A. SEJARAH
Niels Bohr adalah orang yang pertama kali (1923) mengajukan
bahwa periodisitas pada sifat-sifat unsur kimia dapat dijelaskan
oleh struktur elektronik atom tersebut. Pengajuannya didasarkan
pada model atom Bohr, yang mana kelopak-kelopak elektronnya
merupakan orbit dengan jarak yang tetap dari inti atom. Konfigurasi
awal Bohr berbeda dengan konfigurasi yang sekarang digunakan:
sulfur berkonfigurasi 2.4.4.6 daripada 1s22s22p63s23p4.
Satu tahun kemudian, E.C.Stoner memasukkan bilangan kuantum
ketiga Sommerfeld ke dalam deskripsi kelopak elektron, dan dengan
benar memprediksi struktur kelopak sulfur sebagai 2.8.6. Walaupun
demikian, baik sistem Bohr maupun sistem Stoner tidak dapat
menjelaskan dengan baik perubahan spektra atom dalam medan magnet
(efek Zeeman).
Bohr sadar akan kekurangan ini (dan yang lainnya), dan menulis
surat kepada temannya Wolfgang Pauli untuk meminta bantuannya
menyelamatkan teori kuantum (sistem yang sekarang dikenal sebagai
"teori kuantum lama"). Pauli menyadari bahwa efek Zeeman haruslah
hanya diakibatkan oleh elektron-elektron terluar atom. Ia juga
dapat menghasilkan kembali struktur kelopak Stoner, namun dengan
struktur subkelopak yang benar dengan pemasukan sebuah bilangan
kuantum keempat dan asas larangannya (1925): It should be forbidden
for more than one electron with the same value of the main quantum
number n to have the same value for the other three quantum numbers
k [l], j [ml] and m [ms].Adalah tidak diperbolehkan untuk lebih
dari satu elektron dengan nilai bilangan kuantum utama n yang sama
memiliki nilai tiga bilangan kuantum k [l], j [ml] dan m [ms] yang
sama.Persamaan Schrdinger yang dipublikasikan tahun 1926
menghasilkan tiga dari empat bilangan kuantum sebagai konsekuensi
penyelesainnya untuk atom hidrogen: penyelesaian ini menghasilkan
orbital-orbital atom yang dapat kita temukan dalam buku-buku teks
kimia. Kajian spektra atom mengizinkan konfigurasi elektron atom
untuk dapat ditentukan secara eksperimen, yang pada akhirnya
menghasilkan kaidah empiris (dikenal sebagai kaidah Madelung (1936)
untuk urutan orbital atom mana yang terlebih dahulu diisi
elektron.
B. PENGERTIAN
Dalam fisika atom dan kimia kuantum, konfigurasi elektron adalah
susunan elektron-elektron pada sebuah atom, molekul, atau struktur
fisik lainnya. Sama seperti partikel elementer lainnya, elektron
patuh pada hukum mekanika kuantum dan menampilkan sifat-sifat
bak-partikel maupun bak-gelombang. Secara formal, keadaan kuantum
elektron tertentu ditentukan oleh fungsi gelombangnya, yaitu sebuah
fungsi ruang dan waktu yang bernilai kompleks. Menurut interpretasi
mekanika kuantum Copenhagen, posisi sebuah elektron tidak bisa
ditentukan kecuali setelah adanya aksi pengukuran yang
menyebabkannya untuk bisa dideteksi. Probabilitas aksi pengukuran
akan mendeteksi sebuah elektron pada titik tertentu pada ruang
adalah proporsional terhadap kuadrat nilai absolut fungsi gelombang
pada titik tersebut.
Elektron-elektron dapat berpindah dari satu aras energi ke aras
energi yang lainnya dengan emisi atau absorpsi kuantum energi dalam
bentuk foton. Oleh karena asas larangan Pauli, tidak boleh ada
lebih dari dua elektron yang dapat menempati sebuah orbital atom,
sehingga elektron hanya akan meloncat dari satu orbital ke orbital
yang lainnya hanya jika terdapat kekosongan di dalamnya.
Pengetahuan atas konfigurasi elektron atom-atom sangat berguna
dalam membantu pemahaman struktur tabel periodik unsur-unsur.
Konsep ini juga berguna dalam menjelaskan ikatan kimia yang menjaga
atom-atom tetap bersama.
C. BILANGAN KUANTUMMenurut mekanika gelombang, setiap tingkat
energi dalam atom diasosiasikan dengan satu atau lebih orbital.
Untuk menyatakan kedudukan (tingkat energi, bentuk, serta
orientasi) suatu orbital menggunakan tiga bilangan kuantum,
yaitubilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimuth (l), dan
bilangan kuantum magnetik (ml ataum)(James E. Brady, 1990).
Bilangan Kuantum Utama (n)
Mekanika gelombang meramalkan bahwa setiap kulit (tingkat
energi) tersusun dari beberapa subkulit (subtingkat energi) yang
masing-masing subkulit tersebut dicirikan olehbilangan kuantum
azimuth yang diberi lambang (l).
Lambang s, p, d, f diambil dari nama spektrum yang dihasilkan
oleh logam alkali dari Li sampai dengan Cs yang terdiri dari empat
deret, yaitutajam (sharp),utama (principal), kabur
(diffuse),dandasar (fundamental). Sampai saat ini,
elektron-elektron baru menempati subkulit-subkulits,p,d, danf.
Sedangkan subkulitg,h, danibelum terisi elektron.
Tabel di bawah ini menunjukan keterkaitan jumlah kulit dengan
banyaknya subkulit serta jenis subkulit dalam suatu atom.
Bilangan Kuantum Magnetik (m)Bilangan kuantum magnetik (m)
menyatakan orbital khusus yang ditempati elektron pada suatu
subkulit. Bilangan kuantum magnetik juga menyatakan orientasi
khusus dari orbital itu dalam ruang relatif terhadap inti. Nilai
bilangan kuantum magnetik bergantung pada nilai bilangan kuantum
azimuth, yaitu semua bilangan bulat mulai dari l sampai dengan +l,
termasuk 0.
Asas Aufbau (berasal dari Bahasa Jerman Aufbau yang berarti
"membangun, konstruksi") adalah bagian penting dalam konsep
konfigurasi elektron awal Bohr. Ia dapat dinyatakan sebagai: Dari
tabel di atas terlihat bahwa nilai magnetik (m) diantara l sampai +
l (l = bilangan kuantum azimut). Nilai bilangan kuantum magnetik
suatu elektron tergantung pada letak elektron tersebut dalam
orbital. Nama-nama kotak di atas sesuai dengan bilangan kuantum
magnetiknya. Dan perlu diingat juga dengan mengabaikan tanda -/+
maka nilai m tidak mungkin lebih besar dari nilai l. Bilangan
Kuantum Spin (s)Sambil beredar mengintari inti, elektron juga
berputar pada sumbunya. Gerak berputar pada sumbu ini
disebutrotasi. Hanya ada dua kemungkinan arah rotasi elektron,
yaitu searah atau berlawanan arah jarum jam. Kedua arah yang
berbeda itu dinyatakan dengan bilangan kuantum spin (s) yang
mempunyai nilais= + 1/2 ataus= 1/2. Akibatnya satu orbital hanya
dapat ditempati oleh maksimum dua elektron, di mana kedua elektron
itu haruslah mempunyai spin yang berlawanan, sehingga menghasilkan
medan magnet yang berlawanan pula. Medan magnet yang berlawanan ini
diperlukan untuk mengimbangi gaya tolak-menolak listrik yang ada
(karena muatan sejenis).
Dapat disimpulkan bahwa kedudukan suatu elektron dalam suatu
atom dinyatakan oleh empat bilangan kuantum, yaitu:
Konfigurasi elektron dalam atom menggambarkan lokasi semua
elektron menurut orbital-orbital yang ditempati. Pengisian elektron
dalam orbital-orbital mengikuti aturan-aturan berikut.1. Prinsip
AufbauElektron akan mengisi orbital atom yang tingkat energi
relatifnya lebih rendah dahulu baru kemudian mengisi orbital atom
yang tingkat energinya lebih tinggi.Untuk memberikan gambaran yang
jelas bagaimana susunan tingkat energi itu, serta cara penamaannya,
dapat dilihat pada bagan di bawah ini.
Untuk memudahkan urutan pengisian tingkat-tingkat energi orbital
atom diperlukan bagan berikut.
Urutan tingkat energi orbital dari yang paling rendah sebagai
berikut.
2. Aturan HundPada pengisian orbital-orbital yang setingkat,
elektron-elektron tidak membentuk pasangan lebih dahulu sebelum
masing-masing orbital setingkat terisi sebuah elektron dengan arah
spin yang sama. Untuk mempermudah penggambaran maka orbital dapat
digambarkan sebagai segi empat
sedang kedua elektron yang berputar melalui sumbu dengan arah
yang berlawanan digambarkan sebagai 2 anak panah dengan arah yang
berlawanan,+ 1/2 (searah dengan arah putaran jarum jam) digambarkan
anak panah ke atas,
1/2 (berlawanan dengan arah putaran jarum jam) digambarkan anak
panah ke bawah.
Untuk elektron tunggal pada orbital s tidak masalah +1/2 atau
1/2,tetapi jika orbital s tersebut terisi 2 elektron, maka bilangan
kuantum spinnya harus + 1/2 dan 1/2.
Demikian pula untuk pengisian orbital p (l = 1), elektron
pertama dapat menempati orbital px, py, atau pz. Sebab ketiga
orbital p tersebut mempunyai tingkat energi yang sama. orbital s
dengan elektronnya digambar
orbital p dengan elektronnya digambar
orbital d dengan elektronnya digambar
Contoh:
Perjanjian:Pada pengisian elektron dalam orbital, elektron
pertama yang mengisi suatu orbital ialah elektron yang mempunyai
harga spin +1/2 dan elektron yang kedua mempunyai harga spin 1/2
.Berdasarkan pada tiga aturan di atas, maka kita dapat menentukan
nilai keempat bilangan kuantum dari setiap elektron dalam
konfigurasi elektron suatu atom unsur seperti pada tabel berikut
ini.
Orbital penuh dan setengah penuhKonfigurasi elektron suatu unsur
harus menggambarkan sifat suatu unsur. Hasil eksperimen menunjukkan
bahwa sifat unsur lebih stabil apabila orbital dalam suatu atom
unsur terisi elektron tepat 1/2 penuh atau tepat penuh, terutama
orbital-orbital d dan f (5 elektron atau 10 elektron untuk
orbital-orbital d dan 7 elektron atau 14 elektron untuk
orbital-orbital f). Apabila elektron pada orbital d dan f terisi
elektron 1 kurangnya dari setengah penuh/penuh, maka orbital d/f
tersebut harus diisi tepat 1/2 penuh/tepat penuh. Satu elektron
penggenapnya diambil dari orbital s yang terdekat.
Contoh:
Konfigurasi elektron ion positif dan ion negativeMisalnya
konfigurasi elektron ion K+; dan ion Cl; 19K: 1s 2s 2p6 3s 3p6 Bila
atom K melepaskan 1 elektron maka terjadi ion K+ yang mempunyai
jumlah proton 19 dan elektron 19 1 = 18 Konfigurasi elektron ion
K+;: 1s 2s 2p6 3s 3p6 17Cl: 1s 2s 2p6 3s 3p5 Bila atom Cl menerima
1 elektron maka terjadi ion Cl&sup-; yang mempunyai jumlah
proton 17 dan elektron 17 + 1 = 18 Konfigurasi elektron ion Cl: 1s
2s 2p6; 3s 2p5; Konfigurasi elektron ion K+ = ion Cl = atom Ar,
peristiwa semacam ini disebut isoelektronis.Konfigurasi elektron
yang tereksitasiKonfigurasi elektron yang telah dibicarakan di atas
adalah konfigurasi elektron dalam keadaan tingkat dasar.
Konfigurasi elektron yang tereksitasi adalah adanya elektron yang
menempati orbital yang tingkat energinya lebih tinggi.Contoh:
3. Larangan Pauli
Menurut prinsip ini dalam suatu atom tidak boleh ada 2 elektron
yang mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama harganya, jika 3
bilangan kuantum sudah sama, maka bilangan kuantum yang keempat
harus berbeda.Contoh:
Ternyata elektron ke-1 dan ke-2 mempunyai harga n, l, dan m yang
sama, tapi harga s-nya berbeda. Elektron ke-3 tidak dapat menempati
orbital1s lagi, sebab jika elektron ke-3 menempati orbital 1s, maka
harga n, l, m, dan s elektron ke-3 akan sama dengan elektron ke-1
atau elektron ke-2.Dengan menggunakan prinsip eksklusi Pauli dan
ketentuan harga m dan l yang diperbolehkan untuk setiap harga n
dapat disusun berbagai kombinasi 4 bilangan kuantum pada setiap
kuantum grup sebagai berikut.
