Langkau ke kandungan
Kimia · Tingkatan 6 (STPM Chemistry) · Periodic Table: Periodicity

4.1 Atomic and physical properties of Period 3 elements

Unit ini menerangkan trend jejari atom, takat lebur, kekonduksian elektrik dan tenaga pengionan unsur Kala 3 (Na hingga Ar), serta cara menentukan kumpulan unsur daripada tenaga pengionan berturutan.

  • STPM
  • 6 SP
  • 18 latihan
  • Percuma
Belajar & latih secara interaktifSemua unit Kimia STPM

SP 4.1.1Explain the trend of atomic radii;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan trend jejari atom merentasi Kala 3 menggunakan istilah cas nukleus berkesan (effective nuclear charge) dan kesan perisai (shielding effect).

  1. IsiCas nukleus berkesan bertambah
    Huraian

    Dari Na ke Cl, proton bertambah satu demi satu tetapi elektron ditambah pada petala ketiga yang sama; kesan perisai elektron dalam hampir malar, maka cas nukleus berkesan bertambah.

    Contoh

    Na (11 proton) dan Cl (17 proton) sama-sama mempunyai 10 elektron dalam; Cl menarik elektron valensnya lebih kuat.

  2. IsiJejari atom berkurang
    Huraian

    Tarikan yang lebih kuat menarik petala valens lebih dekat ke nukleus, maka jejari atom berkurang merentasi kala.

    Contoh

    Jejari Na ≈ 0.186 nm, Mg ≈ 0.160 nm, Cl ≈ 0.099 nm.

JadualData sifat fizik unsur Kala 3

UnsurStruktur dan ikatanTakat lebur / °CTenaga pengionan pertama / kJ mol⁻¹
NaKekisi logam gergasi98496
MgKekisi logam gergasi650738
AlKekisi logam gergasi660578
SiKovalen gergasi (struktur intan)1410789
P (P₄)Molekul ringkas441012
S (S₈)Molekul ringkas1131000
Cl (Cl₂)Molekul ringkas−1011251
ArAtom tunggal−1891521
SP 4.1.1SP 4.1.2SP 4.1.5

Peta alirTrend jejari atom merentasi Kala 3

  1. Nombor proton bertambah dari Na (11) ke Ar (18), maka cas nukleus bertambah.
  2. Elektron ditambah pada petala ketiga yang sama; kesan perisai (shielding) elektron dalam hampir malar.
  3. Cas nukleus berkesan (effective nuclear charge) bertambah.
  4. Elektron valens ditarik lebih kuat ke arah nukleus.
  5. Jejari atom berkurang dari Na ke Cl.
SP 4.1.1

SP 4.1.2Explain the trend of melting points in terms of structure and bonding;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan trend takat lebur unsur Kala 3 berdasarkan struktur (logam, kovalen gergasi, molekul ringkas, atom tunggal) dan jenis ikatan atau daya yang diatasi.

  1. IsiNa, Mg, Al dan Si
    Huraian

    Na → Al: ikatan logam bertambah kuat (lebih banyak elektron dinyahsetempat, ion lebih kecil). Si: kovalen gergasi, banyak ikatan Si–Si kuat perlu dipecahkan, takat lebur tertinggi.

    Contoh

    Na 98 °C, Mg 650 °C, Al 660 °C, Si 1410 °C.

  2. IsiP, S, Cl dan Ar
    Huraian

    Molekul ringkas atau atom tunggal; hanya daya van der Waals lemah diatasi. Molekul lebih besar (lebih banyak elektron) memberi daya lebih kuat.

    Contoh

    S₈ (113 °C) > P₄ (44 °C) > Cl₂ (−101 °C) > Ar (−189 °C).

Poin utamaTrend takat lebur mengikut struktur dan ikatan

  • Na → Mg → Al: takat lebur meningkat kerana bilangan elektron dinyahsetempat (1, 2, 3) bertambah dan jejari kation berkurang, maka ikatan logam semakin kuat.
  • Si: takat lebur paling tinggi kerana struktur kovalen gergasi; banyak ikatan kovalen Si–Si yang kuat perlu dipecahkan.
  • P₄, S₈, Cl₂, Ar: takat lebur rendah kerana molekul ringkas; hanya daya van der Waals yang lemah perlu diatasi.
  • S₈ > P₄ > Cl₂ > Ar: molekul lebih besar (lebih banyak elektron) memberi daya serakan London lebih kuat.
SP 4.1.2

SP 4.1.3Explain the trend of electrical conductivities by applying the concept of band theory;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan trend kekonduksian elektrik unsur Kala 3 dengan menggunakan konsep teori jalur (band theory): jalur valens, jalur konduksi dan jurang jalur.

  1. IsiLogam: jalur bertindih
    Huraian

    Bagi Na, Mg dan Al, jalur valens bertindih dengan jalur konduksi, maka elektron bergerak bebas. Kekonduksian bertambah Na < Mg < Al kerana lebih banyak elektron dinyahsetempat bagi setiap atom.

    Contoh

    Wayar aluminium digunakan dalam kabel penghantaran kuasa kerana konduktor baik dan ringan.

  2. IsiSi semikonduktor, P hingga Ar penebat
    Huraian

    Si mempunyai jurang jalur kecil; sedikit elektron diujakan ke jalur konduksi. P, S, Cl dan Ar mempunyai jurang jalur besar, semua elektron disetempatkan, maka tidak mengkonduksi.

    Contoh

    Sekeping sulfur tidak menyalakan mentol dalam litar, tetapi silikon membenarkan arus kecil.

NotaTeori jalur (band theory)

Dalam pepejal, orbital atom bergabung membentuk jalur tenaga. Jalur valens (valence band) diisi elektron valens; jalur konduksi (conduction band) ialah jalur kosong atau separa penuh yang membolehkan elektron bergerak bebas. Jurang jalur (band gap) ialah beza tenaga antara kedua-dua jalur. Bagi logam Na, Mg dan Al, jalur valens bertindih dengan jalur konduksi, maka elektron bergerak bebas. Kekonduksian bertambah dari Na ke Al kerana bilangan elektron dinyahsetempat bagi setiap atom bertambah. Si ialah semikonduktor kerana jurang jalurnya kecil (kira-kira 1.1 eV); kekonduksiannya bertambah apabila suhu meningkat. P, S, Cl dan Ar ialah penebat kerana jurang jalur sangat besar dan semua elektron disetempatkan dalam ikatan kovalen atau atom.

SP 4.1.3SP 4.1.4

JadualPengelasan berdasarkan jurang jalur

JenisJurang jalurKesan suhuUnsur Kala 3
KonduktorTiada (jalur bertindih)Kekonduksian berkurang bila suhu naikNa, Mg, Al
SemikonduktorKecilKekonduksian bertambah bila suhu naikSi
Bukan konduktor (penebat)BesarTidak mengkonduksiP, S, Cl, Ar
SP 4.1.4SP 4.1.3

SP 4.1.4Differentiate conductor, semi-conductor and non-conductor by using band gap;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Differentiate (Membezakan)

Calon perlu membezakan konduktor, semikonduktor dan bukan konduktor (penebat) berdasarkan saiz jurang jalur (band gap) dan kesan suhu terhadap kekonduksian.

  1. IsiSaiz jurang jalur
    Huraian

    Konduktor: tiada jurang (jalur bertindih). Semikonduktor: jurang kecil (cth Si kira-kira 1.1 eV). Penebat: jurang besar sehingga elektron tidak dapat diujakan.

    Contoh

    Al konduktor, Si semikonduktor, S penebat.

  2. IsiKesan suhu
    Huraian

    Bagi semikonduktor, suhu tinggi mengujakan lebih banyak elektron merentasi jurang, maka kekonduksian bertambah. Bagi logam, getaran ion bertambah dan menghalang elektron, maka kekonduksian berkurang.

    Contoh

    Silikon yang dipanaskan mengkonduksi lebih baik; wayar kuprum panas mengkonduksi kurang baik.

Peta buih bergandaKonduktor vs penebat

Konduktor (cth Al)Jalur valens bertindih dengan jalur konduksi (tiada jurang)Kekonduksian berkurang apabila suhu naik
PersamaanMempunyai jalur valensDihuraikan oleh teori jalur
Bukan konduktor (cth S)Jurang jalur sangat besarElektron tidak dapat diujakan ke jalur konduksi
SP 4.1.4

SP 4.1.5Explain the trend of first ionisation energies;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan trend tenaga pengionan pertama merentasi Kala 3, termasuk dua penurunan kecil (Mg ke Al, P ke S).

  1. IsiTrend umum meningkat
    Huraian

    Cas nukleus berkesan bertambah dan jejari berkurang, maka elektron valens lebih sukar dikeluarkan.

    Contoh

    IE₁ Na = 496 kJ mol⁻¹, Ar = 1521 kJ mol⁻¹.

  2. IsiDua penurunan
    Huraian

    Al: elektron 3p bertenaga lebih tinggi dan dilindungi elektron 3s, maka IE₁ Al < Mg. S: elektron dikeluarkan daripada orbital 3p berpasangan; tolakan pasangan memudahkannya, maka IE₁ S < P.

    Contoh

    IE₁ Mg 738 > Al 578 kJ mol⁻¹; IE₁ P 1012 > S 1000 kJ mol⁻¹.

Poin utamaTrend tenaga pengionan pertama

  • Trend umum: meningkat dari Na ke Ar kerana cas nukleus berkesan bertambah dan jejari atom berkurang.
  • Penurunan Mg → Al: elektron Al dikeluarkan dari orbital 3p yang bertenaga lebih tinggi dan dilindungi oleh elektron 3s.
  • Penurunan P → S: elektron S dikeluarkan dari orbital 3p yang berpasangan; tolakan antara elektron berpasangan memudahkan penyingkirannya. P mempunyai susunan 3p³ separuh penuh yang stabil.
  • Ar mempunyai tenaga pengionan pertama tertinggi dalam Kala 3.
SP 4.1.5

SP 4.1.6Deduce the electronic configuration and group of unknown elements based on successive values of ionisation energies.

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Deduce (Mendeduksi)

Calon perlu mendeduksi konfigurasi elektron dan kumpulan unsur yang tidak diketahui daripada nilai tenaga pengionan berturutan dengan mengenal pasti lonjakan besar.

  1. IsiCari lonjakan besar
    Huraian

    Lonjakan besar antara IEₓ dan IEₓ₊₁ bermaksud elektron ke-(x+1) dikeluarkan daripada petala lebih dalam. Maka unsur mempunyai x elektron valens dan berada dalam Kumpulan x (blok s) atau 10 + x (blok p).

    Contoh

    IE (kJ mol⁻¹): 789, 1577, 3232, 4356, 16091: lonjakan selepas IE₄, maka 4 elektron valens, Kumpulan 14 (Si).

  2. IsiTulis konfigurasi
    Huraian

    Gabungkan bilangan elektron valens dengan kala yang diberi untuk menulis konfigurasi.

    Contoh

    Unsur Kala 3 dengan lonjakan selepas IE₁: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ (Na).

Peta alirContoh: menentukan kumpulan daripada tenaga pengionan berturutan

  1. Data unsur X (kJ mol⁻¹): IE₁ = 738, IE₂ = 1451, IE₃ = 7733, IE₄ = 10541.
  2. Kira nisbah berturutan: 1451/738 = 1.97; 7733/1451 = 5.33; 10541/7733 = 1.36.
  3. Lonjakan besar berlaku antara IE₂ dan IE₃, iaitu elektron ketiga dikeluarkan dari petala yang lebih dalam.
  4. Maka X mempunyai 2 elektron valens, iaitu Kumpulan 2.
  5. Jika X dalam Kala 3: susunan elektron 1s² 2s² 2p⁶ 3s², iaitu Mg.
SP 4.1.6

Ingat: mnemonik & kad imbas

Mnemonik

NMASPSCA
Nasi Minyak Ayam Siap Pagi Sabtu Cik Ani: Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar mengikut turutan Kala 3.

Kad imbas

Mengapa jejari atom berkurang merentasi Kala 3?
Cas nukleus berkesan bertambah, elektron pada petala sama ditarik lebih kuat
Unsur Kala 3 bertakat lebur tertinggi
Si (1410 °C) kerana struktur kovalen gergasi
Semikonduktor dalam Kala 3
Silikon, jurang jalur kecil
Dua penurunan tenaga pengionan pertama dalam Kala 3
Mg ke Al (elektron 3p) dan P ke S (elektron 3p berpasangan)
Lonjakan besar selepas IE₃ bermaksud
3 elektron valens, Kumpulan 13
Logam Kala 3 paling baik mengalirkan elektrik
Al, tiga elektron dinyahsetempat bagi setiap atom

Semak kefahaman

  1. Nyatakan maksud kesan perisai (shielding effect). (SP 4.1.1)

    Lihat jawapan

    Kesan perisai ialah pengurangan tarikan nukleus terhadap elektron valens oleh elektron dalam petala yang lebih dalam.

  2. Mengapakah silikon mempunyai takat lebur tertinggi dalam Kala 3? (SP 4.1.2)

    Lihat jawapan

    Silikon mempunyai struktur kovalen gergasi (giant covalent); banyak ikatan kovalen Si–Si yang kuat perlu dipecahkan.

  3. Menurut teori jalur (band theory), mengapakah sulfur tidak mengkonduksikan elektrik? (SP 4.1.3)

    Lihat jawapan

    Sulfur mempunyai jurang jalur (band gap) yang besar antara jalur valens dan jalur konduksi, maka elektron tidak dapat diujakan ke jalur konduksi.

  4. Bezakan konduktor dengan semikonduktor dari segi jurang jalur (band gap). (SP 4.1.4)

    Lihat jawapan

    Konduktor tiada jurang jalur kerana jalur valens dan jalur konduksi bertindih, manakala semikonduktor mempunyai jurang jalur yang kecil.

  5. Nyatakan trend umum tenaga pengionan pertama (first ionisation energy) merentasi Kala 3 dari Na ke Ar. (SP 4.1.5)

    Lihat jawapan

    Tenaga pengionan pertama secara umumnya meningkat dari Na (496 kJ mol⁻¹) ke Ar (1521 kJ mol⁻¹).

  6. Tenaga pengionan berturut-turut suatu unsur Kala 3 (kJ mol⁻¹) ialah 738, 1451, 7733 dan 10 541. Deduksikan kumpulan unsur itu. (SP 4.1.6)

    Lihat jawapan

    Lonjakan besar antara IE₂ dan IE₃, maka 2 elektron valens; unsur itu dalam Kumpulan 2 (magnesium).

18 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.

Untuk guru: cadangan aktiviti ikut aras kognitif (4)
  1. Mengingat

    Aktiviti: Murid melabel graf jejari atom dan tenaga pengionan pertama Na hingga Ar serta menyebut arah trend pada kad.

    Bukti hasil kerja: Lembaran kerja atau kuiz ringkas: ketepatan ingatan istilah dan fakta tentang sifat atom dan fizikal unsur kala 3.

    SP disasar: 4.1.1, 4.1.5 · Latihan sepadan: aras Mengingat
  2. Memahami

    Aktiviti: Berpasangan, murid menerangkan trend titik lebur Na hingga Ar berdasarkan struktur dan jenis ikatan.

    Bukti hasil kerja: Penerangan lisan dan lukisan murid tentang sifat atom dan fizikal unsur kala 3; semak ketepatan hubungan sebab dan akibat.

    SP disasar: 4.1.2 · Latihan sepadan: aras Memahami
  3. Mengaplikasi

    Aktiviti: Murid menentukan kumpulan unsur tidak dikenali daripada nilai tenaga pengionan berturutan yang diberi.

    Bukti hasil kerja: Jawapan lembaran kerja atau hasil pengiraan tentang sifat atom dan fizikal unsur kala 3; semak kaedah dan ketepatan jawapan.

    SP disasar: 4.1.6 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi
  4. Menganalisis

    Aktiviti: Dalam kumpulan, murid membezakan konduktor, semikonduktor dan bukan konduktor menggunakan teori jalur dan jurang jalur dan menganalisis kekonduksian aluminium, silikon dan sulfur.

    Bukti hasil kerja: Jadual atau peta pemikiran analisis sifat atom dan fizikal unsur kala 3; semak ketepatan kesimpulan berasaskan data atau bukti.

    SP disasar: 4.1.3, 4.1.4 · Latihan sepadan: aras Menganalisis

Cadangan ini mengikut aras kognitif hasil pembelajaran (bukan TP DSKP kerana STPM tiada TP). Buka unit dan latihan

Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 65 unit Kimia STPM untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.

Belajar & latih secara interaktifSemua unit Kimia STPM

Unit lain dalam Periodic Table: Periodicity

  1. 4.1 Atomic and physical properties of Period 3 elements
  2. 4.2 Reactions of Period 3 elements with oxygen
  3. 4.3 Acidic and basic properties of Period 3 oxides