Bagaimana Memahami Konfigurasi Elektron Atom

Konfigurasi elektronik atom adalah cara untuk menggambarkan bagaimana elektron-elektronnya disusun dalam berbagai tingkat energi dan sublevel di sekitar nukleus. Konfigurasi elektronik atom menentukan banyak sifat fisik dan kimianya, seperti bagaimana ia bereaksi dengan atom lain, bagaimana ia menghantarkan listrik, dan bagaimana ia berperilaku dalam medan magnet.

Apa itu Elektron?

Elektron adalah partikel subatom yang bermuatan negatif yang mengorbit nukleus atom. Nukleus terdiri dari proton yang bermuatan positif dan neutron yang netral. Jumlah proton dalam nukleus menentukan nomor atom suatu elemen, dan jumlah elektron dalam atom netral sama dengan jumlah proton.

Elektron memiliki massa yang sangat kecil dibandingkan dengan proton dan neutron, dan mereka bergerak sangat cepat dalam orbitnya. Orbit bukanlah jalur melingkar, tetapi wilayah ruang tempat elektron paling mungkin ditemukan. Wilayah-wilayah ini disebut orbital atau subkulit, dan mereka memiliki bentuk dan ukuran yang berbeda-beda tergantung pada tingkat energinya.

Apa itu Tingkat Energi?

Tingkat energi adalah cangkang utama atau orbit yang berisi satu atau lebih subkulit atau orbital. Tingkat energi dari sebuah orbital ditentukan oleh jaraknya dari nukleus: semakin dekat, semakin rendah energinya; semakin jauh, semakin tinggi energinya.

Tingkat energi diberi nomor dari 1 hingga 7, dimulai dari yang paling dekat dengan nukleus. Tingkat energi pertama dapat menampung hingga 2 elektron, kedua hingga 8, ketiga hingga 18, dan seterusnya. Rumus untuk menghitung jumlah maksimum elektron dalam tingkat energi adalah 2n^2, di mana n adalah nomor tingkat energi.

Apa itu Subkulit?

Subkulit adalah subdivisi dari tingkat energi yang berisi satu atau lebih orbital dengan bentuk dan energi yang sama. Subkulit dinamai dengan huruf: s, p, d, f, g, dll., yang sesuai dengan nomor kuantum orbital 0, 1, 2, 3, 4, dll. Jumlah subkulit dalam tingkat energi sama dengan nomor tingkat energi: misalnya, tingkat energi pertama memiliki satu subkulit (s), kedua memiliki dua (s dan p), ketiga memiliki tiga (s, p, dan d), dan seterusnya.

Jumlah maksimum elektron yang dapat masuk ke dalam subkulit diberikan oleh rumus 2(2l + 1), di mana l adalah nomor kuantum orbital. Misalnya, subkulit s dapat menampung hingga 2 elektron, subkulit p hingga 6, subkulit d hingga 10, dan subkulit f hingga 14.

Apa itu Orbital?

Orbital adalah wilayah ruang dalam subkulit di mana elektron dapat ditemukan dengan probabilitas tertentu. Bentuk dan ukuran orbital tergantung pada tingkat energi dan subkulitnya: misalnya, orbital s berbentuk bola, orbital p berbentuk dumbel, orbital d berbentuk klover atau kompleks, dan orbital f bahkan lebih kompleks.

Setiap orbital dapat menampung hingga 2 elektron dengan putaran yang berlawanan: satu berputar searah jarum jam dan satu berputar berlawanan arah jarum jam. Putaran adalah sifat lain dari elektron yang mempengaruhi perilaku magnetiknya.

Bagaimana Menulis Konfigurasi Elektronik Atom?

Konfigurasi elektronik atom ditulis dengan mencantumkan semua subkulit yang terisi dengan jumlah elektron dalam superscript. Misalnya, konfigurasi elektronik hidrogen (H) dengan satu elektron adalah 1s^1; konfigurasi elektronik helium (He) dengan dua elektron adalah 1s^2; konfigurasi elektronik litium (Li) dengan tiga elektron adalah 1s^2 2s^1; dan seterusnya.

Urutan di mana subkulit diisi mengikuti aturan yang disebut prinsip Aufbau atau prinsip pembangunan: elektron mengisi orbital dengan energi terendah yang tersedia terlebih dahulu sebelum bergerak ke orbital dengan energi yang lebih tinggi.

Bagaimana Menerapkan Prinsip Aufbau?

Untuk menulis konfigurasi elektronik atom menggunakan prinsip Aufbau, kita perlu mengikuti langkah-langkah berikut:

1. Mulailah dengan orbital dengan energi terendah, yaitu orbital 1s, dan isi dengan hingga dua elektron.

2. Pindah ke orbital dengan energi terendah berikutnya, yaitu orbital 2s, dan isi dengan hingga dua elektron.

3. Pindah ke orbital dengan energi terendah berikutnya, yaitu orbital 2p, dan isi dengan hingga enam elektron.

4. Lanjutkan proses ini hingga semua elektron atom ditempatkan ke orbital.

Untuk menyederhanakan penulisan konfigurasi elektron, kita dapat menggunakan notasi singkat yang menggunakan simbol gas mulia sebelumnya dalam kurung untuk mewakili elektron internal yang berada dalam konfigurasi stabil. Misalnya, alih-alih menulis 1s^2 2s^2 2p^6 untuk neon (Ne), kita dapat menulis [He] 2s^2 2p^6, di mana [He] mewakili konfigurasi helium (He).

Kita juga dapat menggunakan diagram yang disebut diagram orbital atau diagram konfigurasi elektron untuk menunjukkan distribusi elektron dalam orbital menggunakan panah atau lingkaran. Panah mewakili putaran elektron, dan mereka harus dipasangkan dengan putaran yang berlawanan dalam setiap orbital. Lingkaran mewakili elektron tanpa menunjukkan putarannya.

Apa Pengecualian dari Prinsip Aufbau?

Prinsip Aufbau bekerja dengan baik untuk sebagian besar unsur, tetapi ada beberapa pengecualian di mana elektron tidak mengisi orbital sesuai dengan tingkat energinya. Pengecualian ini terjadi karena beberapa atom lebih stabil ketika mereka memiliki subkulit yang setengah terisi atau sepenuhnya terisi, terutama di blok d dan f.

Misalnya, kromium (Cr) memiliki nomor atom 24, yang berarti ia memiliki 24 elektron. Menurut prinsip Aufbau, konfigurasi elektroniknya seharusnya [Ar] 4s^2 3d^4, di mana [Ar] mewakili konfigurasi argon (Ar). Namun, konfigurasi ini tidak sangat stabil karena subkulit 3d hanya terisi sebagian dengan empat elektron. Konfigurasi yang lebih stabil adalah [Ar] 4s^1 3d^5, di mana subkulit 4s dan 3d keduanya setengah terisi dengan satu dan lima elektron, masing-masing.

Contoh lainnya adalah tembaga (Cu), yang memiliki nomor atom 29 dan 29 elektron. Menurut prinsip Aufbau, konfigurasi elektroniknya seharusnya [Ar] 4s^2 3d^9, di mana [Ar] mewakili konfigurasi argon (Ar). Namun, konfigurasi ini tidak sangat stabil karena subkulit 3d hanya terisi sebagian dengan sembilan elektron. Konfigurasi yang lebih stabil adalah [Ar] 4s^1 3d^10, di mana subkulit 4s dan 3d keduanya sepenuhnya terisi dengan satu dan sepuluh elektron, masing-masing.

Ada pengecualian lain dari prinsip Aufbau di logam transisi (blok d) dan lantanida serta aktinida (blok f). Untuk mengidentifikasi pengecualian ini, kita perlu melihat konfigurasi elektronik yang diamati dan membandingkannya dengan yang diprediksi berdasarkan tingkat energinya.

Mengapa Konfigurasi Elektronik Atom Penting?

Konfigurasi elektronik atom penting karena menentukan banyak sifat fisik dan kimianya. Misalnya:

• Jumlah elektron valensi, yang merupakan elektron di kulit terluar atau subkulit, mempengaruhi bagaimana atom membentuk ikatan dengan atom lain. Atom cenderung mendapatkan atau kehilangan elektron untuk mencapai konfigurasi stabil delapan elektron valensi (atau dua untuk hidrogen dan helium), yang disebut aturan oktet. Aturan ini menjelaskan mengapa atom membentuk ion, ikatan kovalen, atau ikatan logam.