Unsur dan Periodisitas

Unsur-unsur didapatkan dalam berbagai wujud dan dapat berupa atom, ion, serta senyawa.  Suatu unsur dapat memiliki beberapa isotop dengan nomor atom yang sama.  Bila unsur-unsur dikelompokkan atas dasar kemiripan sifat, baik sifat atom maupun senyawanya, dihasilkanlah sistem periodik. Kimia telah mencapai perkembangan yang sangat cepat dalam usaha memahami sifat semua unsur. Sistem periodik unsur telah memainkan peran yang sangat  penting dalam penemuan zat baru, serta klasifikasi dan pengaturan hasil akumulasi pengetahuan kimia. Sistem periodik merupakan tabel terpenting dalam kimia dan memegang peran kunci dalam perkembangan sains material. Berdasarkan jenis penyusunan atomiknya senyawa anorganik diklasifikasikan atas senyawa molekular dan padatan.
1.1   Asal-usul dan distribusi unsur
Semua zat di alam ini tersusun atas unsur-unsur. Menurut teori yang saat ini diterima, hidrogen dan helium dihasilkan pertama sekali sesaat setelah  Big Bang, kira-ira 15 juta tahun lalu. Selanjutnya, unsur-unsur dengan nomor atom lebih kecil dari  26 (sebelum besi dalam sistem periodik) dibentuk oleh fusi inti dalam bintang-bintang muda, unsur-unsur yang lebih berat dihasilkan oleh reaksi inti yang rumit yang menyertai pembentukan dan peluruhan bintang.  Di alam semesta, kelimpahan hidrogen dan helium sangat besar, hidrogen (77 % massa) dan helium (21 % massa) dan semua unsur lain hanya sekitar 2%.  Urutan unsur-unsur berdasarkan kelimpahannya adalah sebagai berikut:

Subskrip menunjukkan nomor atom, sedang superkripnya menunjukkan nomor massanya.
1.2  Penemuan unsur
Keyakinan yang sudah lama ada, yakni bahwa semua zat terdiri atas atom, dilihat dari rentang waktu sejarah baru saja dibuktikan; walaupun unsur-unsur, seperti karbon, belerang, besi, tembaga, perak, emas, raksa, timbal, dan timah, telah lama dianggap berperilaku mirip atom. Tepatnya apa yang menyusun unsur telah dikenali dengan tumbuhnya kimia modern sejak masa alkemi, dan sekitar 25 unsur telah dikenal di abad ke-18. Sekitar 60 unsur telah dikenali di pertengahan abad ke-19, dan periodisitasnya telah diamati pula.
Unsur teknesium (Z = 43), yang “hilang” dari  sistem periodik disintesis dengan reaksi inti Mo tahun 1937, dan unsur terakhir yang tidak ditemukan prometium (Z = 61) didapatkan dalam produk fisi uranium di tahun 1947.  Neptunium (Z = 93), unsur dengan nomor atom lebih besar dari uranium (Z = 92), disintesis pertama sekali tahun 1940.  Kini ada 103 unsur yang telah diberi nama. Walaupun keberadaan unsur dengan Z = 104 – 111  telah dikonfirmasi, unsur-unsur ini tidak signifikan dalam kimia anorganik, karena
sampai saat ini  unsur-unsur ini baru diproduksi dalam jumlah yang sangat kecil. Semua unsur trans-uranium bersifat radioaktif,  dan beberapa unsur dengan nomor atom lebih kecil dari Z = 92, yakni teknesium, prometium, dan unsur-unsur setelah polonium juga bersifat radioaktif. Waktu paruh (lihat bagian 7.2) polonium, astatin, radon, aktinium, dan protoaktinium sangat pendek.  Sejumlah teknesium ⁹⁹Tc yang cukup telah didapatkan dari produk fisi.  Karena unsur ini radioatf, penanganan ⁹⁹Tc cukup sukar, sama seperti isotop radioaktif lain, dan akibatnya kimia unsur ini kurang berkembang dibandingkan kimia mangan dan renium yang segolongan.
Unsur ekivalen dengan alfabet dalam bahasa, semua zat terbuat dari kombinasi unsur, persis dengan semua kalimat yang mungkin hanya tersusun dari 26 huruf dalam alfabet.
1.3  Struktur elektron unsur
Fungsi gelombang elektron dalam atom disebut orbital atom.  Orbital atom diungkapkan dengan menggunakan tiga bilangan kuantum; bilangan kuantum utama, n; bilangan kuantum azimut, l; dan bilangan kuantum magnetik, m_l.  Untuk setiap bilangan kuantum utama n, terdapat n bilangan kuantum azimut dari nilai 0 sampai n-1, dan masing-masing berkaitan dengan orbital berikut:
l : 0, 1, 2, 3, 4, …
s, p, d, f, g, …
Suatu orbital atom diungkapkan dengan kombinasi n dan  l.  Misalnya, n = 3 dan  l = 2 untuk orbital 3d.  Terdapat 2l+1 nilai ml untuk setiap nilai l, yakni l, l-1, l-2, …, -l.  Akibatnya terdapat satu orbital  s, tiga orbital  p, lima orbital d dan tujuh orbital  f.  Tiga bilangan kuantum yang telah disebutkan tadi digunakan untuk mengungkapkan  distribusi elektron dalam atom yang setipe dengan hidrogen, dan bilangan kuantum lain m_s (1/2, -1/2) yang mendeskripsikan arah spin elektron diperlukan untuk secara lengkap mendeskripsikan keadaan elektron.  Jadi keadaan elektron didefinisikan dengan empat bilangan kuantum (n, l, m_l, m_s).  Fungsi gelombang ψ yangmenentukan bentuk orbital dapat diungkapkan sebagai hasil kali fungsi gelombang radial R dan fungsi gelombang angular Y:

R merupakan fungsi jarak dari inti, Y mengungkapkan komponen sudut orbital. Bentuk orbital ditunjukkan di Gambar 1.1. Karena kebolehjadian keberadaan elektron sebanding dengan kuadrat fungsi gelombang, peta kerapatan elektron mirip dengan fungsi gelombangnya. Syarat berikut harus dipenuhi bila setiap orbital diisi elektron.