Materi Kimia Kelas X: Konfigurasi Elektron (Asas Aufbau, Asas Larangan Pauli, Asas Kaidah Hund, Penyimpangan Konfigurasi Elektron)

Pernahkan Anda melihat reaksi kimia yang menghasilkan warna-warna menarik? Tahukah Anda bahwa tidak semua zat kimia menghasilkan warna yang menarik? Warna yang menarik hanya dihasilkan oleh zat-zat yang memiliki konfigurasi elektron dan orbital atom tertentu. Jadi apa yang dimaksud dengan konfigurasi elektron?

Konfigurasi elektron merupakan gambaran distribusi elektron-elektron di antara berbagai orbital dalam atom atau molekul. Konfigurasi elektron dibagi menjadi dua, yaitu konfigurasi elektron berdasarkan kulit dan konfigurasi elektron berdasarkan subkulit.

1. Konfigurasi Elektron Berdasarkan Kulit

Menurut teori atom model Bohr, struktur atom digambarkan memiliki inti yang terdiri atas atom bermuatan positif yang disebut proton dan neutron, yang dikelilingi oleh elektron bermuatan negatif pada lintasan-lintasan tertentu berdasarkan tingkat energinya. Lintasan-lintasan tersebut disebut juga sebagai kulit atom. Setiap atom memiliki kapasitas maksimum untuk dapat ditempati oleh elektron. Semakin besar nomor kulit atom, maka semakin besar kapasitas atom untuk menampung elektron. Pengisian konfigurasi elektron berdasarkan kulit dimulai dari tingkat energi (kulit) yang paling rendah yaitu kulit K yang merupakan kulit pertama (n=1), kemudian dilanjutkan dengan kulit L yang merupakan kulit kedua (n=2) apabila kulit K sudah terisi penuh, dan seterusnya. Menurut Bohr, jumlah elektron maksimum yang dapat menempati setiap kulit atom dapat dihitung dengan menggunakan rumus.

Jumlah elektron maksimum = 2n, dimana n sebagai nomor kulit.

Kulit K (n=1) jumlah maksimal elektron yang ditampung 2. 1 = 2 elektron

Kulit L (n=2) jumlah maksimum elektron yang ditampung 2. 2 = 8 elektron

Kulit M (n=3) jumlah maksimum elektron yang ditampung 2. 3 = 16 elektron

Kulit N (n=4) jumlah maksimum elektron yang ditampung 2. 4 = 32 elektron

Kulit O (n=5) jumlah maksimum elektron yang ditampung 2. 5 = 50 elektron

Selain aturan jumlah maksimum elektron yang menempati setiap kulit atom, terdapat aturan lain yang menyatakan bahwa 8 elektron merupakan maksimum jumlah pada kulit terluar. Penulisan konfigurasi elektron dari suatu atom membutuhkan pengetahuan jumlah elektron melalui nomor atomnya.

Contoh:

1. Nitrogen memiliki nomor atom 7 sehingga jumlah elektronnya 7, maka pengisian elektron pada kulit atom yaitu:

Kulit K = 2 (jumlah maksimum kulit pertama)

Kulit L = 5 (tersisa 5 elektron)

Sehingga konfigurasi elektronnya 2) 5)

2. Belerang memiliki nomor atom 16 sehingga jumlah elektronnya 12, maka pengisian elektron pada kulit atom yaitu:

Kulit K = 2 (jumlah maksimum kulit pertama)

Kulit L = 8 (jumlah maksimum kulit kedua)

Kulit M = 6 (tersisa 6 elektron)

Sehingga konfigurasi elektronnya 2) 8) 6)

3. Kalsium memiliki nomor atom 20 sehingga jumlah elektronnya 20, maka pengisian elektron pada kulit atom yaitu:

Kulit K = 2 (jumlah maksimum kulit pertama)

Kulit L = 8 (jumlah maksimum kulit kedua)

Kulit M = 8 (kulit terluar tidak boleh melebihi 8 elektron)

Kulit N = 2 (tersisa 2 elektron)

Sehingga konfigurasi elektronnya 2) 8) 8) 2)

Melalui konfigurasi elektron, golongan dan periode suatu atom dapat diketahui, dimana golongan ditentukan oleh jumlah elektron terluar (elektron valensi) dan periode ditentukan dari nomor kulit terbesar yang berisi elektron valensi.

2. Konfigurasi Elektron Berdasarkan Subkulit

Pada konfigurasi elektron berdasarkan kulit, terjadi penyimpangan aturan terhadap logam transisi yang dapat diatasi dengan konfigurasi elektron berdasarkan subkulit. Penulisan konfigurasi berdasarkan subkulit menurut model mekanika kuantum menggunakan diagram orbital yang mempertimbangkan tiga aturan (asas), yaitu Asas Aufbau, Asas Larangan Pauli, dan Asas Kaidah Hund.

1) Asas Aufbau

Aufbau berasal dari kata Jerman "Aufbau" yang berarti membangun. Prinsip Aufbau mengatakan bahwa: "Apabila proton ditambahkan satu per satu ke dalam inti atom untuk membentuk suatu unsur, maka dengan cara yang sama elektron juga ditambahkan ke dalam orbital-orbital atomnya". Dengan demikian, konfigurasi elektron dilakukan dalam keadaan standar, dimana pengisian elektronnya dimulai dari subkulit yang memiliki tingkat energi rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi, sehingga atom berada pada tingkat energi yang minimum.

Dok. pribadi

Pada gambar tersebut, anak panah menunjukkan urutan pengisian elektron. Pengisian orbital diawali dari orbital 1s, 2s, 2p, dan seterusnya. Ditunjukkan pula bahwa subkulit 3d memiliki energi yang lebih tinggi dari subkulit 4s. Sehingga, apabila 3p terisi penuh maka elektron berikutnya mengisi subkulit 4s, kemudian 3d. 

2) Asas Larangan Pauli

Asas larangan Pauli digunakan untuk menentukan konfigurasi elektron pada atom yang berelektron banyak. Asas larangan Pauli menyatakan bahwa: "Tidak ada elektron-elektron dalam suatu atom yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama". Dengan kata lain, setiap orbital yang sama hanya ditempati oleh dua elektron dan kedua elektron berpasangan tersebut harus memiliki spin yang berbeda. Kedua elektron tersebut memiliki tiga bilangan yang sama dalam satu orbital, yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimuth (l), dan bilangan kuantum magnetik (m), sedangkan memiliki bilangan kuantum spinnya (s) berbeda. Hal tersebut bertujuan untuk mengimbangi adanya gaya tolak-menolak di antara elektron-elektron tersebut. Adapun batasan maksimum elektron yang dapat mengisi setiap sub kulit:

Subkulit s terdiri dari 1 orbital yang dapat diisi 2 elektron

Subkulit p terdiri dari 3 orbital yang dapat diisi 6 elektron

Subkulit d terdiri dari 5 orbital yang dapat diisi 10 elektron

Subkulit f terdiri dari 7 orbital yang dapat diisi 14 elektron

3) Asas Kaidah Hund

Untuk menggambarkan distribusi elektron-elektron pada orbital subkulit, pengisian konfigurasi elektron dapat ditulis dalam bentuk diagram orbital. Kaidah Hund menyatakan bahwa "Elektron-elektron pada orbital subkulit cenderung tidak berpasangan. Apabila pada subkulit sudah tidak ada lagi orbital kosong, maka elektron-elektron tersebut dapat berpasangan". Dalam kaidah Hund, sebuah strip dilambangkan sebagai orbital dan dua anak panah yang berlawanan arah dilambangkan sebagai elektron. Apabila di dalam suatu orbital hanya terisi satu elektron, maka posisi anak panah elektron menghadap ke atas.

4) Penyimpangan Konfigurasi Elektron

Penyimpangan konfigurasi elektron dalam pengisian elektron terjadi pada orbital subkulit d dan f. Penyimpangan pada orbital subkulit d disebabkan oleh orbital yang setengah penuh. Aturan setengah penuh ini menyatakan bahwa: "Suatu elektron dapat membentuk susunan elektron yang lebih stabil apabila memiliki kecenderungan untuk berpindah orbital". Dengan kata lain, orbital yang setengah penuh atau penuh akan lebih stabil dibandingkan dengan orbital yang hampir setengah penuh atau hampir penuh. Sehingga, apabila elektron terluar berakhir pada subkulit d yang hampir setengah penuh atau hamper penuh, maka satu atau semua elektron pada orbital s berpindah ke orbital d.