Konfigurasi elektron adalah suatu susunan elektron dari atom yang didasari oleh orbitalnya. Seperti di dalam sebuah atom terdapat partikel sub atomik yang terdiri dari neutron dan proton yang terletak pada inti atom. Konfigurasi elektron ini ditulis berdasarkan aturan yang telah disepakati oleh para ilmuwan. Aturan yang mendasarinya yaitu aturan aufbau, aturan hund, larangan pauli dan hukum mekanika kuantum.
Untuk pembahasan yang pertama itu adalah asas Aufbauf. Aufbauf ini berasal dari bahasa Jerman yang artinya meningkat. Ini menyatakan bahwa elektron diisi ke dalam orbital atom dalam urutan peningkatan tingkat energi orbital.
Menurut prinsip Aufbau, orbital atom yang tersedia dengan tingkat energi terendah ditempati sebelum orbital atom dengan tingkat energi yang lebih tinggi. Artinya, elektron akan menempati orbital dengan urutan 1S, 2S, 2P, dan begitu juga seterusnya.
Prinsip Aufbau dapat digunakan untuk memahami lokasi elektron dalam atom dan tingkat energi yang sesuai. Misalnya, karbon memiliki 6 elektron dan konfigurasi elektronnya adalah 1S2 2S2 2P2. Informasi pentingnya bahwa setiap orbital dapat menampung maksimal dua elektron (sesuai dengan prinsip pengecualian Pauli).
Juga, cara pengisian elektron ke dalam orbital dalam subkulit tunggal harus mengikuti aturan Hund, yaitu setiap orbital dalam subkulit tertentu harus ditempati secara tunggal oleh elektron sebelum dua elektron berpasangan dalam orbital. Pada pinsip Aufbau elektron pertama menempati orbital yang energinya paling rendah.
Ini menyiratkan bahwa elektron memasuki orbital yang memiliki energi lebih tinggi hanya ketika orbital dengan energi lebih rendah telah terisi penuh. Urutan peningkatan energi orbital dapat ditentukan dengan bantuan aturan (n+l), di mana jumlah bilangan kuantum utama dan azimut menentukan tingkat energi orbital. Nilai yang lebih rendah (n+l) sesuai dengan energi orbital yang lebih rendah.
Jika dua orbital berbagi nilai yang sama (n+l), orbital dengan nilai n yang lebih rendah dikatakan memiliki energi yang lebih rendah terkait dengannya. Urutan pengisian elektron pada orbital adalah: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, dan seterusnya.
Untuk lebih dapat memahami untuk menuliskan konfigurasi elektron Nitrogen : Unsur nitrogen memiliki 7 elektron (karena nomor atomnya adalah 7). Elektron terisi ke dalam orbital 1s, 2s, dan 2p. Konfigurasi elektron nitrogen dapat ditulis sebagai 1S2 2S2 2P3.
Prinsip yang kedua adalah aturan Hund. Aturan ini pertama kali ditemukan oleh Friedrich Hund seorang alhi kimia dari Jerman. Aturan Hund ini digunakan saat mengisi elektron-elektron yang ada pada orbital subkulit yaitu s,p,d dan f. Menurut aturan Hund sebelum pendudukan ganda dari setiap orbital, setiap orbital di tingkat sub ditempati secara tunggal.
Untuk memaksimalkan putaran total, semua elektron dalam orbital hunian tunggal memiliki putaran yang sama. Sebuah elektron tidak akan berpasangan dengan elektron lain dalam orbital yang setengah terisi karena ia memiliki kemampuan untuk mengisi semua orbitalnya dengan energi yang sama. Banyak elektron tidak berpasangan hadir dalam atom yang berada pada keadaan dasar.
Jika dua elektron bersentuhan, mereka akan menunjukkan perilaku yang sama seperti yang dilakukan dua magnet. Elektron pertama-tama mencoba untuk menjauh satu sama lain sejauh mungkin sebelum mereka harus berpasangan.
Aturan Hund untuk Multiplisitas Maksimum
Aturan Hunds Aturan Multiplisitas Maksimum menyatakan bahwa untuk konfigurasi elektron tertentu, suku dengan multiplisitas maksimum memiliki energi terendah. Menurut aturan ini, pasangan elektron dalam orbital p, d dan f tidak dapat terjadi sampai setiap orbital dari subkulit tertentu masing-masing berisi satu elektron atau ditempati secara tunggal.
Aturan Hund menyatakan bahwa:
1. Dalam sublevel, setiap orbital ditempati sendiri sebelum ditempati ganda.
2. Elektron yang ada dalam orbital yang terisi tunggal memiliki spin yang identik.
Penjelasannya elektron memasuki orbital kosong sebelum berpasangan. Elektron saling tolak menolak karena bermuatan negatif. Elektron tidak berbagi orbital untuk mengurangi tolakan. Ketika kita mempertimbangkan aturan kedua, spin elektron yang tidak berpasangan dalam orbital yang ditempati tunggal adalah sama. Putaran elektron awal di sub-level menentukan putaran elektron lainnya. Misalnya, konfigurasi elektron atom karbon adalah 1S22S22P2. Orbital yang sama akan ditempati oleh dua elektron 2s meskipun orbital yang berbeda akan ditempati oleh dua elektron 2p mengacu pada aturan Hund.
Wolfgang Paulli mengemukakan pendapatnya mengenai aturan yang digunakan dalam konfigurasi elektron pada tahun 1925 yang kemudian dikenal dengan asas larangan Pauli. Asas larangan Pauli menyebutkan bahwa dalam suatu atom tidak akan mungkin memiliki dua elektron dengan empat bilangan kuantum sama. Sederhananya, setiap elektron harus memiliki atau berada dalam keadaan uniknya sendiri (keadaan tunggal). Ada dua aturan penting yang diikuti oleh Prinsip Pengecualian Pauli:
- Hanya dua elektron yang dapat menempati orbital yang sama.
- Dua elektron yang ada dalam orbital yang sama harus memiliki spin yang berlawanan atau harus antiparalel.
Namun, Prinsip Pengecualian Pauli tidak hanya berlaku untuk elektron. Ini berlaku untuk partikel lain dari putaran setengah bilangan bulat seperti fermion. Ini tidak relevan untuk partikel dengan putaran integer seperti boson yang memiliki fungsi gelombang simetris. Selain itu, boson dapat berbagi atau memiliki keadaan kuantum yang sama, tidak seperti fermion. Sejauh penamaannya, fermion dinamai menurut distribusi statistik Fermi-Dirac yang mereka ikuti. Boson, di sisi lain mendapatkan namanya dari fungsi distribusi Bose-Einstein.
Misalkan kita dapat mengambil atom helium netral sebagai contoh prinsip pengecualian Pauli yang umum. Atom memiliki 2 elektron terikat dan mereka menempati kulit terluar dengan spin berlawanan. Di sini, kita akan menemukan bahwa dua elektron berada di subkulit 1s di mana n = 1, l = 0, dan ml = 0. Momen putaran mereka juga akan berbeda.
Satu akan menjadi ms = -1/2 dan yang lainnya akan menjadi +1/2. Jika kita menggambar diagram maka subkulit atom helium akan diwakili dengan 1 elektron "atas" dan 1 elektron "bawah". Pada dasarnya, subkulit 1s akan terdiri dari dua elektron yang spinnya berlawanan. Demikian pula, jika kita mengambil Hidrogen, ia akan memiliki subkulit 1s dengan 1 elektron "naik" (1s1). Litium akan memiliki inti helium (1S2) dan kemudian satu lagi elektron "naik" (2S1).
