Kaidah Penentuan Konfigurasi Elektron

Materi: struktur atom
Kaidah Penentuan Konfigurasi Elektron. Konfigurasi elektron menggambarkan susunan elektron dalam orbital-orbital atom. Dengan mengetahui konfigurasi elektron, jumlah elektron pada kulit terluar dapat ditentukan. Banyaknya jumlah elektron terluar dari suatu atom menentukan sifat-sifat kimia suatu unsur. Berikut ini ada beberapa kaidah yang harus diketahui pada penentuan konfigurasi elektron, yaitu: prinsip Aufbau, kaidah Hund, dan azas larangan Pauli.

Prinsip Aufbau

       Pada uraian sebelumnya, telah diketahui bahwa elektron menempati kulit atom berdasarkan tingkat energinya. Dengan demikian, pengisian elektron dimulai dari tingkat energi terendah menuju tingkat energi yang lebih tinggi. Prinsip ini dikenal dengan prinsip Aufbau. Keadaan ketika elektron mengisi kulit dengan energi terendah disebut keadaan dasar (ground state). Urutan pengisian elektron dapat kalian perhatikan pada gambar berikut ini:

Gambar: urutan tingkat energi

       Urutan orbital berdasarkan tingkat energi mengacu pada urutan arah panah, yaitu 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, dan seterusnya. Dari urutan tersebut terlihat bahwa tingkat energi 3d lebih besar dibandingkan tingkat energi 4s. Jadi, setelah 3p penuh, elektron akan mengisi subkulit 4s terlebih dahulu sebelum subkulit 3d.

       Pada saat pengisian elektron, subkulit dengan tingkat energi terendah diisi penuh terlebih dahulu, kemudian sisa elektron akan menempati subkulit dengan tingkat energi lebih tinggi. Misalnya, pada atom hidrogen, elektron terletak pada subkulit 1s. jadi, orbital ini mempunyai tingkat energi paling rendah. Karena atom hidrogen mempunyai satu elektron, maka kita tulis 1s$^1$ untuk menunjukkan konfigurasi atom hidrogen.

Contoh soal:
Tentukan konfigurasi elektron unsur-unsur berikut berdasarkan prinsip Aufbau!
1. $_{11}$Na
2. $_{15}$P
3. $_{26}$Fe
4. $_{36}$Kr
Jawab:
1. 1s$^2$ 2s$^2$ 2p$^6$ 3s$^1$
2. 1s$^2$ 2s$^2$ 2p$^6$ 3s$^2$ 3p$^3$
3. 1s$^2$ 2s$^2$ 2p$^6$ 3s$^2$ 3p$^6$ 4s$^2$ 3d$^6$
4. 1s$^2$ 2s$^2$ 2p$^6$ 3s$^2$ 3p$^6$ 4s$^2$ 3d$^{10}$ 4p$^6$

Aturan Hund

Hund menyatakan bahwa elektron yang mengisi subkulit dengan jumlah orbital lebih dari satu akan tersebar pada orbital yang mempunyai kesamaan energi (equa-energy orbital) dengan arah putaran spin yang sama.

       Subkulit yang mengandung orbital lebih dari satu adalah orbital p, d, dan f. pengisian elektron menurut Aturan Hund dimulai dengan mengisi satu elektron pada tiap-tip orbital dengan arah putaran (spin) yang sama. Setelah semua orbital terisi satu elektron, elektron sisanya akan mengisi orbital dengan arah putaran (spin) yang berlawanan, sehingga orbital terisi pasangan elektron.

Contoh:
Tentukan diagram orbital untuk unsur-unsur berikut ini:
1. $_7$N
2. $_9$F
3. $_{24}$Cr
Jawab:

Konfigurasi elektron Cr menurut aturan Hund berbeda dengan konfigurasi elektron hasil percobaan. Berdasarkan percobaan, konfigurasi $_{24}Cr = (Ar) \, 3d^5 \, 4s^1 \, $ sehingga diagram orbitalnya adalah:

Ternyata subkulit d lebih stabil pada keadaan tepat terisi penuh atau tepat setengah penuh. Atom $_{24}$Cr lebih stabil dengan subkulit d terisi tepat setengah penuh.

Azas Larangan Pauli

       Pauli menyatakan bahwa tidak ada dua elektron dalam satu atom yang mempunyai keempat bilangan kuantum sama. Pernyataan tersebut dikenal dengan Larangan Pauli. Jika ada dua elektron mempunyai nilai n, l, dan m sama, maka nilai s-nya harus berbeda. Pasangan elektron dalam satu orbital dinyatakan dengan diagram orbital berikut:

Karena satu orbital hanya ditempati dua elektron, maka 2 elektron tersebut dibedakan berdasarkan arah putaran (spin) yang berbeda atau dapat dinyatakan bahwa elektron itu mempunyai bilangan kuantum spin berbeda.

Contoh:
1. Tentukan bilangan kuantum dan diagram orbital dari atom-atom berikut:
a. $_{19}$K
b. $_{20}$Ca
Jawab:

2. Tuliskan konfigurasi electron atom-atom berikut:
a. $_{22}$Ti
b. $_{13}$Al
c. $_{29}$Cu
Jawab:
a. Ada beberapa cara menuliskan konfigurasi elektron dari atom $_{22}$Ti, yaitu:
(i). $_{22}Ti = 1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^6 \, 4s^2 \, 3d^2$
(ii). $_{22}Ti = 1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^6 \, 3d^2 \, 4s^2 $
(iii). $_{22}Ti = (Ar) \, 3d^2 \, 4s^2$
       Penulisan konfigurasi elektron atom Ti (i) berdasarkan prinsip Aufbau, yaitu pengisian orbital dimulai dari tingkat energi terendah menuju tingkat energi tertinggi. Penulisan konfigurasi (ii) ditulis dengan mengurutkan orbital-orbital pada subkulit terendah diikuti dengan orbital-orbital subkulit berikutnya. Sedangakan pada penulisan konfigurasi elektron (iii) disingkat dengan menggunakan konfigurasi elektron gas mulia yang stabil. Dalam hal ini adalah 18 Ar.

b. Penulisan konfigurasi atom $_{13}$Al yaitu:
(i). $_{13}Al = 1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^1$
(ii). $_{13}Al = (Ne) \, 3s^2 \, 3p^1$
       Penulisan konfigurasi elektron atom (i) berdasarkan prinsip Aufbau. Sedangkan penulisan konfigurasi elektron (ii) disingkat menggunakan konfigurasi elektron gas mulia yang stabil.

c. Penulisan konfigurasi electron dari atom $_{29}$Cu, yaitu:
(i). $_{29}Cu = 1s^2 \, 2s^2 \, 2p^6 \, 3s^2 \, 3p^6 \, 4s^2 \, 3d^9$
(ii). $_{29}Cu = (Ar) \, 4s^1 \, 3d^{10} $
       Penulisan konfigurasi elektron atom (i) berdasarkan prinsip Aufbau, tetapi terdapat penyimpangan berdasarkan percobaan, yaitu pengisian elektron pada subkulit d yang tepat terisi penuh atau tepat setengah penuh lebih stabil, sehingga konfigurasinya seperti pada (ii) dan disingkat menggunakan konfigurasi elektron gas mulia yang stabil.

       Demikian pembahasan materi Kaidah Penentuan Konfigurasi Elektron dan contoh-contohnya. Silahkan juga baca materi lain yang berkaitan dengan bentuk dan orientasi orbital.