Struktur Elektron Atom Polielektron

1.    Konfigurasi Elektron

Konfigurasi elektron adalah distribusi elektron dari atom atau molekul pada sebuah orbital. Konfigurasi elektron menggambarkan elektron yang bergerak secara bebas dalam suatu orbital. Seperti halnya dengan atom hidrogen, pada atom polielektron, tiap orbital dicirikan oleh seperangkat bilangan kuantum n,l,m,dan s. Bilangan kuantum ini mempunyai makna fisik sama dnegan yang dibahas pada atom hidrogen. Perbedaannya terletak pada distribusi radial atau jarak orbital dari inti. Akibatnya, tingkat energi orbital-orbital pada atom polielektron berbeda dengan tingkat energi pada atom elektron tunggal (atom hidrogen). Pada atom hidrogen, setiap orbital dengan nilai bilangan kuantum utama sama, mempunyai tingkat-tingkat energi sama atau tingkat energi terdegenerasi. Contohnya, orbital 2s dan 2p memiliki tingkat energi yang sama. Demikian pula untuk orbital 3s, 3p, dan 3d.

            Pada atom polielektron, tingkat energi orbital selain ditentukan oleh harga n juga ditentukan oleh harga l, sehingga untuk nilai bilangan kuantum utama sama, tingkat energi untuk bilangan kuantum azimut berbeda. Akibatnya, tingkat energi orbital 2s berbeda dengan orbital 2p, demikian pula orbital 3s berbeda dengn 3p, dan 3d.
Perbedaan tingkat energi elektron pada atom polielektron dengn atom berelektron tunggal ditunjukan pada gambar dibawah ini.

 

Pada atom polielekron tampak bahwa orbital 2s memiliki peluang lebih tinggi ditemukan di dekat ke inti dibandingkan elektron dalam orbital 2p. Dengan kata lain, orbital 2s lebih menembus dibandingkan orbital 2p. Dilain pihak, elektron pada orbital 1s dapat memerisai elektron yang berada pada posisi lebih luar dari tarikan inti (2s,2p,dst) akibat ada bakutolak antar elektron. Oleh sebab itu, dalam atom polielektron, orbital 2s dan 2p tidak lagi terdegenerasi sebagaimana pada atom hidrogen.

 

A.   Penulisan Konfigurasi  Elektron

Konfigurasi elektron atom adalah suatu cara untuk menggambarkan sebaran elektron dalam orbital menurut tingkat energinya. Hal yang perlu diperhatikan dalam penulisan konfigurasi elektron atom polielektron adalah aturan yang telah ditetapkan, seperti prinsip aufbau, laragan Pauli, dan aturan Hund.

           Konfigurasi elektron yang pertama kali diusulkan adalah Model Atom Bohr, dan masih umum tentang kulit dan subkulit. Yang dimaksud kulit dalam konfigurasi elektron adalah himpunan elektron yang dapat menempati bilangan kuantum utama (n) yang sama. Atom ke n dapat menampung 2n² elektron . contoh : jika kulit pertama dapat menampung 2 elektron, kulit kedua 8 elektron, dan kulit ketiga 18 elektron. Sedangkan yang dimaksud subkulit adalah sejumlah elektron yang mempunyai bilangan kuantum azimut l dalam sutu kulit. Nilai –nilai l = 0,1,2,3 melambangkan s,p,d dan f. Masing – masing  subkulit maksimum dapat diisi dengan 2(2l+1) elektron. Dengan demikian, s berisi maksimum 2 elektron, p berisi maksimum 6 elektron, d berisi maksimum 10 elektron, dan f berisi maksimum 14 elektron.

B.   Prinsip Membangun ( Aufbau)

Aufbau berarti membangun. Menurut prinsip Aufbau ini elektron di dalam suatu atom akan berada dalam kondisi yang stabil bila mempunyai energi yang rendah, sedangkan elektron-elektron akan berada pada orbital-orbital yang bergabung membentuk subkulit. Jadi, elektron mempunyai kecenderungan akan menempati subkulit yang tingkat energinya rendah.

Secara kasar besarnya tingkat energi dari suatu subkulit dapat diketahui dari nilai bilangan kuantum utama (n) dan bilangan kuantum azimut (l) dari orbital tersebut. Dapat dilihat pada tabel berikut :

 

Secara umum, orbital yang mempunyai harga n+l lebih besar akan mempunyai tingkat energi yang lebih tinggi, dan sebaliknya bila n+l kecil tingkat energinya juga kecil. Untuk harga n+l yang sama, maka orbital dengan harga n lebih besar akan mempunyai tingkat energi yang besar. Berdasarkan tabel di atas, maka urutan tingkat energi dari yang paling rendah ke yang paling tinggi adalah sebagai berikut :

 

Menurut asas AufBau, pada kondisi normal atau pada tingkat dasar, elektron akan menempati orbital yang memiliki energy terendah terlebih dahulu dan diteruskan ke orbital yang memiliki energi lebih tinggi. Untuk memudahkan dalam pengisian electron diberikan tahap-tahap pengisian elektron dengan menggunakan jembatan ingatan sebagai berikut;

 

Arah anak panah menyatakan urutan pengisian orbital. Dengan demikian urutan pengisian elektron berdasarkan gambar tersebut berurut-urut 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, dan seterusnya. Pengisian elektron harus satu persatu dan setiap orbital hanya boleh diisi oleh maksimal 2 elektron.

A.   Prinsip Larangan Pauli

Ada suatu aturan berkaitan bilangan kuantum spin. Menurut Wolfgang Pauli, tidak ada elektron di dalam atom yang mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama. Makna dari larangan Pauli adalah, jika dua elektron menempati orbital sama, yakni n,l,m sama, maka kedua elektron ini harus berbeda dalam bilangan kuantum spinnya.

Dua elektron yang mempunyai bilangan kuantum utama, azimuth, dan magnetik yang sama dalam satu orbital, harus mempunyai spin yang berbeda. Kedua elektron tersebut berpasangan.

Setiap orbital mampu menampung maksimum dua elektron. Untuk mengimbangi gaya tolak-menolak di antara elektron-elektron tersebut, dua elektron dalam satu orbital selalu berotasi dalam arah yang berlawanan.

Subkulit s (1 orbital) maksimum 2 elektron

Subkulit p (3 orbital) maksimum 6 elektron

Subkulit d (5 orbital) maksimum 10 elektron

Subkulit f (7 orbital) maksimum 14 elektron

B.   Aturan Hund

Untuk menyatakan distribusi elektron-elektron pada orbital-orbital dalam suatu subkulit, konfigurasi elektron dapat dituliskan dalam bentuk diagram orbital. Suatu orbital dilambangkan dengan strip, sedangkan dua elektron yang menghuni satu orbital dilambangkan dengan dua anak panah yang berlawanan arah. Jika orbital hanya mengandung satu elektron, anak panah dituliskan mengarah ke atas. Dalam kaidah Hund, dikemukakan oleh Friedrich Hund (1894 – 1968) pada tahun 1930, disebutkan bahwa elektron-elektron dalam orbital-orbital suatu subkulit cenderung untuk tidak berpasangan. Elektron-elektron baru berpasangan apabila pada subkulit itu sudah tidak ada lagi orbital kosong.

Daftar Pustaka

Yayan, Sunarya. Kimia Dasar 1. Cetakan 1. Bandung: Yrama Widya, 2010