Kimia : Konfigurasi Elektron Mekanika Kuantum

Kofigurasi electron adalah gambaran persebaran electron dalam orbital orbital kulit electron.

Ada beberapa aturan dalam menuliskan konfiguarsi elktron suatu atom.

Aturan Aufbau

Pengisisan electron dimulai dari subkulit yang berenergi rendah sampai penuh abru kemudian mengisi electron pada sub kulit yang lebih tinggi. Perhatikan pengisian elktron pada subkulit denga mengikuti arah panah sebagai berikut :

urutan pengisian electron sebagai berikut [dari tingkat energy rendah ke tingkat energy yang lebih tinggi]

$1s^{2}$ - $2s^{2}$ - $2p^{6}$ - $3s^{2}$ -$3p^{6}$ - $4s^{2}$ - $3d^{10}$ - $4p^{6}$ - $5s^{2}$ dan seterusnya

Contoh :

Tuliskanlah konfigurasi electron atom $_{20}Ca$ !

Jawab:

$_{20}Ca$ = $1s^{2}$,$2s^{2}$,$2p^{6}$,$3s^{2}$,$3p^{6}$,$4s^{2}$

Berdasarkan konfigurasi electron tersebut, jumlah sub kulit yang dimiliki oleh setiap kulit (tingkat energy ) adalah sebagai berikut :

• Kulit 1 = K → memiliki satu sub kulit → 1s = 2 max elektron
• Kulit 2 = L → memiliki dua sub kulit → 2s, 2p = 8 max electron
• Kulit 3 = M → memiliki tiga sub kulit → 3s, 3p, 3d = 18 max electron
• Dan seterusnya

Aturan Hund

Pada pengisian orbital orbital suatu sub kulit, electron akan mengisi orbital satu persatu sampai penuh atau mengisi orbital dengan spin yang parallel terelbih dahulu, kemudian baru berpasangan.

Contoh

Pengisian electron pada orbital $p^4$ = 

Pengisian electron pada orbital $d^8$ = 

Beberapa catatan tentang konfigurasi electron 

Dua cara menuliskan urutan subkulit

Ada dua cara menuliskan konfigurasi electron $_{21}Sc$, yaitu :

Cara 1 $1s^{2}$ ,$2s^{2}$ ,$2p^{6}$ , $3s^{2}$,$3p^{6}$ , $4s^{2}$ ,$3d^{1}$

Atau

Cara 2 $1s^{2}$ ,$2s^{2}$ ,$2p^{6}$ , $3s^{2}$,$3p^{6}$ ,$3d^{1}$, $4s^{2}$ 

Pada dasarnya cara penulisan kedua nya sama dan sesuai dengan aturan aufbau. Cara pertama subkulit – subkulit ditulis sesuai dengan urutan tingkat energinya. Pada cara kedua subkulir – subkulit dari kulit yang sama dikumpulkan, kemudian diikuti denga sub kulit berikutnya. 

Menyingkat penulisan konfigurasi electron dengan menggunakan konfigurasi electron gas mulia

Atom gas mulia merupakan atom yng stabil dan subkulitnya tersis penuh oleh electron. Konfigurasi yang stabil dari electron gas mulia dapat kita gunakan untuk menyingkat konfigurasi electron atom lain.

Periode 1 $_2He$    = $1s^{2}$

Periode 2 $_{10}Ne$     =$1s^{2}$ , $2s^{2}$ , $2p^{6}$ 

Periode 3 $_{18}Ar$    = $1s^{2}$ , $2s^{2}$ , $2p^{6}$ , $3s^{2}$ ,$3p^{6}$, $4s^{2}$

Periode 4 $_{36}Kr$    =$1s^{2}$ , $2s^{2}$ , $2p^{6}$ , $3s^{2}$ ,$3p^{6}$, $4s^{2}$ ,$3d^{10}$, $4p^{6}$

Periode 5 $_{54}Xe$    = $1s^{2}$ , $2s^{2}$ , $2p^{6}$ , $3s^{2}$ ,$3p^{6}$, $4s^{2}$ ,$3d^{10}$, $4p^{6}$, $5s^{2}$, $4d^{10}$, $5p^{6}$

Periode 6 $_{86}Rn$    = $1s^{2}$ , $2s^{2}$ , $2p^{6}$ , $3s^{2}$ ,$3p^{6}$, $4s^{2}$ ,$3d^{10}$, $4p^{6}$, $5s^{2}$, $4d^{10}$, $5p^{6}$, $6s^{2}$, $4f^{14}$, $5d^{10}$, $6p^{6}$

Untuk menyingkat konfigurasi electron, maka kita bisa menggunakan atom gas mulia yang sesuai kemudian yang perlu diingat adalah sub kulit apa setelah atom gas mulia tersebut. 

[He] 2s

[Ne] 3s

[Ar] 4s

[Kr] 5s

[Xe] 6s

[Rn] 7s

Contoh :

$_{13}Al = $1s^{2}$ , $2s^{2}$ , $2p^{6}$ , $3s^{2}$ ,$3p^{1}$

Penyingkatanya menggunakan atom Ne sehingga menjadi

$_{13}Al$ = [Ne] $3s^{2}$ ,$3p^{1}$

$_{28}Ni$ = $1s^{2}$ , $2s^{2}$ , $2p^{6}$ , $3s^{2}$ ,$3p^{6}$, $4s^{2}$ ,$3d^{8}$
Penyingkatannya menggunakan atom Kr sehingga menjadi

$_{28}Ni$  = [Kr]  $4s^{2}$ ,$3d^{8}$

Kestabilan sub kulit d yang terisi penuh atau setengah penuh

Terdapat beberapa peyimpangan pengisian electron berdasarkan azas Aufbau dengan yang ditemukan dalam percobaan.

Contoh :

Berdasarkan azas Aufbau

$_{24}Cr$ = $1s^{2}$ , $2s^{2}$ , $2p^{6}$ , $3s^{2}$ ,$3p^{6}$, $4s^{2}$ ,$3d^{4}$

$_{24}Cr$ = [Kr] $4s^{2}$ ,$3d^{4}$

Berdasarkan percobaan 

$_{24}Cr$ = $1s^{2}$ , $2s^{2}$ , $2p^{6}$ , $3s^{2}$ ,$3p^{6}$, $4s^{1}$ ,$3d^{5}$

$_{24}Cr$ = [Kr] $4s^{1}$ ,$3d^{5}$

Ternyata atom Cr lebih stabil konfigurasinya berdasarkan percobaan dengan kulit valensi $4s^1, 3d^5 $dibandingkan dengan azas aufbau yang konfigurasi kulit valensinya $4s^2 3d^4$. Jadi pengisian electron pada sub kulit akan stabil pada bentuk penuh atau setengah penuh.

Konfigurasi electron dari ion

Ion tunggal yang bermuatan positif x $(+x)$ terbentuk ketika atom netralnya melepas x electron dari atom sehingga jumlah electron ionnya berkurang.

Contoh :

$_{13}Al$ = $1s^{2}$ , $2s^{2}$ , $2p^{6}$ , $3s^{2}$ ,$3p^{1}$

Jika membentuk ion $Al^{+3}$ maka artinya atom Al melepas 3 buah elektronnya sehingga ionnya memiliki electron sisa sebanyak 10 buah.

$Al^{+3}$ = $1s^{2}$ , $2s^{2}$ , $2p^{6}$

Ion tunggal yang bermuatan negative x (-x) terbentuk ketika atom netralnya menangkap sebanyak x electron sehingga jumlah electron ionnya bertambah.

Contoh :

$_{17}Cl$ = $1s^{2}$ , $2s^{2}$ , $2p^{6}$ , $3s^{2}$ ,$3p^{5}$

Jika membentuk ion $Cl^-$ artinya atom Cl menagkap 1 elektron sehingga ionya memiliki jumlah electron sebanyak 18.

$Cl^-$ = $1s^{2}$ , $2s^{2}$ , $2p^{6}$ , $3s^{2}$ ,$3p^{6}$

Electron valensi

Electron valensi adalah electron yang dapat digunakan untuk membentuk ikatan kimia. Electron valensi juga didefenisikan sebagai electron pada kulit terakhir yaitu :

$ns^x$                      ev = x

$ns^x np^y$             ev = x + y

$ns^x (n-1)d^y$     ev = x + y

Contoh :

$_{20}Ca$ = $1s^{2}$ , $2s^{2}$ , $2p^{6}$ , $3s^{2}$ ,$3p^{6}$, $4s^{2}$

$_{20}Ca$ = [Kr] $4s^{2}$

Kulit valensi = Kulit terakhir =  $4s^{2}$

Electron valensi = 2

$_{30}Zn$ = $1s^{2}$ , $2s^{2}$ , $2p^{6}$ , $3s^{2}$ ,$3p^{6}$, $4s^{2}$ ,$3d^{10}$

$_{30}Zn$ =  [Kr] $4s^{2}$ ,$3d^{10}$

Kulit Valensi = Kulit terakhir = $4s^{2}$ ,$3d^{10}$

Elektron Valensi = x + y = 2 + 10 = 12

Azas Larangan Pauli

Wolfgang pauli mengemukakan bahwa tidak ada dua electron dalam sebuah atom yang memiliki empat bilangan kuantum yang sama. Jika ada dua electron menempati satu orbital (bilangan kuantum utama, azimuth dan magnetic sama) electron tersebut harus memiliki spin yang berbeda.