasi elektron atom netral $_{26}\text{Fe}$: $1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^6 \, 4s^2 \, 3d^6$ atau $[\text{Ar}] \ 4s^2 \, 3d^6$.
Saat membentuk ion positif (kation), elektron dilepaskan dari kulit terluar terlebih dahulu, yaitu kulit $n=4$ (orbital $4s$).
Untuk $\text{Fe}^{3+}$, dilepas 3 elektron: 2 elektron dari $4s$ dan 1 elektron dari $3d$.
Sehingga konfigurasinya menjadi: $[\text{Ar}] \ 3d^5$.

Soal 2

Suatu atom $X$ memiliki konfigurasi elektron $[\text{Ne}] \ 3s^2 \, 3p^4$. Harga keempat bilangan kuantum untuk elektron terakhir dari atom tersebut adalah...

A. $n = 3, \, l = 1, \, m = +1, \, s = +1/2$

B. $n = 3, \, l = 1, \, m = 0, \, s = -1/2$

C. $n = 3, \, l = 1, \, m = -1, \, s = -1/2$

D. $n = 3, \, l = 2, \, m = -1, \, s = +1/2$

E. $n = 3, \, l = 1, \, m = -1, \, s = +1/2$

Pembahasan:

Elektron terakhir berada pada subkulit $3p^4$.
- Bilangan kuantum utama ($n$): 3 (karena kulit ke-3).
- Bilangan kuantum azimut ($l$): 1 (karena subkulit $p$).
- Pengisian 4 elektron pada 3 orbital $p$ ($m = -1, 0, +1$): $\uparrow$ (di -1), $\uparrow$ (di 0), $\uparrow$ (di +1), lalu berpasangan $\downarrow$ (kembali ke -1).
- Bilangan kuantum magnetik ($m$): $-1$.
- Bilangan kuantum spin ($s$): $-1/2$ (karena panah ke bawah $\downarrow$).

Soal 3

Dalam satu golongan dari atas ke bawah pada sistem periodik unsur, sifat keperiodikan yang cenderung semakin kecil adalah...

A. Jari-jari atom

B. Sifat logam

C. Energi ionisasi

D. Massa atom relatif

E. Nomor atom

Pembahasan:

Dari atas ke bawah dalam satu golongan, jumlah kulit atom bertambah sehingga jari-jari atom membesar. Hal ini menyebabkan gaya tarik inti terhadap elektron terluar melemah, sehingga energi yang dibutuhkan untuk melepas elektron (Energi Ionisasi) menjadi semakin kecil. Elektronegativitas dan Afinitas elektron juga mengecil.

Soal 4

Spesi kimia berikut yang isoelektronik (memiliki jumlah elektron yang sama) dengan gas mulia Neon ($_{10}\text{Ne}$) adalah...

A. $_{17}\text{Cl}^{-}$

B. $_{12}\text{Mg}^{+}$

C. $_{13}\text{Al}^{3+}$

D. $_{8}\text{O}^{+}$

E. $_{20}\text{Ca}^{2+}$

Pembahasan:

Jumlah elektron atom netral $_{10}\text{Ne}$ adalah 10.
Mari kita hitung elektron opsinya:
A. $\text{Cl}^-$ = $17 + 1 = 18$
B. $\text{Mg}^+$ = $12 - 1 = 11$
C. $\text{Al}^{3+}$ = $13 - 3 = 10$ (Sama dengan Neon)
D. $\text{O}^+$ = $8 - 1 = 7$
E. $\text{Ca}^{2+}$ = $20 - 2 = 18$

Soal 5

Berdasarkan teori VSEPR, molekul belerang tetrafluorida ($\text{SF}_4$) dengan atom pusat $_{16}\text{S}$ dan $_{9}\text{F}$ memiliki bentuk molekul...

A. Tetrahedral

B. Bujur sangkar

C. Jungkat-jungkit (Seesaw)

D. Piramida trigonal

E. Segitiga planar

Pembahasan:

Atom pusat S (golongan VIA) memiliki 6 elektron valensi.
Mengikat 4 atom F (butuh 1 elektron tiap ikatan) $\rightarrow$ Pasangan Elektron Ikatan (PEI) = 4.
Elektron bebas = $6 - 4 = 2$ elektron $\rightarrow$ Pasangan Elektron Bebas (PEB) = 1.
Tipe molekul: $\text{AX}_4\text{E}$.
Bentuk dasar trigonal bipiramida ($5$ domain), dengan $1$ PEB di ekuatorial, menghasilkan bentuk asimetris Jungkat-jungkit (Seesaw) / Bidang Empat.

Soal 6

Hibridisasi atom pusat $N$ pada molekul amonia ($\text{NH}_3$) adalah...

A. $sp$

B. $sp^2$

C. $sp^3$

D. $sp^3d$

E. $sp^3d^2$

Pembahasan:

Atom N (golongan VA) punya 5 elektron valensi. Mengikat 3 atom H $\rightarrow$ $\text{PEI} = 3$.
$\text{PEB} = \frac{5 - 3}{2} = 1$.
Total domain elektron = $\text{PEI} + \text{PEB} = 3 + 1 = 4$.
4 domain membutuhkan 4 orbital hibrida ($1$ orbital $s$ dan $3$ orbital $p$), sehingga hibridisasinya adalah $sp^3$ (bentuk molekulnya piramida trigonal).

Soal 7

Air ($\text{H}_2\text{O}$) memiliki titik didih yang sangat tinggi ($100^\circ\text{C}$) dibandingkan senyawa hidrida segolongannya seperti $\text{H}_2\text{S}$ ($-60^\circ\text{C}$). Hal ini disebabkan antarmolekul air memiliki gaya antarmolekul berupa...

A. Gaya London

B. Gaya tarik dipol-dipol induksian

C. Ikatan Hidrogen

D. Ikatan Ionik

E. Ikatan Kovalen Koordinasi

Pembahasan:

Ikatan hidrogen terjadi antara atom H yang sangat elektropositif dengan atom yang sangat elektronegatif (F, O, N) pada molekul sebelahnya. Karena O memiliki elektronegativitas tinggi, antarmolekul $\text{H}_2\text{O}$ membentuk ikatan hidrogen yang kuat sehingga butuh energi (suhu) besar untuk memutusnya.

Soal 8

Suatu senyawa padat memiliki titik leleh tinggi, rapuh, larut dalam air, dan lelehannya maupun larutannya dapat menghantarkan listrik. Senyawa ini terbentuk dari gaya elektrostatik akibat serah terima elektron. Jenis ikatan yang membentuk senyawa tersebut adalah...

A. Kovalen Polar

B. Kovalen Nonpolar

C. Ionik

D. Logam

E. Hidrogen

Pembahasan:

Ciri-ciri senyawa dengan Ikatan Ionik (contoh: $\text{NaCl}$):
1. Titik leleh dan didih tinggi (karena gaya tarik elektrostatik kation-anion kuat).
2. Bentuk padat tidak menghantarkan listrik, tetapi lelehan dan larutannya dapat menghantarkan listrik (karena ion bebas bergerak).
3. Rapuh jika dipukul.

Soal 9

Sebanyak 5,4 gram logam Aluminium ($A_r \text{ Al} = 27$) direaksikan dengan larutan $\text{HCl}$ menghasilkan Aluminium Klorida dan gas Hidrogen menurut reaksi yang belum setara:
$\text{Al}_{(s)} + \text{HCl}_{(aq)} \rightarrow \text{AlCl}_{3(aq)} + \text{H}_{2(g)}$
Volume gas hidrogen yang dihasilkan pada keadaan standar (STP) adalah...

A. 2,24 Liter

B. 4,48 Liter

C. 6,72 Liter

D. 11,2 Liter

E. 22,4 Liter

Pembahasan:

Reaksi setara: $2\text{Al} + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2$
$n_{\text{Al}} = \frac{g}{A_r} = \frac{5.4}{27} = 0.2 \text{ mol}$.
Mol $\text{H}_2$ (berdasarkan perbandingan koefisien) = $\frac{3}{2} \times 0.2 \text{ mol} = 0.3 \text{ mol}$.
Volume $\text{H}_2$ (STP) = $n \times 22.4 = 0.3 \times 22.4 = 6.72 \text{ Liter}$.

Soal 10

Suatu senyawa organik terdiri atas 40% Karbon ($A_r \text{ C} = 12$), 6,6% Hidrogen ($A_r \text{ H} = 1$), dan sisanya Oksigen ($A_r \text{ O} = 16$). Jika Massa Molekul Relatif ($M_r$) senyawa tersebut adalah 180, maka rumus molekul senyawa tersebut adalah...

A. $\text{CH}_2\text{O}$

B. $\text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2$

C. $\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3$

D. $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$

E. $\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}$

Pembahasan:

Persentase O = $100\% - (40+6.6)\% = 53.4\%$.
Perbandingan mol $\text{C : H : O}$ = $\frac{40}{12} : \frac{6.6}{1} : \frac{53.4}{16} \approx 3.33 : 6.6 : 3.33$
Sederhanakan dibagi 3.33 $\rightarrow$ $1 : 2 : 1$. Rumus Empiris (RE) = $\text{CH}_2\text{O}$.
$M_r$ RE = $12 + 2(1) + 16 = 30$.
Rumus Molekul = $(\text{CH}_2\text{O})_n = 180 \rightarrow (30)_n = 180 \rightarrow n = 6$.
Maka RM = $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$.

Soal 11

Gas $\text{SO}_3$ ($M_r = 80$) sebanyak 16 gram diukur pada tekanan 1 atm dan suhu $27^\circ\text{C}$. Jika tetapan gas ideal $R = 0,082 \text{ L.atm/(mol.K)}$, maka volume gas tersebut adalah...

A. 2.46 L

B. 3.69 L

C. 4.92 L

D. 12.3 L

E. 22.4 L

Pembahasan:

Gunakan Hukum Gas Ideal: $PV = nRT$
$n = \frac{16}{80} = 0.2 \text{ mol}$.
Suhu ($T$) = $27^\circ\text{C} + 273 = 300 \text{ K}$.
$V = \frac{nRT}{P} = \frac{0.2 \times 0.082 \times 300}{1} = 0.2 \times 24.6 = 4.92 \text{ Liter}$.

Soal 12

Molaritas dari larutan yang dibuat dengan melarutkan 4 gram padatan $\text{NaOH}$ ($M_r = 40$) ke dalam air hingga volume larutan menjadi 250 mL adalah...

A. 0.1 M

B. 0.2 M

C. 0.4 M

D. 1.0 M

E. 2.5 M

Pembahasan:

Rumus Molaritas: $M = \frac{\text{massa}}{M_r} \times \frac{1000}{V\text{ (mL)}}$
$M = \frac{4}{40} \times \frac{1000}{250} = 0.1 \times 4 = 0.4 \text{ Molar}$.

Soal 13

Berdasarkan diagram profil energi di atas, reaksi tersebut tergolong reaksi...

A. Endoterm, karena energi sistem bertambah (menyerap kalor).

B. Eksoterm, karena entalpi produk lebih kecil dari reaktan (melepas kalor).

C. Eksoterm, karena energi aktivasi bernilai positif.

D. Endoterm, karena $\Delta H < 0$.

E. Reaksi spontan tanpa energi aktivasi.

Pembahasan:

Posisi energi Produk (akhir) berada di bawah Reaktan (awal). Artinya ada energi yang dilepaskan ke lingkungan ($\Delta H = H_{\text{produk}} - H_{\text{reaktan}} < 0$). Reaksi yang melepas kalor dinamakan Reaksi Eksoterm.

Soal 14

Diketahui energi ikatan rata-rata:
$\text{C-H} = 413 \text{ kJ/mol}$
$\text{O=O} = 495 \text{ kJ/mol}$
$\text{C=O} = 799 \text{ kJ/mol}$
$\text{O-H} = 463 \text{ kJ/mol}$
Tentukan entalpi pembakaran ($\Delta H$) untuk reaksi metana: $\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$

A. $-400 \text{ kJ/mol}$

B. $-808 \text{ kJ/mol}$

C. $+808 \text{ kJ/mol}$

D. $-908 \text{ kJ/mol}$

E. $+400 \text{ kJ/mol}$

Pembahasan:

$\Delta H = \Sigma \text{ Energi Putus Ikat (Kiri)} - \Sigma \text{ Energi Bentuk Ikat (Kanan)}$
Kiri: $4 \times \text{C-H} + 2 \times \text{O=O}$ = $4(413) + 2(495) = 1652 + 990 = 2642 \text{ kJ}$.
Kanan: $2 \times \text{C=O} + 4 \times \text{O-H}$ = $2(799) + 4(463) = 1598 + 1852 = 3450 \text{ kJ}$.
$\Delta H = 2642 - 3450 = -808 \text{ kJ/mol}$.

Soal 15

Penambahan katalisator dalam suatu reaksi kimia yang sedang berlangsung bertujuan untuk mempercepat laju reaksi dengan cara...

A. Menambah energi kinetik molekul-molekul reaktan.

B. Menaikkan entalpi reaksi ($\Delta H$).

C. Menurunkan energi aktivasi (Ea) dengan menyediakan jalan reaksi alternatif.

D. Menggeser kesetimbangan ke arah produk.

E. Memperbesar luas permukaan sentuh antar partikel.

Pembahasan:

Katalis bekerja dengan cara mencari lintasan reaksi baru/alternatif yang memiliki Energi Aktivasi ($E_a$) yang lebih rendah, sehingga reaksi lebih mudah dan cepat terjadi tanpa mengubah $\Delta H$ awal dan akhir.

Soal 16

Setiap kenaikan suhu $10^\circ\text{C}$, laju suatu reaksi menjadi 2 kali lebih cepat dari semula. Jika pada suhu $20^\circ\text{C}$ laju reaksinya adalah $x \text{ M/s}$, maka laju reaksi pada suhu $50^\circ\text{C}$ adalah...

A. $4x$

B. $6x$

C. $8x$

D. $16x$

E. $32x$

Pembahasan:

Kenaikan suhu $\Delta T = 50^\circ\text{C} - 20^\circ\text{C} = 30^\circ\text{C}$.
Faktor pengali $n = \frac{30}{10} = 3$ kali lipat.
$v_{akhir} = v_{awal} \times (kelipatan)^n = x \times 2^3 = 8x$.

Soal 17

Campuran larutan penyangga (buffer) dibuat dengan mencampurkan $100 \text{ mL}$ Asam Asetat ($\text{CH}_3\text{COOH}$) $0.1 \text{ M}$ dengan $100 \text{ mL}$ Natrium Asetat ($\text{CH}_3\text{COONa}$) $0.1 \text{ M}$. Jika tetapan kesetimbangan asam $K_a = 10^{-5}$, maka pH larutan buffer tersebut adalah...

A. 4

B. 5

C. 6

D. 8

E. 9

Pembahasan:

Rumus pH Buffer Asam: $[\text{H}^+] = K_a \times \frac{\text{mol asam lemah}}{\text{mol basa konjugasi/garam}}$.
Mol $\text{CH}_3\text{COOH} = 100 \text{ mL} \times 0.1 \text{ M} = 10 \text{ mmol}$.
Mol $\text{CH}_3\text{COONa} = 100 \text{ mL} \times 0.1 \text{ M} = 10 \text{ mmol}$.
$[\text{H}^+] = 10^{-5} \times \frac{10}{10} = 10^{-5}$.
$\text{pH} = -\log(10^{-5}) = 5$.

Soal 18

Garam berikut ini yang akan mengalami hidrolisis total (baik kation maupun anionnya bereaksi dengan air) jika dilarutkan ke dalam air adalah...

A. $\text{NaCl}$

B. $\text{CH}_3\text{COONa}$

C. $\text{NH}_4\text{Cl}$

D. $\text{NH}_4\text{CN}$

E. $\text{K}_2\text{SO}_4$

Pembahasan:

Hidrolisis total terjadi pada garam yang terbentuk dari Asam Lemah dan Basa Lemah.
A. Kuat-Kuat (Tidak terhidrolisis).
B. Lemah-Kuat (Hidrolisis parsial).
C. Kuat-Lemah (Hidrolisis parsial).
D. $\text{NH}_4^+$ (dari basa lemah $\text{NH}_3$) dan $\text{CN}^-$ (dari asam lemah $\text{HCN}$) $\rightarrow$ Hidrolisis Total.

Soal 19

Diketahui kelarutan $\text{AgCl}$ dalam air murni adalah $s \text{ mol/L}$. Rumus Hasil Kali Kelarutan ($K_{sp}$) untuk $\text{AgCl}$ adalah...

A. $s$

B. $s^2$

C. $2s^2$

D. $4s^3$

E. $27s^4$

Pembahasan:

Reaksi ionisasi: $\text{AgCl}_{(s)} \rightleftharpoons \text{Ag}^+_{(aq)} + \text{Cl}^-_{(aq)}$
Kelarutan $\text{AgCl}$ = $s$, maka $[\text{Ag}^+] = s$ dan $[\text{Cl}^-] = s$.
$K_{sp} = [\text{Ag}^+][\text{Cl}^-] = (s)(s) = s^2$.

Soal 20

Sebanyak $18 \text{ gram}$ Glukosa ($\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6, M_r = 180$) dilarutkan dalam $500 \text{ gram}$ air. Jika tetapan titik didih molal air $K_b = 0.52 \ ^\circ\text{C/m}$, maka titik didih larutan tersebut adalah...

A. $0.104^\circ\text{C}$

B. $100.052^\circ\text{C}$

C. $100.104^\circ\text{C}$

D. $100.208^\circ\text{C}$

E. $101.04^\circ\text{C}$

Pembahasan:

Kenaikan titik didih ($\Delta T_b$):
$\Delta T_b = m \times K_b \times i$ (Glukosa non-elektrolit, $i=1$).
$m = \frac{gram}{M_r} \times \frac{1000}{p} = \frac{18}{180} \times \frac{1000}{500} = 0.1 \times 2 = 0.2 \text{ molal}$.
$\Delta T_b = 0.2 \times 0.52 = 0.104^\circ\text{C}$.
Titik didih larutan ($T_b$) = $T_{b}^0 + \Delta T_b = 100 + 0.104 = 100.104^\circ\text{C}$.

Soal 21

Pada reaksi kesetimbangan: $\text{N}_{2(g)} + 3\text{H}_{2(g)} \rightleftharpoons 2\text{NH}_{3(g)} \quad \Delta H = -92 \text{ kJ}$.
Untuk memperoleh hasil gas amonia ($\text{NH}_3$) yang maksimal (kesetimbangan bergeser ke kanan), maka perlakuan yang tepat berdasarkan asas Le Chatelier adalah...

A. Memperbesar volume wadah dan menurunkan suhu.

B. Memperkecil tekanan dan menaikkan suhu.

C. Memperbesar tekanan dan menurunkan suhu.

D. Menambah katalis dan menaikkan suhu.

E. Mengurangi konsentrasi gas $N_2$.

Pembahasan:

1. Tekanan diperbesar (Volume diperkecil) akan menggeser ke arah jumlah koefisien gas yang lebih kecil (Kiri=4, Kanan=2 $\rightarrow$ bergeser ke Kanan).
2. Karena reaksi ke kanan melepaskan panas (Eksoterm, $\Delta H$ negatif), maka suhu harus diturunkan agar sistem bergeser memproduksi panas (ke Kanan).

Soal 22

Berdasarkan struktur kerangka karbon (skeletal) di atas, nama IUPAC yang tepat untuk senyawa alkana tersebut adalah...

A. 2-metilpentana

B. 2-metilpentana

C. 4-metilpentana

D. Heksana

E. Isopentana

Pembahasan:

Rantai utama terpanjang adalah zig-zag yang terdiri dari 5 titik (5 atom C = pentana). Penomoran dimulai dari ujung terdekat dengan cabang. Cabang berada pada atom C nomor 2. Cabangnya berupa satu garis vertikal pendek (1 atom C = metil). Sehingga namanya: 2-metilpentana.

Soal 23

Pasangan senyawa hidrokarbon yang merupakan isomer fungsi adalah...

A. Propanol dan Propanal

B. Butana dan Isobutana

C. Etanol dan Dimetil Eter

D. Asam asetat dan Asetaldehida

E. Propanon dan Propanol

Pembahasan:

Isomer fungsi adalah senyawa yang rumus molekulnya sama tetapi gugus fungsinya berbeda. Pasangan isomer fungsi yang umum adalah:
- Alkohol (-OH) dengan Eter (-O-) (Keduanya $\text{C}_n\text{H}_{2n+2}\text{O}$).
- Aldehida dengan Keton.
- Asam Karboksilat dengan Ester.
Maka jawabannya adalah Etanol (alkohol) dan Dimetil eter (eter).

Soal 24

Reaksi pengubahan propena ($\text{CH}_3-\text{CH}=\text{CH}_2$) menjadi kloropropana ($\text{CH}_3-\text{CHCl}-\text{CH}_3$) dengan mereaksikannya dengan $\text{HCl}$ disebut reaksi...

A. Substitusi

B. Adisi

C. Eliminasi

D. Oksidasi

E. Esterifikasi

Pembahasan:

Reaksi pemutusan ikatan rangkap dua (alkena) menjadi ikatan tunggal (alkana/haloalkana) akibat penambahan pereaksi (seperti $\text{HCl}$) disebut dengan Reaksi Adisi. Sesuai aturan Markovnikov, ikatan C=C putus dan disisipi H dan Cl.

Soal 25

Plastik PVC (Polivinil Klorida) yang digunakan untuk pipa paralon merupakan contoh makromolekul polimer. Polimer PVC terbentuk dari monomer vinil klorida melalui reaksi polimerisasi tipe...

A. Kondensasi, dengan melepaskan molekul air

B. Adisi, akibat pembukaan ikatan rangkap monomernya

C. Substitusi, dengan mengganti atom klorin

D. Eliminasi, menghasilkan gas hidrogen

E. Oksidasi, oleh katalis logam

Pembahasan:

Vinil klorida memiliki ikatan rangkap ($\text{CH}_2=\text{CHCl}$). Pembentukan polimer dari monomer yang berikatan rangkap tanpa hasil samping molekul kecil disebut Polimerisasi Adisi (ikatan rangkap terbuka saling menyambung). Berbeda dengan Nylon atau Protein yang merupakan polimerisasi Kondensasi (melepas molekul $\text{H}_2\text{O}$).