Struktur atom dan aplikasi nya dalam nanoteknologi
NAMA GURU : DESI AMALIA, S. Pd
2. MATA PELAJARAN : KIMIA
3. KELAS : X.1 dan X.7
4. PERTEMUAN : Minggu ke 15
5. CP :
6. TUJUAN PEMBELAJARAN :
TP-7 Peserta didik mampu Menganalisis struktur atom dan aplikasinya dalam nanoteknologi sebuah terobosan yang mengontrol material hingga ke ukuran nanometer sehingga dapat menghasilkan fungsi baru yang lebih efisien
|
|
4.
7. MATERI :Struktur atom dan nanoteknologi
8. METODE / PROFIL PELAJAR PANCASILA : diskusi, tanya jawab / Berfikir kritis, mandiri, gotong royong.
9. STRATEGI :
Kegiatan Pendahuluan
- ⮚ Peserta didik disapa pendidik dan menanyakan kabar lalu dibuka dengan doa yang dipimpin oleh ketua kelas dan mengecek kehadiran peserta pendidik.
- Peserta didik menyimak penjelasan pendidik tentang tujuan pembelajaran, lingkup materi, kegiatan yang akan dilakukan peserta didik, dan penilaian.
· 
Kelompok peserta didik yang mampu menjawab “Ya” lebih dari 3 maka akan menjadi tutor sebaya bagi temannya yang menjawab “Ya” kurang dari 3
Peserta didik menjawab pertanyaan uji pemahaman awal dengan menjawab beberapa hal beriku
Ø Pertanyaan pemantik
Adakah yang mengetahui teknologi yang digunakan pada kostum Iron man pada film Infinity War seperti pada gambar dibawah ini? (Jawaban: nanoteknologi)
⮚
Peserta didik menjawab pertanyaan pendidik dari pertanyaan pemantik yang diberikan, kemudian pendidik akan menayangkan video apersepsi tentang teori atom, tautan video: https://www.youtube.com/watch?v=4K_59F-oDxo dan peserta didik menonton video tersebut.⮚ Peserta didik aktif bertanya pada pendidik apa yang dilihat dari video tersebut dan pendidik mencatat peserta pendidik aktif menjawab. (Dimensi profil pelajar Pancasila: kritis)
Kegiatan Inti
1. Peserta didik menyimak penjelaskan power point dari pendidik tentang model atom, (bisa dilihat pada tautan https://s.id/CozvB). (Bila tidak ada akses internet maka bisa melihat buku ajar/buku referensi yang ada atau bisa lihar lampiran bahan ajar, materi 1).
Peserta didik bisa bertanya bila ada yang belum paham dari penjelasan pendidik.
2. Peserta didik akan membentuk kelompok lalu berdiskusi untuk mengerjakan LKPD perkembangan model atom. (Melatih gotong royong)
(Contoh LKPD yang bisa diberikan ke peserta didik bisa dilihat dibawah) dan peserta didik bisa membaca rangkuman yang ada di lampiran: (Lampiran Bahan Ajar, Materi 1)
Amati percobaan/fenomena pendukung untuk model atom di bawah ini:
Kegiatan Penutup
Peserta didik memberikan materi penguatan pembelajaran hari ini dan melakukan refleksi pembelajaran. Juga mengingatkan materi minggu depan tentang partikel penyusun atom.
Isilah formulir evaluasi diri pada Tabel dibawah ini berikut dengan cara memberi tanda centang pada kolom yang Kalian pilih.
10. PENGEMBBANGAN MATERI :
Perkembangan Teori Atom
Teori Atom Dalton
Setiap unsur tersusun dari partikel yang sangat teramat kecil yang disebut atom.
Semua atom dari satu unsur yang sama adalah identik, namun atom unsur satu berbeda dengan atom unsur-unsur lainnya.
Atom dari satu unsur tidak dapat diubah menjadi atom dari unsur lain melalui reaksi kimia; atom tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan dalam reaksi kimia.
Senyawa terbentuk dari kombinasi atom-atom dari unsur- unsur yang berbeda dengan rasio atom yang spesifik.
Teori atom Dalton ini memberikan gambaran model atom seperti model bola pejal atau model bola billiard.
Teori Atom Thomson
Pada tahun 1897, J.J. Thomson melakukan eksperimen dengan sinar katoda. Eksperimen tersebut menunjukkan bahwa sinar katoda terdefleksi (terbelokkan) oleh medan magnet maupun
medan listrik. Hal ini menunjukkan bahwa sinar katoda merupakan radiasi partikel yang bermuatan listrik. Pada eksperimen dengan medan listrik, sinar katoda terbelokkan menuju ke arah kutub bermuatan positif. Hal ini menunjukkan bahwa sinar katoda merupakan radiasi partikel bermuatan negatif. Selanjutnya, partikel sinar katoda ini disebut sebagai elektron.
Penemuan elektron ini kemudian mengacu pada kesimpulan bahwa di dalam atom terdapat elektron yang bermuatan negatif. Menurut model atom Thomson, elektron bermuatan negatif tersebar dalam bola bermuatan positif seperti model roti kismis, di mana kismis-kismis adalah elektron-elektron, dan roti adalah bola bermuatan positif.
|
Teori Atom Mekanika Kuantum
Pada tahun 1924, Louis de Broglie menyatakan hipotesis dualisme partikel-gelombang — semua materi dapat memiliki sifat seperti gelombang. Elektron memiliki sifat seperti partikel dan juga sifat seperti gelombang. Pada tahun 1926, Erwin Schrödinger merumuskan persamaan matematis yang kini disebut persamaan gelombang Schrödinger, yang memperhitungkan sifat seperti partikel dan seperti gelombang dari elektron. Pada tahun 1927, Werner Heisenberg mengajukan asas ketidakpastian Heisenberg yang menyatakan bahwa posisi elektron tidak dapat ditentukan secara pasti, namun hanya dapat ditentukan peluang posisinya.
Teori-teori — dualisme partikel gelombang, asas ketidakpastian Heisenberg, dan persamaan Schrödinger— ini kemudian menjadi dasar dari teori atom mekanika kuantum. Penyelesaian persamaan Schrödinger menghasilkan fungsi gelombang yang disebut orbital. Orbital biasanya digambarkan seperti awan elektron, di mana kerapatan awan tersebut menunjukkan peluang posisi elektron. Semakin rapat awan elektron maka semakin tinggi peluang elektron, begitu pula sebaliknya. Oleh karena itu, model atom mekanika kuantum disebut juga model awan elektron.
Sebelumnya, pada tahun 1919, Rutherford berhasil menemukan partikel bermuatan positif, yang disebut proton, dari eksperimen penembakkan partikel α pada atom nitrogen di udara. Lalu, pada tahun 1932, James Chadwick menemukan partikel netral, yang disebut neutron, dari eksperimen bombardir partikel α pada berbagai unsur. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa dalam model awan elektron, awan elektron terdiri dari elektron-elektron bermuatan negatif yang bergerak sangat cepat mengelilingi inti atom yang tersusun dariproton yang bermuatan positif dan neutron yang tak bermuatan.
Diadopsi dari :https://www.studiobelajar.com/teori-atom/
17
Materi 2
BAHAN AJAR NANOTEKNOLOGI
Nano dalam terminologi ilmiah berarti satu per satu milyar (0,000000001). Satu nanometer adalah seper seribu mikrometer, atau seper satu juta milimeter, atau seper satu milyar meter. Jika panjang pulau jawa dianggap satu meter, maka diameter sebuah kelereng kira- kira sama dengan 10 nanometer.
Dari segi bahasa, istilah “nano” diambil dari ukuran suatu benda / material dalam skala nanometer. “nano” ini berasal dari bahasa Yunani yang berarti kecil / kerdil, digunakan untuk satuan dimensi. Satu nanometer sama dengan sepermiliar meter
-9
atau = 10 meter.
❖ Nanopartikel
Nanopartikel didefinisikan sebagai partikulat yang terdispersi atau partikel- partikel padatan dengan ukuran partikel berkisar 10 – 100 nm. Ukuran partikel yang sangat kecil tersebut dimanfaatkan untuk mendesain dan menyusun atau memanipulasi material sehingga dihasilkan material dengan sifat dan fungsi baru. Material nanopartikel telah banyak menarik peneliti karena material nanopartikel menunjukkan sifat fisika dan kimia yang sangat berbeda dari bulk materialnya, seperti kekuatan mekanik, elektronik, magnetik, kestabilan termal, katalitik dan optik. Ada dua hal utama yang membuat nanopartikel berbeda dengan material sejenis dalam ukuran besar (bulk) yaitu : (a) karena ukurannya yang kecil, nanopartikel memiliki nilai perbandingan antara luas permukaan dan volume yang lebih besar jika dibandingkan dengan partikel sejenis dalam ukuran besar. Ini membuat nanopartikel bersifat lebih reaktif. Reaktivitas material ditentukan oleh atom-atom di permukaan, karena hanya atom-atom tersebut yang bersentuhan langsung dengan material lain; (b) ketika ukuran partikel menuju orde nanometer, hukum fisika yang berlaku lebih didominasi oleh hukum- hukum fisika kuantum.
❖ Nanomaterial
Nanomaterials dapat didefinisikan sebagai bahan yang memiliki, minimal, satu dimensi eksternal berukuran 1-100nm. Definisi yang diberikan oleh Komisi Eropa menyatakan bahwa ukuran partikel setidaknya setengah dari partikel dalam distribusi ukuran nomor harus berukuran 100nm atau di bawahnya. Nanomaterial dapat terjadi secara alami, dibuat sebagai produk sampingan dari reaksi pembakaran, atau diproduksi dengan sengaja melalui rekayasa untuk melakukan fungsi khusus. Bahan-bahan ini dapat memiliki sifat fisik dan kimia yang berbeda dengan rekan-rekan bentuk massal mereka.
❖ NanoSains
Didefinisikan sebagai studi fenomena dan manipulasi material pada skala atomik, molekuler dan makromolekuler dimana sifatnya berbeda secara signifikan daripada material pada skala
18
besarnya. Atau nanosains adalah ilmu dimana manusia berusaha untuk mempelajari berbagai gejala-gejala alam yang berukuran nanometer.
Nano material memiliki sifat yang berbeda dari material bulknya. Kebanyakan material dengan struktur nano berupa kristalin alaminya dan memiliki sifat yang unik
Sifat fisika | Sifat kimia |
Struktur kristal dari nanopartikel sama dengan struktur bulknya dengan parameter kisi yang berbeda | Struktur elektronik dari nanopartikel bergantung pada ukuran dan kemampuan dari nanopartikel tersebut untuk bereaksi bergantung pada ukuran klaster |
Jarak antaratomik berkurang seiring naiknya ukuran dikarenakan oleh gaya elektrostatik jarak jauh dan daya tolak antar inti jarak dekat. | Luas permukaan yang lebih besar dibandingkan rasio volume dari nanopartikel memiliki efek yang besar terhadap sifat katalitik. |
Nanomaterial adalah salah satu aplikasi nanoteknologi. Mengapa struktur atom menjadi konsep penting dalam bahasan nanomaterial? Sifat material sangat dipengaruhi oleh ukuran partikel yaitu atom maupun molekul penyusunnya. Material berukuran nano pada batasan 1- 100 nm memiliki sifat antara lain titik lebur, konduktivitas listrik, permeabilitas magnetik, warna, optis, dan reaktivitas kimia yang unik dan berbeda dibandingkan material pada ukuran makroskopik.
Bagaimana konsep pembentukan material menjadi berukuran nano?
Sintesis nanomaterial antara lain dapat dilakukan dengan metode
(1) top-down yaitu sintesis secara fisika. Pada metode ini partikel besar dipecah menjadi partikel berukuran nanometer (2) bottom-up yaitu proses sintesis nanopartikel secara kimia dengan melibatkan reaksi kimia dari sejumlah material awal sehingga dihasilkan material lain yang berukuran nanometer. Konsep perubahan sifat material pada ukuran nano didasari oleh dua aspek yaitu (1) ukuran material (2) luas permukaan material. Mari kita bahas satu-persatu.
(1) Ukuran material
Kalian telah mempelajari bahwa salah satu sifat keperiodikan unsur adalah jari-jari atom. Ukuran atom ditentukan oleh jari-jarinya. Semakin pendek jari-jari atom maka ukuran atom makin kecil. Material yang merupakan gabungan atom jika direduksi menjadi skala nano dapat menunjukkan sifat yang sangat berbeda dibandingkan dengan apa yang ditampilkan pada skala makro. Contohnya antara lain (1) tembaga adalah zat buram namun bisa menjadi transparan (2) platina adalah bahan inert yang berubah menjadi katalis (3) aluminium merupakan bahan yang sulit terbakar ternyata dapat menjadi mudah terbakar
(4) emas yang tadinya padatan dapat berubah menjadi cairan pada suhu kamar (5) silikon yang bersifat isolator ternyata dapat bersifat konduktor
(2) Luas permukaan material.
Material berskala nano memiliki luas permukaan yang relatif lebih besar jika dibandingkan
19
material nonnano untuk massa yang sama. Hal ini dapat dijelaskan dari teori tumbukan yang akan Kalian pelajari lebih lanjut di kelas XI nanti. Teori ini menyatakan bahwa makin kecil ukuran material menyebabkan jumlah sisi aktif material untuk bereaksi secara kimia menjadi bertambah. Pertambahan jumlah sisi aktif merujuk pada makin luasnya permukaan sisi aktif partikel. Material menjadi lebih reaktif secara kimiawi ketimbang material nonnano. Dalam rangka mensintesis atom demi atom maka harus terjadi tumbukan antarpartikel untuk menghasilkan reaksi kimia. Tumbukan yang menghasilkan reaksi kimia harus terjadi pada sisi aktif. Oleh karenanya makin luas permukaan partikel akan memberi peluang terjadinya reaksi kimia karena bertambahnya sisi aktif.
v Nanoteknologi
Nanoteknologi adalah ilmu yang mempelajari dan merekayasa materi pada skala 1 hingga 100 nanometer dimana terjadi fenomena unik dan sifat baru. Sifat-sifat baru inilah yang dimanfaatkan untuk keperluan teknologi.
Atom dan Ion
Dalam nanoteknologi, prinsip yang dipakai adalah atom yang di dalamnya terdapat elektron yang bergerak mengelilingi inti atom yang terdiri dari proton dan netron yang jumlahnya tergantung dari nomor atom (sama dengan jumlah elektron dan proton) serta nomor massa (jumlah proton + netron).
Nanoteknologi berkecimpung mulai dari penggabungan atom atau ion menjadi molekul untuk membentuk struktur dalam orde nanometer yang berguna untuk menghasilkan barang-barang dalam kehidupan sehari-hari. Tentu saja nanoteknologi melakukan juga proses- proses seperti reaksi kimia untuk membentuk zat cair atau padat seperti keramik, polimer, dan logam yang diatur (dimanipulasi) sedemikian rupa sehingga menghasilkan sifat-sifat kimia atau fisika yang baru. Bahkan lebih jauh lagi nanoteknologi mengkombinasikan semua zat padat seperi keramik, logam dan polimer untuk membentuk bahan baru yang tidak ada di alam. Bahan baru ini merupakan campuran dari dua atau tiga bahan dan dinamakan komposit. Bila struktur dari bahan-bahan campuran tadi dalam ukuran nanometer terbentuklah nano komposit. Karakteristik/sifat dari semua benda itu sangat bergantung pada susunan atom-atomnya.
Sehingga, sedikit saja susunan struktur atomnya diubah, karakteristik suatu benda bisa berubah drastis. Inilah konsep utama dalam nanoteknologi.
v Sejarah dan Perkembangan Nanoteknologi
Awal dari keseluruhan perkembangan nanoteknologi sebenarnya bermula dari penemuan J.J. Thomson pada tahun 1897 di mana ia menemukan CRT atau cathode ray tube yang mampu digunakan oleh para ilmuwan untuk memisahkan partikel individual yang menyusun atom- atom. Sejak penemuan tersebut, terminologi seperti elektron, nukleus, proton, dan neutron mulai dikenal. Hal ini turut melahirkan pengetahuan tentang molekul, dan bahkan struktur- stuktur kimia.
Istilah nanoteknologi itu sendiri pertama kali diresmikan oleh Prof Norio Taniguchi dari Tokyo Science University tahun 1974 dalam makalahnya yang berjudul “On the Basic Concept of ‘Nano-Technology’
20
v 
Mengapa dengan nanoteknologi?
Dengan menciptakan bahan hingga berukuran satu per miliar meter (nanometer), sifat dan fungsi bahan tersebut bisa diubah sesuai dengan yang diinginkan. Dengan nanoteknologi pula, kekayaan alam menjadi berarti lebih karena sifat-sifat zat bisa diciptakan sesuai dengan keinginan. Sifat-sifat baru inilah yang dimanfaatkan untuk keperluan teknologi. Kita harus mampu memberi nilai tambah atas kekayaan alam kita. Nanoteknologi, teknologi berbasis pengolahan bahan berukuran nano atau satu per miliar meter, merupakan lompatan teknologi untuk mengubah dunia bahan menjadi jauh lebih berharga dari sebelumnya.
v Fenomena Nanoteknologi di Alam
- Fenomena Kaki Cecak
- Fenomena Hewan Bercahaya (kunang-kunang, ubur-ubur, cumi-cumi, zooplankton, Cacing api laut, ikan Anglerfish, ikan black dragonfish)
- Nanomagnetik pada hewan
- Sayap kupu-kupu
- Kaki pada serangga air
- Daun hidropobik (daun talas, daun teratai)
- Paruh burung Taucan
- Kaki dan jarring laba-laba
v Aplikasi Nanoteknologi Terpopuler Saat Ini :
- Di bidang farmasi dan kesehatan, produk-produk kesehatan telah menggunakan partikel nano untuk meningkatkan efektifitas obat
- Di bidang pangan dan pertanian, nanoteknologi telah memberi pengaruh untuk peningkatan produktifitas.
- Nanobaja pada bidang transportasi, hidrogen strorage materials untuk energi, rompi tahan peluru untuk hankam
- Baterai Ion Litium berteknologi nano
- Robot pengintai berbasis nanoteknologi
- Nanoteknologi dalam dunia fiksi/film
v Beberapa fokus yang pengembangan nanoteknologi, yang perlu dilakukan berdasarkan potensi yang dimiliki Indonesia, diantaranya :
1) Pemanfaatan nanoteknologi untuk pembuatan nanomaterial yangditargetkan untuk pensuplai bahan baku produk nano
2) Pemanfaatan nano-bioteknologi yang ditargetkan untuk peningkatanan hasil pangan dan pertanian
3) Pemanfaatan nanoteknologi dalam bidang farmasi dan kesehatan yangtargetkan untuk peningkatan kualitas obat Indonesia
4) Pemanfaatan nanoteknologi untuk pemenuhan dan konservasi energinasional.
Komentar
Posting Komentar