Bagaimanakah aturan konfigurasi elektron berdasarkan teori atom mekanika kuantum? Sobat Materi Kimia SMA dapat
mengetahuinya setelah mempelajari materi ini. Penulisan konfigurasi elektron
untuk atom berelektron banyak didasarkan pada aturan aufbau,
aturan Hund, dan prinsip larangan Pauli. Berikut adalah penjelasannya.
Aturan Membangun (Aufbau)
Aturan pengisian elektron ke dalam orbital-orbital dikenal dengan prinsip
Aufbau (bahasa Jerman, artinya membangun). Menurut aturan ini, elektron dalam atom
harus memiliki energi terendah, artinya elektron harus terlebih dahulu menghuni
orbital dengan energi terendah, lihat diagram tingkat energi orbital berikut.
Tingkat energi elektron ditentukan oleh bilangan kuantum utama. Bilangan
kuantum utama dengan n = 1 merupakan tingkat energi paling rendah, kemudian
meningkat ke tingkat energi yang lebih tinggi, yaitu n = 2, n = 3, dan
seterusnya. Jadi, urutan kenaikan tingkat energi elektron adalah (n = 1) <
(n = 2) < (n =3) < … < (n = n).
Setelah tingkat energi elektron diurutkan berdasarkan bilangan kuantum
utama, kemudian diurutkan lagi berdasarkan bilangan kuantum azimut sebab
orbital-orbital dalam atom berelektron banyak tidak
terdegenerasi. Berdasarkan bilangan kuantum azimut, tingkat energi terendah
adalah orbital dengan bilangan kuantum azimut terkecil atau l= 0. Jadi, urutan
tingkat energinya adalah s < p < d < f < [ l = (n–1)].
Terdapat aturan tambahan, yaitu aturan (n+l). Menurut aturan ini, untuk
nilai (n+ l) sama, orbital yang memiliki energi lebih rendah adalah orbital
dengan bilangan kuantum utama lebih kecil, contoh: 2p (2+1 = 3) < 3s (3+0
=3), 3p (3+1 = 4) < 4s (4+0 =4), dan seterusnya. Jika nilai (n+ l) berbeda
maka orbital yang memiliki energi lebih rendah adalah orbital dengan jumlah (n+
l) lebih kecil, contoh: 4s (4+0 = 4) < 3d (3+2 =5).
Dengan mengacu pada aturan aufbau maka urutan kenaikan tingkat energi
elektron-elektron dalam orbital adalah sebagai berikut.
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s <
4d < 5p < 6s < 4f < …
Aturan Hund
Aturan Hund disusun berdasarkan data spektroskopi atom. Aturan ini
menyatakan sebagai berikut.
1. Pengisian elektron ke dalam orbital-orbital yang tingkat energinya
sama, misalnya ketiga orbital-p atau kelima orbital-d. Oleh karena itu,
elektron-elektron tidak berpasangan sebelum semua orbital dihuni.
2. Elektron-elektron yang menghuni orbital-orbital dengan tingkat energi
sama, misalnya orbital pz, px, py. Oleh karena itu, energi paling rendah
dicapai jika spin elektron searah.
Prinsip Larangan Pauli
Menurut Wolfgang Pauli, elektron-elektron tidak boleh memiliki empat
bilangan kuantum yang sama. Aturan ini disebut Prinsip larangan Pauli. Makna
dari larangan Pauli adalah jika elektron-elektron memiliki ketiga bilangan
kuantum (n, l, m) sama maka elektron-elektron tersebut tidak boleh berada dalam
orbital yang sama pada waktu bersamaan. Akibatnya, setiap orbital hanya dapat
dihuni maksimum dua elektron dan arah spinnya harus berlawanan.
Sebagai konsekuensi dari larangan Pauli maka jumlah elektron yang dapat
menghuni subkulit s, p, d, f, …, dan seterusnya berturut-turut adalah 2, 6, 10,
14, ..., dan seterusnya. Hal ini sesuai dengan rumus: 2(2 l + 1).
Setelah mempelajari aturan konfigurasi elektron
ini, selanjutnya sobat Materi Kimia SMA di kelas XI akan belajar tentang penulisan konfigurasi elektron
