Struktur Atom, Isotop, dan Massa Relatif: Ujian Latihan

Naskah latihan asli tutorgum ini menguji pemahamanmu tentang struktur atom, notasi isotop, kestabilan inti, dan massa atom relatif. Naskah ini mencakup soal penghitungan jumlah partikel, perhitungan rata-rata tertimbang, serta soal yang mengharuskanmu menentukan komposisi isotop suatu unsur dengan menggunakan massa atom relatifnya.

01Petunjuk ujian

• Mata pelajaran: Kimia, edisi silabus 2017.
• Cakupan: Hanya struktur atom, isotop, dan massa atom relatif.
• Waktu membaca yang disarankan: 5 menit.
• Waktu pengerjaan yang disarankan: 50 menit.
• Total nilai: 40 poin.
• Peralatan yang diperbolehkan: Kalkulator ilmiah dan tabel periodik.
• Langkah pengerjaan: Tunjukkan perhitungan dengan jelas, sertakan satuan jika sesuai, dan nyatakan massa atom relatif hingga dua angka di belakang koma, kecuali jika diperintahkan lain.

Waktu dan ketentuan ini merupakan saran untuk naskah latihan ini, bukan aturan ujian resmi.

Ini adalah naskah latihan asli tutorgum. Naskah ini bukan naskah ujian NESA resmi, yang disahkan, berasal dari ujian sebelumnya, atau merupakan prediksi soal ujian NESA.

Materi yang diujikan

Naskah ini mencakup:

• Nomor atom, nomor massa, dan notasi isotop.
• Jumlah proton, neutron, dan elektron dalam atom dan ion.
• Isotop dan posisinya dalam tabel periodik.
• Inti atom stabil dan tidak stabil.
• Perhitungan massa atom relatif berdasarkan massa isotop dan kelimpahan alaminya.
• Perhitungan kelimpahan isotop yang belum diketahui berdasarkan massa atom relatif.

Konfigurasi elektron, tren periodik, ikatan kimia, stoikiometri, perhitungan peluruhan inti, dan modul silabus lainnya tidak termasuk dalam cakupan.

Gunakan massa isotop yang diberikan dalam setiap soal. Jika massa isotop dinyatakan dalam satuan massa atom terpadu (\(\mathrm{u}\)), gunakan nilai numeriknya dalam perhitungan rata-rata tertimbang. Massa atom relatif tidak berdimensi, jadi jangan mencantumkan satuan pada jawaban akhir.

Kerjakan semua soal sebelum memeriksa pembahasan.

02Soal

Soal 1 (5 poin)

Perhatikan atom aluminium netral yang dinyatakan oleh simbol isotop \(\ce{^{27}_{13}Al}\).

(a) Nyatakan nomor atom dan nomor massa atom ini. (2 poin)

(b) Tentukan jumlah proton, neutron, dan elektron dalam atom ini. (3 poin)

Soal 2 (6 poin)

Perhatikan dua ion berikut.

(a) Untuk ion klorida \(\ce{^{37}_{17}Cl^-}\), tentukan jumlah proton, neutron, dan elektron. (3 poin)

(b) Untuk ion magnesium \(\ce{^{24}_{12}Mg^2+}\), tentukan jumlah proton, neutron, dan elektron. (3 poin)

Soal 3 (4 poin)

Sebuah ion mengandung 15 proton, 16 neutron, dan 18 elektron.

(a) Hitung nomor massa ion ini. (1 poin)

(b) Tuliskan simbol isotopnya, termasuk nomor atom, nomor massa, dan muatan ion. (2 poin)

(c) Nyatakan apakah atom netral membentuk ion ini dengan menerima atau melepaskan elektron, dan tentukan jumlah elektron yang berpindah. (1 poin)

Soal 4 (7 poin)

Skema di bawah ini membandingkan dua inti atom yang diberi label A dan B. Setiap lingkaran mewakili satu nukleon, dan legenda membedakan proton dari neutron.

• Proton
• Neutron

(a) Nyatakan jumlah proton dan neutron dalam setiap inti atom. (2 poin)

(b) Tuliskan simbol isotop untuk setiap inti atom, termasuk nomor atom dan nomor massanya. (2 poin)

(c) Jelaskan mengapa atom yang diwakili oleh A dan B menempati posisi yang sama dalam tabel periodik. (1 poin)

(d) Untuk soal ini, anggap karbon-12 memiliki inti yang stabil dan karbon-14 memiliki inti yang tidak stabil. Jelaskan arti istilah stabil dan tidak stabil dalam kaitannya dengan perubahan inti atom. (2 poin)

Soal 5 (5 poin)

Boron memiliki dua isotop yang terdapat secara alami. Massa isotop dan kelimpahan alaminya ditunjukkan di bawah ini.

(a) Hitung massa atom relatif boron hingga dua angka di belakang koma. Tunjukkan langkah pengerjaanmu. (4 poin)

(b) Jelaskan mengapa massa atom relatif yang dihitung lebih dekat ke 11.01 daripada ke 10.01. (1 poin)

Soal 6 (5 poin)

Suatu unsur hipotetis T memiliki tepat dua isotop, dengan massa masing-masing 62.0 u dan 64.0 u. Massa atom relatifnya adalah 63.4.

Anggap bahwa hanya kedua isotop ini yang ada dan massa atom relatif dihitung berdasarkan rata-rata tertimbang keduanya.

(a) Misalkan \(x\) menyatakan kelimpahan fraksional isotop bermassa 64.0 u. Tuliskan persamaan yang menghubungkan \(x\) dengan massa atom relatif. (2 poin)

(b) Hitung persentase kelimpahan setiap isotop. (2 poin)

(c) Sebuah sampel mengandung 200 atom T. Perkirakan jumlah atom yang bermassa 64.0 u. (1 poin)

Soal 7 (4 poin)

Sebuah sampel unsur mengandung total 200 atom. Dari jumlah tersebut, 120 atom termasuk isotop bermassa 28.0 u dan 80 atom termasuk isotop bermassa 30.0 u.

(a) Hitung persentase kelimpahan setiap isotop. (2 poin)

(b) Hitung massa atom relatif unsur tersebut hingga dua angka di belakang koma. (2 poin)

Soal 8 (4 poin)

Dua sampel yang telah disiapkan hanya mengandung isotop klorin \(\ce{^{35}_{17}Cl}\) dan \(\ce{^{37}_{17}Cl}\). Komposisi isotop keduanya ditunjukkan di bawah ini.

Untuk soal ini, gunakan massa isotop yang telah dibulatkan, yaitu 35.0 u dan 37.0 u.

(a) Hitung massa isotop rata-rata tertimbang untuk setiap sampel hingga dua angka di belakang koma. (2 poin)

(b) Jelaskan mengapa kedua sampel memiliki massa rata-rata tertimbang yang berbeda meskipun mengandung unsur yang sama. (2 poin)

03Pembahasan dan panduan penilaian

Pembahasan 1

(a) Nomor atom dan nomor massa

Untuk \(\ce{^{27}_{13}Al}\):

• Nomor atom = 13.
• Nomor massa = 27.

Angka di bawah menunjukkan nomor atom, yang sama dengan jumlah proton. Angka di atas menunjukkan nomor massa, yaitu jumlah total proton dan neutron.

Panduan penilaian (2 poin)

• Nomor atom 13. (1 poin)
• Nomor massa 27. (1 poin)

(b) Jumlah proton, neutron, dan elektron

Nomor atom menunjukkan jumlah proton.

\[ \text{Proton}=13 \]

Nomor massa merupakan jumlah total proton dan neutron, sehingga:

\[ \begin{aligned} \text{Neutron} &= 27-13\\ &=14 \end{aligned} \]

Karena atom tersebut netral, jumlah protonnya sama dengan jumlah elektronnya.

\[ \text{Elektron}=13 \]

Jadi, jumlah partikel akhirnya adalah 13 proton, 14 neutron, dan 13 elektron.

Panduan penilaian (3 poin)

• Jumlah proton benar. (1 poin)
• Perhitungan dan jumlah neutron benar. (1 poin)
• Jumlah elektron benar untuk atom netral. (1 poin)

Pembahasan 2

(a) Ion klorida, \(\ce{^{37}_{17}Cl^-}\)

Nomor atomnya adalah 17, sehingga ion ini mengandung 17 proton.

Jumlah neutron diperoleh dengan mengurangkan nomor atom dari nomor massa:

\[ \begin{aligned} \text{Neutron} &= 37-17\\ &=20 \end{aligned} \]

Muatan negatif berarti ion tersebut telah menerima satu elektron dibandingkan dengan atom klorin netral.

\[ \text{Elektron}=17+1=18 \]

Jadi, ion klorida mengandung 17 proton, 20 neutron, dan 18 elektron.

Panduan penilaian (3 poin)

• 17 proton. (1 poin)
• 20 neutron. (1 poin)
• 18 elektron. (1 poin)

(b) Ion magnesium, \(\ce{^{24}_{12}Mg^2+}\)

Nomor atomnya adalah 12, sehingga ion ini mengandung 12 proton.

Jumlah neutron adalah:

\[ \begin{aligned} \text{Neutron} &= 24-12\\ &=12 \end{aligned} \]

Muatan \(2+\) berarti ion tersebut telah melepaskan dua elektron. Atom magnesium netral memiliki 12 elektron, sehingga ion ini memiliki:

\[ \text{Elektron}=12-2=10 \]

Jadi, ion magnesium mengandung 12 proton, 12 neutron, dan 10 elektron.

Panduan penilaian (3 poin)

• 12 proton. (1 poin)
• 12 neutron. (1 poin)
• 10 elektron. (1 poin)

Pembahasan 3

(a) Nomor massa

Nomor massa merupakan jumlah proton dan neutron.

\[ \begin{aligned} A &= 15+16\\ &=31 \end{aligned} \]

Nomor massanya adalah 31.

Panduan penilaian (1 poin)

• Perhitungan dan jawaban 31 benar. (1 poin)

(b) Simbol isotop

Nomor atomnya adalah 15. Nomor ini menunjukkan bahwa unsurnya adalah fosfor, \(\mathrm{P}\).

Nomor massanya adalah 31, sehingga isotop tersebut adalah fosfor-31.

Terdapat 15 proton dan 18 elektron. Ion ini memiliki tiga elektron lebih banyak daripada proton, sehingga muatannya adalah \(3-\).

Simbol isotop lengkapnya adalah:

\[ \boxed{\ce{^{31}_{15}P^3-}} \]

Panduan penilaian (2 poin)

• Simbol isotop fosfor benar, dengan nomor atom 15 dan nomor massa 31. (1 poin)
• Muatan ion \(3-\) benar. (1 poin)

(c) Perpindahan elektron

Ion tersebut memiliki 18 elektron, tetapi hanya 15 proton. Oleh karena itu, jumlah elektronnya tiga lebih banyak daripada jumlah elektron atom netralnya.

Atom fosfor netral menerima tiga elektron untuk membentuk ion tersebut.

Panduan penilaian (1 poin)

• Menyatakan bahwa tiga elektron diterima. (1 poin)

Pembahasan 4

(a) Jumlah proton dan neutron

Berdasarkan skema partikel yang dihitung:

• Inti atom A mengandung 6 proton dan 6 neutron.
• Inti atom B mengandung 6 proton dan 8 neutron.

Kedua inti memiliki jumlah proton yang sama, tetapi jumlah neutron yang berbeda.

Panduan penilaian (2 poin)

• Jumlah proton untuk kedua inti benar. (1 poin)
• Jumlah neutron untuk kedua inti benar. (1 poin)

(b) Simbol isotop

Kedua inti mengandung enam proton. Oleh karena itu, nomor atom keduanya adalah 6, yang menunjukkan unsur karbon.

Untuk inti atom A:

\[ A=6+6=12 \]

Simbol isotopnya adalah:

\[ \ce{^{12}_{6}C} \]

Untuk inti atom B:

\[ A=6+8=14 \]

Simbol isotopnya adalah:

\[ \ce{^{14}_{6}C} \]

Panduan penilaian (2 poin)

• Simbol inti atom A benar. (1 poin)
• Simbol inti atom B benar. (1 poin)

(c) Posisi dalam tabel periodik

Kedua atom memiliki enam proton, sehingga nomor atom keduanya adalah 6. Identitas suatu unsur, dan karena itu posisinya dalam tabel periodik, ditentukan oleh nomor atomnya.

Kedua atom menempati posisi yang sama dalam tabel periodik karena merupakan isotop dari unsur yang sama.

Panduan penilaian (1 poin)

• Menjelaskan bahwa kedua isotop memiliki nomor atom yang sama karena jumlah protonnya sama. (1 poin)

(d) Inti stabil dan tidak stabil

Inti yang stabil tidak mengalami peluruhan radioaktif secara spontan.

Inti yang tidak stabil dapat mengalami perubahan secara spontan melalui peluruhan radioaktif. Proses ini dapat melepaskan partikel atau radiasi ketika inti mengalami perubahan.

Untuk isotop dalam soal ini, karbon-12 bersifat stabil, sedangkan karbon-14 bersifat tidak stabil.

Panduan penilaian (2 poin)

• Menjelaskan dengan benar bahwa inti stabil tidak meluruh secara spontan. (1 poin)
• Menjelaskan dengan benar bahwa inti tidak stabil dapat mengalami peluruhan radioaktif secara spontan. (1 poin)

Pembahasan 5

(a) Massa atom relatif boron

Massa atom relatif, \(A_r\), merupakan rata-rata tertimbang massa isotop. Massa setiap isotop dikalikan dengan kelimpahan fraksionalnya, kemudian hasil perkalian tersebut dijumlahkan.

Pertama, ubah persentase menjadi pecahan:

• Boron-10: \(19.9\% = 0.199\).
• Boron-11: \(80.1\% = 0.801\).

Kemudian, hitung rata-rata tertimbang:

\[ \begin{aligned} A_r &= 10.01(0.199)+11.01(0.801)\\ &=1.99199+8.81901\\ &=10.811\\ &\approx 10.81 \end{aligned} \]

Massa atom relatif boron adalah 10.81 hingga dua angka di belakang koma.

Perhatikan bahwa kamu harus menggunakan massa isotop, bukan sekadar merata-ratakan kedua nomor massa. Isotop yang lebih melimpah memberikan kontribusi lebih besar terhadap nilai akhir.

• Garis bilangan massa
• Boron-10: 10.01 u; 19.9%
• Rata-rata tertimbang: 10.81
• Boron-11: 11.01 u; 80.1%

Panduan penilaian (4 poin)

• Mengubah kedua persentase kelimpahan menjadi pecahan yang benar. (1 poin)
• Menyusun persamaan rata-rata tertimbang dengan menggunakan kedua massa isotop dan kelimpahannya. (1 poin)
• Menghitung hasil sebelum pembulatan, yaitu 10.811. (1 poin)
• Menyatakan hasil 10.81 hingga dua angka di belakang koma. (1 poin)

(b) Mengapa hasilnya lebih dekat ke 11.01

Boron-11 mencakup 80.1% dari seluruh atom, sehingga jauh lebih melimpah daripada boron-10. Oleh karena itu, massanya memberikan pengaruh yang lebih besar terhadap rata-rata tertimbang, sehingga massa atom relatif lebih dekat ke 11.01.

Panduan penilaian (1 poin)

• Menjelaskan bahwa kelimpahan boron-11 yang lebih besar menarik rata-rata tertimbang mendekati massa isotopnya. (1 poin)

Pembahasan 6

(a) Menyusun persamaan

Misalkan \(x\) adalah kelimpahan fraksional isotop bermassa 64.0 u.

Kelimpahan kedua isotop harus berjumlah 1. Oleh karena itu, kelimpahan fraksional isotop bermassa 62.0 u adalah \(1-x\).

Rata-rata tertimbangnya adalah 63.4, sehingga:

\[ 62.0(1-x)+64.0x=63.4 \]

Persamaan ini mencakup kedua isotop beserta kelimpahan fraksional masing-masing.

Panduan penilaian (2 poin)

• Menyatakan kelimpahan isotop yang lebih ringan sebagai \(1-x\). (1 poin)
• Menuliskan persamaan rata-rata tertimbang yang benar. (1 poin)

(b) Menghitung kelimpahan kedua isotop

Mulai dengan persamaan:

\[ 62.0(1-x)+64.0x=63.4 \]

Kembangkan tanda kurung dan gabungkan suku-suku yang memuat \(x\):

\[ \begin{aligned} 62.0-62.0x+64.0x&=63.4\\ 62.0+2.0x&=63.4\\ 2.0x&=1.4\\ x&=0.70 \end{aligned} \]

Karena \(x\) menyatakan kelimpahan fraksional isotop yang lebih berat, persentase kelimpahannya adalah:

\[ 0.70\times100\%=70\% \]

Isotop yang lebih ringan merupakan sisa dari keseluruhan kelimpahan:

\[ 100\%-70\%=30\% \]

Oleh karena itu:

• Isotop bermassa 62.0 u: 30%.
• Isotop bermassa 64.0 u: 70%.

Panduan penilaian (2 poin)

• Menyelesaikan persamaan dengan benar sehingga diperoleh \(x=0.70\). (1 poin)
• Menyatakan kelimpahan kedua isotop masing-masing sebesar 30% dan 70%. (1 poin)

(c) Jumlah atom isotop yang lebih berat

Isotop yang lebih berat mencakup 70% dari 200 atom.

\[ \begin{aligned} N &= 0.70\times200\\ &=140 \end{aligned} \]

Sampel tersebut mengandung 140 atom isotop bermassa 64.0 u.

Panduan penilaian (1 poin)

• Menghitung 140 atom dengan benar. (1 poin)

Pembahasan 7

(a) Persentase kelimpahan setiap isotop

Pertama, periksa jumlah total atom:

\[ 120+80=200 \]

Persentase kelimpahan setiap isotop diperoleh dengan membagi jumlah atom isotop tersebut dengan jumlah total atom, kemudian mengalikannya dengan 100%.

Untuk isotop bermassa 28.0 u:

\[ \frac{120}{200}\times100\%=60\% \]

Untuk isotop bermassa 30.0 u:

\[ \frac{80}{200}\times100\%=40\% \]

Persentase kelimpahannya adalah 60% dan 40%.

Panduan penilaian (2 poin)

• Menghitung kelimpahan 60% untuk isotop bermassa 28.0 u dengan benar. (1 poin)
• Menghitung kelimpahan 40% untuk isotop bermassa 30.0 u dengan benar. (1 poin)

(b) Massa atom relatif

Ubah persentase kelimpahan menjadi pecahan: 60% menjadi 0.60, dan 40% menjadi 0.40.

Kalikan massa setiap isotop dengan kelimpahan fraksionalnya, kemudian jumlahkan hasilnya:

\[ \begin{aligned} A_r &= 0.60(28.0)+0.40(30.0)\\ &=16.8+12.0\\ &=28.80 \end{aligned} \]

Massa atom relatifnya adalah 28.80.

Panduan penilaian (2 poin)

• Menggunakan perhitungan rata-rata tertimbang yang benar. (1 poin)
• Memperoleh jawaban akhir 28.80 hingga dua angka di belakang koma. (1 poin)

Pembahasan 8

(a) Massa isotop rata-rata tertimbang untuk setiap sampel

Gunakan kelimpahan fraksional setiap isotop untuk menghitung rata-rata tertimbang.

Untuk Sampel A, kelimpahannya adalah 75% dan 25%, sehingga pecahannya adalah 0.75 dan 0.25.

\[ \begin{aligned} A_{r,A} &= 0.75(35.0)+0.25(37.0)\\ &=26.25+9.25\\ &=35.50 \end{aligned} \]

Untuk Sampel B, kelimpahannya adalah 60% dan 40%, sehingga pecahannya adalah 0.60 dan 0.40.

\[ \begin{aligned} A_{r,B} &= 0.60(35.0)+0.40(37.0)\\ &=21.00+14.80\\ &=35.80 \end{aligned} \]

Massa isotop rata-rata tertimbangnya adalah:

• Sampel A: 35.50 u.
• Sampel B: 35.80 u.

Nilai massa relatif yang bersesuaian adalah 35.50 dan 35.80, tanpa satuan.

Panduan penilaian (2 poin)

• Rata-rata tertimbang untuk Sampel A benar. (1 poin)
• Rata-rata tertimbang untuk Sampel B benar. (1 poin)

(b) Mengapa kedua sampel memiliki massa rata-rata tertimbang yang berbeda

Kedua sampel mengandung klorin-35 dan klorin-37. Kedua isotop ini memiliki nomor atom yang sama, yaitu 17, sehingga memiliki jumlah proton yang sama dan termasuk unsur yang sama.

Namun, proporsi kedua isotop dalam masing-masing sampel berbeda. Sampel B mengandung persentase isotop klorin-37 yang lebih berat lebih besar daripada Sampel A. Hal ini menggeser rata-rata tertimbang Sampel B ke arah isotop yang lebih berat, sehingga massa rata-ratanya lebih tinggi.

• Sampel A: klorin-35 75%, klorin-37 25%
• Sampel B: klorin-35 60%, klorin-37 40%
• Rata-rata sampel A: 35.50 u
• Rata-rata sampel B: 35.80 u

Panduan penilaian (2 poin)

• Menjelaskan bahwa kedua isotop memiliki jumlah proton yang sama sehingga merupakan unsur yang sama. (1 poin)
• Menjelaskan bahwa perbedaan kelimpahan isotop menghasilkan massa rata-rata tertimbang yang berbeda. (1 poin)

Akhir naskah – 40 poin

Saat memeriksa pekerjaanmu, perhatikan secara khusus tiga hal: kurangi nomor atom dari nomor massa untuk mendapatkan jumlah neutron, sesuaikan jumlah elektron berdasarkan muatan ion, dan gunakan kelimpahan fraksional alih-alih persentase dalam bentuk angka bulat saat menghitung rata-rata tertimbang.