Kumpulan Soal Kimia SBMPTN: Struktur Atom dan Mekanika Kuantum (Lengkap dengan Jawaban)

Pilihan Ganda

1. Elektron terakhir suatu atom memiliki bilangan kuantum n=3, l=1, m=0, s=-1/2. Atom tersebut adalah…
   • Al (Z=13)
   • Si (Z=14)
   • P (Z=15)
   • S (Z=16)
   Jawaban: B
   Pembahasan: Bilangan kuantum n=3, l=1 menunjukkan elektron berada pada subkulit 3p. Karena m=0 dan s=-1/2, ini adalah elektron kedua pada orbital 3p₀. Konfigurasi elektronnya akan berakhir pada 3p². Ini berarti ada 2 elektron di subkulit 3p. Total elektron: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p². Jumlah elektron = 2 + 2 + 6 + 2 + 2 = 14. Unsur dengan 14 elektron adalah Silikon (Si).
2. Berapa jumlah maksimal elektron yang dapat menempati orbital-orbital pada subkulit d?
   • 2
   • 6
   • 10
   • 14
   Jawaban: C
   Pembahasan: Subkulit d memiliki nilai bilangan kuantum azimut l=2. Untuk l=2, nilai bilangan kuantum magnetik (m) bisa -2, -1, 0, 1, 2. Ini berarti ada 5 orbital pada subkulit d. Setiap orbital dapat menampung maksimal 2 elektron. Jadi, 5 orbital × 2 elektron/orbital = 10 elektron.
3. Model atom yang menyatakan elektron bergerak dalam lintasan stasioner dengan tingkat energi tertentu adalah model atom…
   • Rutherford
   • Bohr
   • Thomson
   • Dalton
   Jawaban: B
   Pembahasan: Model atom Bohr memperkenalkan konsep tingkat energi diskrit (kulit atom) tempat elektron bergerak tanpa memancarkan energi. Ini mengatasi kelemahan model Rutherford yang tidak dapat menjelaskan stabilitas atom.
4. Ion X²⁺ memiliki konfigurasi elektron [Ar] 3d⁶. Nomor atom unsur X adalah…
   • 24
   • 26
   • 28
   • 30
   Jawaban: C
   Pembahasan: Jika X²⁺ memiliki konfigurasi [Ar] 3d⁶, berarti atom X netral memiliki 2 elektron lebih banyak dari ion X²⁺. Konfigurasi atom X adalah [Ar] 3d⁸ 4s² (ingat elektron valensi 4s dilepas terlebih dahulu). Jumlah elektron di [Ar] adalah 18. Jadi, total elektron atom X = 18 + 8 + 2 = 28. Nomor atom adalah 28.
5. Manakah pernyataan yang benar mengenai asas larangan Pauli?
   • Tidak ada dua elektron dalam satu atom yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama.
   • Elektron akan mengisi orbital dengan energi terendah terlebih dahulu.
   • Setiap orbital dalam subkulit diisi satu elektron terlebih dahulu sebelum berpasangan.
   • Elektron mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu.
   Jawaban: A
   Pembahasan: Asas larangan Pauli menyatakan bahwa tidak ada dua elektron dalam satu atom yang memiliki keempat bilangan kuantum (n, l, m, s) yang sama. Ini berarti jika dua elektron berada dalam orbital yang sama (n, l, m sama), mereka harus memiliki spin yang berlawanan.
6. Unsur dengan konfigurasi elektron 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ memiliki jumlah elektron tidak berpasangan sebanyak…
   • 0
   • 2
   • 3
   • 4
   Jawaban: B
   Pembahasan: Konfigurasi elektron 3p⁴ berarti ada 4 elektron di subkulit 3p. Subkulit p memiliki 3 orbital (pₓ, pᵧ, p₂). Mengikuti aturan Hund, elektron akan mengisi orbital secara tunggal terlebih dahulu sebelum berpasangan: ↑↓ ↑ ↑. Jadi, ada 2 elektron tidak berpasangan.
7. Atom X memiliki 20 neutron dan nomor massa 40. Konfigurasi elektron ion X²⁺ adalah…
   • 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²
   • 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶
   • 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴
   • 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d²
   Jawaban: B
   Pembahasan: Nomor massa = jumlah proton + jumlah neutron. 40 = jumlah proton + 20, maka jumlah proton = 20. Jadi, nomor atom X adalah 20 (yaitu Kalsium, Ca). Konfigurasi elektron atom Ca (Z=20) adalah 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s². Ion X²⁺ terbentuk dengan melepaskan 2 elektron dari kulit terluar, yaitu 4s. Jadi, konfigurasi X²⁺ adalah 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶.
8. Elektron pada subkulit f memiliki nilai bilangan kuantum azimut (l) sebesar…
   • 0
   • 1
   • 2
   • 3
   Jawaban: D
   Pembahasan: Nilai bilangan kuantum azimut (l) adalah 0 untuk subkulit s, 1 untuk subkulit p, 2 untuk subkulit d, dan 3 untuk subkulit f.
9. Atom yang bersifat diamagnetik adalah atom yang…
   • Semua elektronnya berpasangan
   • Memiliki satu atau lebih elektron tidak berpasangan
   • Memiliki nomor atom genap
   • Memiliki nomor massa ganjil
   Jawaban: A
   Pembahasan: Atom yang bersifat diamagnetik adalah atom yang semua elektronnya berpasangan (tidak memiliki elektron tidak berpasangan). Atom ini akan ditolak lemah oleh medan magnet.
10. Berapa jumlah maksimum elektron pada kulit N (n=4)?
    • 8
    • 18
    • 32
    • 50
    Jawaban: C
    Pembahasan: Jumlah maksimum elektron pada kulit ke-n dihitung dengan rumus 2n². Untuk kulit N, n=4. Jadi, jumlah maksimum elektron = 2 × 4² = 2 × 16 = 32 elektron.
11. Pasangan bilangan kuantum yang tidak mungkin terjadi adalah…
    • n=1, l=0, m=0, s=+1/2
    • n=3, l=1, m=0, s=-1/2
    • n=4, l=3, m=-2, s=+1/2
    • n=2, l=1, m=+2, s=-1/2
    Jawaban: D
    Pembahasan: Untuk n=2, nilai l yang mungkin adalah 0 dan 1. Untuk l=1, nilai m yang mungkin adalah -1, 0, +1. Nilai m=+2 tidak mungkin terjadi jika l=1. Jika n=2, l=2, maka itu tidak mungkin karena l tidak boleh sama dengan atau lebih besar dari n.
12. Unsur Klor (Cl) dengan nomor atom 17 memiliki elektron valensi sebanyak…
    • 2
    • 5
    • 6
    • 7
    Jawaban: D
    Pembahasan: Konfigurasi elektron Cl (Z=17): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵. Elektron valensi adalah elektron pada kulit terluar, yaitu kulit ke-3 (3s dan 3p). Jumlah elektron valensi = 2 (dari 3s) + 5 (dari 3p) = 7 elektron.
13. Bentuk orbital s adalah…
    • Bola
    • Dumbbell
    • Cloverleaf
    • Kompleks
    Jawaban: A
    Pembahasan: Orbital s memiliki bentuk simetris bola.
14. Menurut aturan Hund, elektron cenderung mengisi orbital-orbital dengan energi yang sama secara…
    • Berpasangan terlebih dahulu
    • Berlawanan spin
    • Tunggal dengan spin paralel
    • Acak
    Jawaban: C
    Pembahasan: Aturan Hund menyatakan bahwa elektron akan mengisi setiap orbital dalam subkulit dengan spin paralel (satu elektron per orbital) sebelum elektron mulai berpasangan dalam orbital yang sama.
15. Energi yang dilepaskan ketika sebuah atom netral dalam fasa gas menerima satu elektron untuk membentuk ion negatif disebut…
    • Energi ionisasi
    • Afinitas elektron
    • Energi disosiasi
    • Energi ikat
    Jawaban: B
    Pembahasan: Afinitas elektron adalah perubahan energi yang terjadi ketika satu mol atom dalam fasa gas menerima satu mol elektron untuk membentuk ion negatif bermuatan -1.
16. Atom Cr (Z=24) memiliki konfigurasi elektron yang menyimpang. Konfigurasi yang benar adalah…
    • 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁴
    • 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶
    • 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d⁵
    • 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 4p⁴
    Jawaban: C
    Pembahasan: Konfigurasi Cr (Z=24) seharusnya [Ar] 4s² 3d⁴ menurut aturan Aufbau. Namun, untuk mencapai kestabilan yang lebih tinggi (subkulit d setengah penuh), satu elektron dari 4s akan pindah ke 3d, sehingga menjadi [Ar] 4s¹ 3d⁵.
17. Jika suatu atom memiliki 3 kulit elektron dan 6 elektron valensi, maka atom tersebut terletak pada periode dan golongan berapa?
    • Periode 3, Golongan IVA
    • Periode 3, Golongan VIA
    • Periode 6, Golongan IIIA
    • Periode 6, Golongan IVA
    Jawaban: B
    Pembahasan: Jumlah kulit elektron menunjukkan periode, jadi periode 3. Jumlah elektron valensi menunjukkan golongan utama (untuk golongan A). Dengan 6 elektron valensi, atom ini berada di Golongan VIA.
18. Berapa nilai bilangan kuantum magnetik (m) yang mungkin untuk subkulit p?
    • 0
    • -1, 0, +1
    • -2, -1, 0, +1, +2
    • Semua bilangan bulat
    Jawaban: B
    Pembahasan: Untuk subkulit p, nilai bilangan kuantum azimut (l) adalah 1. Nilai bilangan kuantum magnetik (m) dapat berkisar dari -l hingga +l, termasuk 0. Jadi, untuk l=1, m dapat bernilai -1, 0, +1.
19. Atom dengan konfigurasi elektron 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p³ memiliki nomor atom…
    • 23
    • 28
    • 33
    • 35
    Jawaban: C
    Pembahasan: Hitung total elektron: 2+2+6+2+6+2+10+3 = 33. Nomor atom sama dengan jumlah elektron untuk atom netral.
20. Urutan tingkat energi orbital menurut aturan Aufbau adalah…
    • 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, …
    • 1s, 2s, 2p, 3s, 3d, 3p, 4s, …
    • 1s, 2s, 3s, 4s, 2p, 3p, 4p, …
    • 1s, 2p, 3d, 4f, …
    Jawaban: A
    Pembahasan: Aturan Aufbau menyatakan bahwa elektron mengisi orbital dari tingkat energi terendah ke tertinggi. Urutannya adalah 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p.

Isian Singkat

1. Jumlah orbital dalam subkulit f adalah…
   Jawaban: 7
2. Atom X memiliki 15 proton. Berapa jumlah elektron tidak berpasangan dalam atom X?
   Jawaban: 3
3. Unsur dengan konfigurasi elektron [Ne] 3s² 3p⁵ memiliki nomor atom…
   Jawaban: 17
4. Jika nilai n=3 dan l=0, orbital tersebut adalah…
   Jawaban: 3s
5. Bilangan kuantum yang menunjukkan orientasi orbital dalam ruang adalah…
   Jawaban: Bilangan Kuantum Magnetik (m)

Uraian

1. Jelaskan perbedaan mendasar antara model atom Rutherford dan model atom Bohr!
   Jawaban: Model atom Rutherford menggambarkan atom sebagai inti padat bermuatan positif di tengah dengan elektron yang mengelilinginya seperti planet mengelilingi matahari. Kelemahannya adalah tidak bisa menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke inti dan spektrum atom bersifat diskrit. Model atom Bohr memperbaiki ini dengan menyatakan bahwa elektron bergerak pada lintasan (kulit) stasioner tertentu dengan tingkat energi yang spesifik. Elektron hanya dapat berpindah antar kulit dengan menyerap atau memancarkan energi dalam jumlah tertentu (kuanta), sehingga menjelaskan spektrum atom diskrit dan kestabilan atom.
2. Tentukan keempat bilangan kuantum (n, l, m, s) untuk elektron terakhir dari atom Brom (Br), dengan nomor atom 35.
   Jawaban: Konfigurasi elektron Br (Z=35): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁵. Elektron terakhir berada pada subkulit 4p. Untuk 4p⁵: n=4, l=1 (karena subkulit p). Untuk 4p⁵, orbital p memiliki 3 kotak (-1, 0, +1). Lima elektron diisi berdasarkan aturan Hund: ↑↓ ↑↓ ↑. Jadi, elektron kelima (terakhir) berada di orbital 4p₋₁ dengan spin ke bawah. Maka, n=4, l=1, m=-1, s=-1/2.
3. Apa yang dimaksud dengan energi ionisasi dan bagaimana kecenderungannya dalam satu periode dan satu golongan pada tabel periodik?
   Jawaban: Energi ionisasi adalah energi minimum yang dibutuhkan untuk melepaskan satu elektron dari atom netral dalam fasa gas pada keadaan dasar. Dalam satu periode (dari kiri ke kanan), energi ionisasi cenderung meningkat karena muatan inti efektif meningkat dan jari-jari atom mengecil, membuat elektron lebih sulit dilepaskan. Dalam satu golongan (dari atas ke bawah), energi ionisasi cenderung menurun karena jari-jari atom membesar dan efek perisai elektron inti meningkat, sehingga elektron valensi semakin jauh dari inti dan lebih mudah dilepaskan.
4. Gambarkan bentuk orbital 2s dan orbital 2pₓ. Jelaskan perbedaannya.
   Jawaban: Orbital 2s: Berbentuk bola simetris, tetapi memiliki satu bidang nodal radial (daerah di mana probabilitas menemukan elektron adalah nol) di antara inti dan kulit terluar bola. Orbital 2pₓ: Berbentuk seperti dumbbell (balon terpilin) yang memanjang sepanjang sumbu x. Memiliki satu bidang nodal planar yang melewati inti dan tegak lurus terhadap sumbu x. Perbedaannya: Orbital 2s berbentuk bola dan tidak memiliki orientasi spesifik dalam ruang, sedangkan orbital 2pₓ memiliki bentuk dumbbell dengan orientasi spesifik sepanjang sumbu x.
5. Jelaskan mengapa ion K⁺ dan Ar memiliki konfigurasi elektron yang sama meskipun merupakan unsur yang berbeda. Sebutkan istilah untuk atom/ion semacam ini.
   Jawaban: Atom Kalium (K) memiliki nomor atom 19, dengan konfigurasi elektron 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹. Ketika K melepaskan satu elektron untuk membentuk ion K⁺, konfigurasinya menjadi 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶. Atom Argon (Ar) memiliki nomor atom 18, dengan konfigurasi elektron 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶. Karena keduanya memiliki jumlah elektron dan konfigurasi elektron yang sama (yaitu 18 elektron), mereka disebut sebagai isoelektronik.

Menjodohkan

1. Jodohkan konsep atau prinsip berikut dengan penjelasannya yang benar.
   1. Asas Larangan Pauli

   A. Setiap orbital dalam subkulit diisi satu elektron terlebih dahulu sebelum berpasangan.

   2. Aturan Hund

   B. Elektron mengisi orbital dari tingkat energi terendah ke tertinggi.

   3. Aturan Aufbau

   C. Tidak ada dua elektron dalam satu atom yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama.

   4. Model Atom Bohr

   D. Elektron mengelilingi inti pada lintasan (kulit) stasioner tertentu.
   Kunci: 1-C, 2-A, 3-D, 4-B
2. Jodohkan bilangan kuantum berikut dengan fungsi utamanya.
   1. Bilangan Kuantum Utama (n)

   A. Menentukan orientasi orbital dalam ruang.

   2. Bilangan Kuantum Azimut (l)

   B. Menentukan tingkat energi utama dan ukuran orbital.

   3. Bilangan Kuantum Magnetik (m)

   C. Menentukan bentuk subkulit atau bentuk orbital.

   4. Bilangan Kuantum Spin (s)

   D. Menentukan arah rotasi (spin) elektron.
   Kunci: 1-B, 2-C, 3-A, 4-D