Di kelas X, sobat Materi Kimia SMA telah
belajar menuliskan konfigurasi elektron seperti: 2 8 18 32. Jika pada atom Cl elektron tidak maksimum, sobat tuliskan konfigurasi elektronnya Cl: 2 8 8 7,
tidak Cl: 2 8 15. Bagaimanakah hal ini dapat dijelaskan dengan teori mekanika
kuantum?
Persamaan Schrodinger hanya dapat diterapkan secara eksak untuk atom
berelektron tunggal seperti hidrogen, sedangkan pada atom berelektron banyak
tidak dapat diselesaikan. Kesulitan utama pada atom berelektron banyak adalah
bertambahnya jumlah elektron sehingga menimbulkan tarik-menarik antara
elektron-inti dan tolak-menolak antara elektron-elektron semakin rumit. Oleh
karena itu, untuk atom berlektron banyak digunakan metode pendekatan
berdasarkan hasil penelitian dan teori para ahli.
Tingkat Energi Orbital
Pada atom berelektron banyak, setiap orbital ditandai oleh bilangan
kuantum n, l, m, dan s. Bilangan kuantum ini memiliki arti sama dengan yang
dibahas sebelumnya. Perbedaannya terletak pada jarak orbital dari inti. Pada
atom hidrogen, setiap orbital dengan nilai bilangan kuantum utama sama memiliki
tingkat-tingkat energi sama atau terdegenerasi. Misalnya, orbital 2s dan 2p
memiliki tingkat energi yang sama. Demikian pula untuk orbital 3s, 3p, dan 3d.
Pada atom berelektron banyak, orbital-orbital dengan nilai bilangan
kuantum utama sama memiliki tingkat energi yang sedikit berbeda. Misalnya,
orbital 2s dan 2p memiliki tingkat energi berbeda, yaitu energi orbital 2p
lebih tinggi. Perbedaan tingkat energi elektron pada atom hidrogen dan atom
berelektron banyak ditunjukkan pada gambar
berikut ini.
Diagram tingkat energi orbital:
(a) Atom hidrogen. Tingkat energi orbital atom mengalami degenerasi.
(b) Atom berelektron banyak
Perbedaan tingkat energi ini disebabkan oleh elektron yang berada pada
kulit dalam menghalangi elektron-elektron pada kulit bagian luar. Sebagai
contoh, elektron pada orbital 1s akan tolak-menolak dengan elektron pada
orbital-2s dan 2p sehingga orbital-2s dan 2p tidak lagi sejajar (terdegenerasi)
seperti pada atom hidrogen. Hal ini menyebabkan elektron-elektron dalam
orbital-2s memiliki peluang lebih besar ditemukan di dekat inti daripada
orbital-2p (orbital-2s lebih dekat dengan inti).
Distribusi Elektron dalam Atom
Kulit terdiri atas subkulit yang berisi
orbital-orbital dengan bilangan kuantum utama yang sama. Jumlah orbital dalam
setiap kulit dinyatakan dengan rumus n2 dan jumlah maksimum elektron yang dapat
menempati setiap kulit dinyatakan dengan rumus 2n2.
Contoh:
Berapa jumlah orbital
dan jumlah maksimum elektron dalam kulit M?
Penyelesaian:
Kulit M memiliki
bilangan kuantum, n = 3 maka jumlah orbital dalam kulit M adalah 32 = 9
orbital dan jumlah maksimum elektronnya sebanyak 2(3)2 = 18 elektron.
|
Subkulit terdiri atas orbital-orbital yang memiliki bilangan kuantum
azimut yang sama. Jumlah orbital, dalam setiap subkulit dinyatakan dengan rumus
(2l + 1). Oleh karena setiap orbital maksimum dihuni oleh dua elektron maka
jumlah elektron dalam setiap subkulit dinyatakan dengan rumus 2(2l + 1).
Contoh:
Berapa jumlah orbital dalam subkulit-p dan berapa
jumlah elektron dalam subkulit itu?
Penyelesaian:
Subkulit p memiliki harga = 1 maka jumlah orbitalnya
sama dengan {2(1) + 1} = 3 orbital. Sebaran elektron dalam subkulit-p adalah
2{2(1) + 1} = 6 elektron.
|
Berapa jumlah orbital
dan jumlah maksimum elektron yang menghuni tingkat energi ke-3 (kulit M)?
Bagaimana sebaran orbital dalam setiap subkulit dan sebaran elektronnya pada
tingkat energi itu?
Jawab
a. Jumlah orbital
pada kulit M (n= 3) dihitung dengan rumus n2. Jadi, pada kulit ada 9 orbital.
b. Jumlah maksimum
elektron yang dapat menghuni kulit M sebanyak 2n2 = 18 elektron.
c. Sebaran orbital
dalam setiap subkulit pada n= 3 dihitung dari rumus (2l+ 1). Untuk n= 3,
nilai l= n–1 = 0, 1, 2. Oleh karena ada 3
subkulit, sebaran orbital dalam tiap subkulit adalah sebagai berikut.
[2(0) + 1)] = 1
[2(1) + 1)] = 3
[2(2) + 1)] = 5
Pada subkulit s (l=0)
terdapat 1 orbital-s
Pada subkulit p (l=1)
terdapat 3 orbital-p
Pada subkulit d (l=2) terdapat 5 orbital-d
d. Sebaran elektron
yang menghuni tiap-tiap subkulit ditentukan dari rumus 2(2l+ 1), yaitu:
2(2(0) + 1) = 2
elektron, orbital-s (l= 0) maksimum ditempati oleh 2 elektron.
2(2(1) + 1) = 6
elektron, orbital-p (l= 1) maksimum ditempati oleh 6 elektron.
2(2(2) + 1) = 10
elektron, orbital-d (l = 2) maksimum ditempati oleh 10 elektron.
|
Itulah pengantar materi konfigurasi elektron yang akan sobat Materi Kimia SMA pelajari di kelas XI. Untuk materi
selanjutnya, silahkan sobat menuju aturan konfigurasi elektron
