Apa yang dimaksud konfigurasi elektron pada tiap subkulit elektron?

Lihat Foto

Konfigurasi elektron

KOMPAS.com - Model atom mekanika kuantum menyatakan bahwa elektron berada pada orbital-orbital atom.

Atom-atom tersebut menempati orbital sesuai dengan susunannya, atau yang disebut sebagai konfigurasi elektron.

Aturan dalam konfigurasi elektron terdiri dari tiga yakni Prinsip Aufbau, Aturan Hund, dan Larangan Pauli.

Prinsip Aufbau

Dilansir dari Encyclopaedia Britannica, Prinsip Aufbau dikemukaan oleh fisikawan Denmark bernama Niels Bohr pada tahun 1920.

Baca juga: Model Atom Bohr

Prinsip Aufbau menyatakan bahwa pada kondisi dasar, elektron akan menempati kulit elektron dengan energi yang lebih rendah menuju energi yang lebih tinggi. Prinsip Aufbau digambarkan dalam diagram berikut:

Pada gambar terlihat bahwa konfigurasi elektron dengan Prinsip Aufbau bergantung pada penjumlahan bilangan kuantum utama (n) dan bilangan kuantum azimuth (l).

Urutan energi orbital atom dari yang paling rendah ke yang paling tinggi adalah 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, dan seterusnya.

Maka elektron akan menempati sub kulit 1s terlebih dahulu baru menempati sub kulit 2s.

Pada subkulit s hanya dapat ditempati oleh 2 elektron. Pada subkulit p hanya dapat ditempati 6 elektron. Pada sub kulit d hanya dapat ditempati 10 elektron, dan pada kulit f hanya dapat ditempati 14 elektron.

Baca juga: Model Atom Mekanika Kuantum

Pengertian konfigurasi elektron adalah sebuah cabang ilmu dalam kimia. Konfigurasi elektron berisi susunan penyebaran elektronnya dalam kulit ataupun orbital sebuah atom.

Elektron satu ini sangat patuh terhadap hukum mekanika kuantum serta memiliki sifat layaknya partikel ataupun gelombang.

Baca Juga: Sejarah Penemuan Elektron, Partikel Subatomik yang Bermuatan Negatif

Keberadaan konfigurasi elektron sangat berfungsi untuk berbagai macam hal. Salah satunya adalah untuk mengetahui golongan dan periode dari suatu atom.

Pada dasarnya, pada ateri ini kamu akan belajar untuk menampilkan jumlah elektron pada setiap sub level.

Sebagai contoh, sub level pertama berawal dengan 1s, maka selanjutnya akan 2s, 2p, 3s dan seterusnya.

Semua elektron di dalam orbital tersebut juga dapat berpindah sendiri. Ada beberapa aturan khusus untuk menentukan konfigurasi elektron.

Tokoh yang ada di balik prinsip ini adalah Niels Bohr. Ia merupakan seorang fisikawan asal Denmark.

Bohr menjelaskan bahwa tiap elektron bisa menempati orbital secara bertahap dari subkulit energi yang paling rendah ke lebih tinggi.

Friedrich Hund yang merupakan seorang ahli kimia asal Jerman mengemukakan aturan konfigurasi elektron selanjutnya.

Menurutnya, sebuah elektron akan menempati subkulit mereka sendiri-sendiri namun dengan nilai kuantum spin yang sama.

Itu artinya, setiap elektron tidak akan memiliki pasangan sebelum orbital mereka terisi masing-masing satu elektron.

Tokoh lainnya yang ikut menentukan aturan konfigurasi elektron adalah Wolfgang Pauli. Ia berpendapat bahwa di dalam setiap sistem atom atau molekul tidak mungkin ada dua elektron yang memiliki keempat bilangan kuantum (n, I, m, dan s) =sama.

Jika dua elektron menempati orbital sama, maka bilangan kuantum spin dua elektron harus berbeda.

Baca Juga: Pengertian Elektron Valensi, Karakteristik, Serta Penerapannya

Teori Konfigurasi Elektron

Pada pengertian konfigurasi elektron, terdapat teori pertama yang disampaikan oleh Niels Bohr.

Teori ini menyebut bahwa setiap lintasan elektron bernama kulit elektron. Jumlah elektron di dalamnya sangat maksimal.

Pengisian elektron dalam teori ini mulai dari tingkat energi (kulit) paling rendah ke paling tinggi. Jumlah maksimal untuk kulit elektron tempati dapat menggunakan rumus 2.n2.

Baca Juga: Perbedaan Proton dan Elektron yang Jelas Bertolak Belakang

Dalam teori kedua ini, elektron pada atom akan bergerak mengelilingi inti di kulit atom. Kulit atom meliputi subkulit. Hal ini berisi bilangan kuantum (orbital s, p, d, dan f).

Dalam model mekanika kuantum, penulisan konfigurasi elektron bisa menggunakan diagram orbital yang sudah memiliki aturan penentuan konfigurasi elektron berdasarkan orbitalnya menggunakan lambang kotak.

• 1 kotak untuk subkulit s
• 3 kotak untuk subkulit p
• 5 kotak untuk subkulit d
• 7 kotak untuk subkulit f

Model mekanika kuantum memiliki empat bilangan kuantum. Bilangan tersebut mewakili letak elektron-elektron suatu atom.

Bilangan dalam teori kuantum di pengertian konfigurasi elektron meliputi kuantum utama (n), magnetik (m), spin (s) juga azimuth (I). (R10/HR-Online)

Konfigurasi elektron adalah susunan penyebaran (pengisian) elektron-elektron dalam. Seperti yang telah dibahas dalam bab Struktur Atom, di dalam atom terdapat partikel subatomik neutron dan proton yang terdapat pada inti atom, dan elektron yang bergerak mengelilingi inti atom tersebut pada kulit-kulit elektron (level-level energi) yang tertentu.

Lintasan peredaran elektron ini disebut juga kulit elektron. Kulit pertama yang terdekat dengan inti atom disebut kulit K, kemudian kulit kedua disebut kulit L, kulit ketiga disebut kulit M, dan seterusnya berurut berdasarkan alfabet sebagaimana kulit menjauhi inti atom. Kulit elektron ini juga dapat dinyatakan dengan bilangan kuantum utama (n), dimulai dari 1 untuk kulit K, 2 untuk kulit L, dan seterusnya.

Semakin besar nilai n, semakin jauh kulit elektron dari inti atom dan semakin besar energi elektron yang beredar di kulit terkait. Elektron-elektron akan mengisi kulit-kulit elektron pada atom dimulai dari kulit K yang merupakan level energi terendah. Setiap kulit elektron hanya dapat terisi sejumlah tertentu elektron. Jumlah maksimum elektron yang dapat terisi pada kulit elektron ke-n adalah 2n2. Namun, jumlah maksimum elektron pada kulit terluar dari suatu atom adalah 8.

Lebih jelasnya, perhatikan ilustrasi pada Gambar 1 dan Tabel 1.

Gambar 1. Ilustrasi konfigurasi elektron atom Li, B, O, Ne, Na, dan K berdasarkan kulit elektron

(Sumber: Spencer, James N., Bodner, George M., & Rickard, Lyman H. 2011. Chemistry: Structure and Dynamics (5th edition). New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.)

Untuk atom unsur golongan transisi, konfigurasi elektron nya tidak dapat ditentukan dengan metode penentuan berdasarkan kulit elektron untuk atom unsur golongan utama seperti di atas. Penentuan konfigurasi elektron atom unsur golongan transisi didasarkan pada orbital atom. Setiap orbital dalam atom akan ditandai dengan satu set nilai bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimuth (l), dan bilangan kuantum magnetik (m) yang khusus. Lalu, setiap orbital maksimum terisi 2 elektron, yang masing-masing memiliki bilangan kuantum spin (s) tersendiri. Keempat bilangan kuantum tersebut digunakan untuk men-‘deskripsi’-kan energi elektron, sebagaimana seperti ‘alamat’ elektron dalam sebuah atom untuk menemukan keberadaan elektron dalam atom tersebut.

Bilangan kuantum utama (n) mendeskripsikan ukuran dan tingkat energi orbital. Nilai n yang diperbolehkan adalah bilangan bulat positif. Bilangan kuantum azimuth (l) mendeskripsikan bentuk orbital. Nilai l yang diperbolehkan adalah bilangan bulat dari 0 hingga n−1. Bilangan kuantum magnetik (m) mendeskripsikan orientasi orbital. Nilai m yang diperbolehkan adalah bilangan bulat dari −l hingga +l.

Bilangan kuantum spin (s) mendeskripsikan arah spin elektron dalam orbital. Nilai s yang diperbolehkan adalah +½ atau−½.

Aturan penentuan konfigurasi elektron berdasarkan orbital:

1. Asas Aufbau: Elektron menempati orbital-orbital dimulai dari tingkat energi yang terendah, dimulai dari 1s, 2s, 2p, dan seterusnya seperti urutan subkulit yang terlihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Urutan tingkat energi subkulit
(Sumber: Spencer, James N., Bodner, George M., & Rickard, Lyman H. 2011. Chemistry: Structure and Dynamics (5th edition). New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.)

2. Asas larangan Pauli: Tidak ada dua elektron dalam satu atom yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama. Setiap orbital maksimum diisi oleh 2 elektron yang memiliki spin yang berlawanan.

3. Kaidah Hund: Jika ada orbital dengan tingkat energi yang sama, konfigurasi elektron dengan energi terendah adalah dengan jumlah elektron tak berpasangan dengan spin paralel yang paling banyak.

Gambar 3. Diagram orbital dan konfigurasi elektron berdasarkan orbital dari 10 unsur pertama
(Sumber: Gilbert, Thomas N.et al. 2012. Chemistry: The Science in Context (3rd edition). New York: W. W. Norton & Company, Inc.)

Contoh Soal Konfigurasi Elektron

Tentukan konfigurasi elektron dan jumlah elektron dalam setiap kulit elektron atom unsur berikut.

a. Ni (Z = 28)                                                   b. Sr(Z = 38)

Jawab:

1. Ni (Z = 28) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8 atau [Ar] 4s2 3d8; K = 2 ; L = 8 ; M = 16 ; N = 2
2. Sr (Z = 38) : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d104p6 5s2atau [Kr] 5s2; K = 2 ; L = 8 ; M = 18 ; N = 8 ; O = 2

Berdasarkan eksperimen, terdapat anomali konfigurasi elektron dari aturan-aturan di atas. Subkulit d memiliki tendensi untuk terisi setengah penuh atau terisi penuh. Contohnya, Cr (Z = 24) : [Ar] 4s1 3d5 lebih stabil dibanding [Ar] 4s2 3d4 ; dan juga Cu (Z = 29) : [Ar] 4s1 3d10 lebih stabil dibanding [Ar] 4s2 3d9.

Untuk ion monoatomik (seperti Na+, K+, Ca2+, S2-, Br–) dapat ditentukan dari konfigurasi elektron atom netralnya terlebih dahulu. Pada kation (ion bermuatan positif) monoatomik Ax+ yang bermuatan x+, sebanyak x elektron dilepas (dikurangi) dari kulit elektron terluar atom netral A. Pada anion (ion bermuatan negatif) monoatomik By– yang bermuatan y-, sebanyak y elektron ditangkap (ditambahkan) pada orbital level energi terendah yang masih belum penuh oleh elektron.

Referensi Konfigurasi Elektron

– Cracolice, Mark S. & Peters, Edward I. 2011. Introductory Chemistry: An Active Learning Approach (4th edition). California: Brooks/Cole, Cengage Learning.
– Earl, Bryan & Wilford, Doug. 2014. Cambridge IGCSE® Chemistry (3rd edition). London: Hodder Education.
– Gilbert, Thomas N. et al. 2012. Chemistry: The Science in Context (3rd edition). New York: W. W. Norton & Company, Inc.
– McMurry, John. et al. 2013.Fundamentals of General, Organic, and Biological Chemistry (7th edition). Illinois: Pearson Education, Inc.
– Petrucci, Ralph H. et al. 2011. General Chemistry: Principles and Modern Applications (10th edition). Toronto: Pearson Canada Inc. – Purba, Michael. 2006. Kimia 1A untuk SMA Kelas X. Jakarta: Erlangga. – Purba, Michael. 2006. Kimia 2A untuk SMA Kelas XI. Jakarta: Erlangga.

– Silberberg, Martin S. 2009. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change(5th edition). New York: McGraw Hill

– Spencer, James N., Bodner, George M., & Rickard, Lyman H. 2011. Chemistry: Structure and Dynamics (5th edition). New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.

Judul artikel: Konfigurasi Elektron Kontributor: Nirwan Susianto, S.Si.

Alumni Kimia UI

Materi StudioBelajar.com lainnya:

1. Struktur Atom
2. Reaksi Reduksi Oksidasi
3. Stoikiometri