Konfigurasi Elektron

1.     Struktur Elektronik dan Susunan Berkala

Struktur elektronik untuk ion-ion monoatomik sederhana (ion-ion yang hanya mengandung satu atom saja) dengan menggunakan notasi s, p, dan d. Cara penulisan struktur elektronik ion ini mengasumsikan bahwa kamu sudah mengerti tentang bagaimana cara menuliskan struktur elektronik untuk atom.

Penyusunan struktur elektronik ion

Ion merupakan atom (atau golongan atom) yang membawa sebuah muatan listrik karena ion tersebut memeperoleh atau kehilangan satu atau lebih elektron. Jika sebuah atom memperoleh elektron maka atom tersebut mendapatkan sebuah muatan negatif. Jika kehilangan elektron, maka atom tersebut menjadi bermuatan positif.

Struktur elektronik ion blok-s dan blok-p

Tuliskan struktur elektronik untuk atom netral, dan kemudian tambahkan elektron (untuk ion negatif) atau kurangi elektron (untuk ion positif).

Penulisan struktur elektronik untuk Cl ^–:

Cl		1s22s22p63s23px23py23pz1		tetapi Cl– kehilangan satu buah elektron
Cl–		1s22s22p63s23px23py23pz2

Penulisan struktur elektronik untuk O^2-:

O		1s22s22px22py12pz1		tetapi O2- kehilangan dua buah elektron
O2-		1s22s22px22py22pz2

Penulisan struktur elektronik untuk Na⁺:

Na		1s22s22p63s1		tetapi Na+ kekurangan satu buah elektron
Na+		1s22s22p6

Penulisan struktur elektronik untuk Ca²⁺:

Ca		1s22s22p63s23p64s2		tetapi Ca2+ kekurangan dua buah elektron
Ca2+		1s22s22p63s23p6

Struktur elektronik ion blok-d

Bagaimanapun, sekali elektron menempati orbitalnya, maka terjadi perubahan tingkat energi – dan pada semua sifat kimia unsur-unsur transisi, orbital 4s berkedudukan sebagai orbital paling luar, orbital yang memiliki energi paling tinggi. Urutan yingkat orbital 3d dan 4s hanya digunakan untuk pengisian atom pada tempat pertama. Dalam segala hal, elektron 4s merupakan elektron yang harus diperhatikan terlebih dahulu.

Kamu harus mengingat hal ini:

Ketika unsur-unsur blok-d membentuk ion, elektron-elektron 4s menghilang terlebih dahulu.

Untuk mengingatkan kamu tentang hal tersebut, penyusunan struktur ion blok-d tidak berbeda dari penyusunan struktur, katakanlah, ion natrium.

Penulisan struktur elektronik untuk Cr³⁺:

Cr		1s22s22p63s23p63d54s1
Cr3+		1s22s22p63s23p63d3

Elektron 4s menghilang terlebih dahulu diikuti oleh dua elektron 3d.

Penulisan struktur elektronik untuk Zn²⁺:

Zn		1s22s22p63s23p63d104s2
Zn2+		1s22s22p63s23p63d10

Kali ini tidak menggunakan elektron 3d satu pun.

Penulisan struktur elektronik untuk Fe³⁺:

Fe		1s22s22p63s23p63d64s2
Fe3+		1s22s22p63s23p63d5

Elektron 4s menghilang terlebih dahulu diikuti oleh satu elektron 3d.

Aturannya sangatlah sederhana. Ambil elektron 4s terlebih dahulu, dan kemudian ambil elektron 3d sebanyak yang kamu perlukan untuk menghasilkan muatan positif yang benar.

2.     Radiasi Elektromagnetik dan Spektrum Atom

Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi medan listrik dan medan magnet yang berosilasi dan merambat lewat ruang dan membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Cahaya tampak adalah salah satu bentuk radiasi elektromagnetik. Penelitian teoritis tentang radiasi elektromagnetik disebut elektrodinamik, sub-bidang elektromagnetisme.

Setiap muatan listrik yang memiliki percepatan memancarkan radiasi elektromagnetik. Waktu kawat (atau panghantar seperti antena) menghantarkan arus bolak-balik, radiasi elektromagnetik dirambatkan pada frekuensi yang sama dengan arus listrik. Bergantung pada situasi, gelombang elektromagnetik dapat bersifat seperti gelombang atau seperti partikel. Sebagai gelombang, dicirikan oleh kecepatan (kecepatan cahaya), panjang gelombang, dan frekuensi. Kalau dipertimbangkan sebagai partikel, mereka diketahui sebagai foton, dan masing-masing mempunyai energi berhubungan dengan frekuensi gelombang ditunjukan oleh hubungan Planck E = Hν, di mana E adalah energi foton, h ialah konstanta Planck — 6.626 × 10 −34 J•s — dan ν adalah frekuensi gelombang.
Einstein kemudian memperbarui rumus ini menjadi Ephoton = hν.
Gelombang elektromagnetik
Yang termasuk gelombang elektromagnetik
Gelombang Panjang gelombang λ
gelombang radio 1 mm-10.000 km
infra merah 0,001-1 mm
cahaya tampak 400-720 nm
ultra violet 10-400nm
sinar X 0,01-10 nm
sinar gamma 0,0001-0,1 nm
Sinar kosmis tidak termasuk gelombang elektromagnetik; panjang gelombang lebih kecil dari 0,0001 nm.

Sinar dengan panjang gelombang besar, yaitu gelombang radio dan infra merah, mempunyai frekuensi dan tingkat energi yang lebih rendah. Sinar dengan panjang gelombang kecil, ultra violet, sinar x atau sinar rontgen, dan sinar gamma, mempunyai frekuensi dan tingkat energi yang lebih tinggi.
Spektrum elektromagnetik
          Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasi elektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Spektrum ini secara langsung berkaitan (lihat juga tabel dan awalan SI):
o Panjang gelombang dikalikan dengan frekuensi ialah kecepatan cahaya: 300 Mm/s, yaitu 300 MmHz
o Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1μeV/GHz
o Panjang gelombang dikalikan dengan energy per foton adalah 1.24 μeVm
          Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang dari sinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro dan gelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang. Pembagian ini sebenarnya tidak begitu tegas dan tumbuh dari penggunaan praktis yang secara historis berasal dari berbagai macam metode deteksi. Biasanya dalam mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik dinyatakan dalam elektronvolt untuk foton berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjang gelombang untuk energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (λ ≥ 0,5 mm). Istilah "spektrum optik" juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrum elektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya mencakup sebagian rentang panjang gelombang saja (320 - 700 nm)

3.     Struktur Atom dan Teori Bohr

Istilah atom berasal dari Bahasa Yunani, yang berarti tidak dapat dipotong ataupun sesuatu yang tidak dapat dibagi-bagi lagi. Struktur atom adalah satuan dasar materi yang terdiri dari inti atom beserta awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya.
struktur atom terdiri dari:
Partikel dasar atom : partikel-partikel pembentuk atom yang terdiri dari elektron, proton den neutron. 

Proton  :  partikel pembentuk atom yang mempunyai massa sama dengan satu sma (amu) dan bermuatan +1.
Neutron  :  partikel pembentuk atom yang bermassa satu sma (amu) dan netral.
Elektron  :  partikel pembentuk atom yang tidak mempunyai massa dan bermuatan -1.
Nukleus : Inti atom yang bermuatan positif, terdiri dari proton dan neutron. 

Atom-atom dari unsur yang berbeda akan memiliki nomor atom dan nomor massa yang berbeda pula. hal ini disebabkan karena nomor atom dilihat dari jumlah proton yang terdapat pada atom sedangkan nomor massa dilihat dari jumlah proton dan neutron yang terdapat pada atom tersebut. Isotop adalah atom-atom yang mempunyai nomor atom yang sama, tetapi massa atomnya berbeda. Nomor atom merupakan identitas dari atom, sehingga setiap atom yang mempunyai nomor atom yang sama maka unsurnya pun sama. Isobar adalah atom-atom yang mempunyai nomor atom yang berbeda tetapi massa atomnya sama.Isoton adalah atom-atom yang mempunyai jumlah neutron yang sama dari unsurunsur yang berbeda.

Teori atom Bohr

·        Elektron mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu yang stasioner yang disebut orbit/kulit. Walaupun elektron bergerak cepat tetapi elektron tidak memancarkan atau menyerap energi sehingga energi elektron konstan. Hal ini berarti elektron yang berputar mengelilingi inti atom mempunyai lintasan tetap sehingga elektron tidak jatuh ke inti.

·        Elektron dapat berpindah dari kulit yang satu ke kulit yang lain dengan memancarkan atau menyerap energi. Energi yang dipancarkan atau diserap ketika elektron berpindah-pindah kulit disebut foton.

Model atom Bohr tersebut dapat dianalogkan seperti sebuah tata surya mini. Pada tata surya, planet-planet beredar mengelilingi matahari. Pada atom, elektron-elektron beredar mengelilingi atom, hanya bedanya pada sistem tata surya, setiap lintasan (orbit) hanya ditempati 1 planet, sedangkan pada atom setiap lintasan (kulit) dapat ditempati lebih dari 1elektron.

Dalam model atom Bohr ini dikenal istilah konfigurasi elektron, yaitu susunan elektron pada  masing-masing kulit. Data yang digunakan untuk menuliskan konfigurasi elektron adalah nomor atom suatu unsur, di mana nomor atom unsur menyatakan jumlah elektron dalam atom unsur tersebut. Sedangkan elektron pada kulit terluar dikenal dengan sebutan elektron valensi. Susunan elektron valensi sangat menentukan sifat-sifat kimia suatu atom dan berperan penting dalam membentuk ikatan dengan atom lain.

Untuk menentukan konfigurasi elektron suatu unsur, ada beberapa patokan yang harus selalu diingat, yaitu:

·        Dimulai dari lintasan yang terdekat dengan inti, masing-masing lintasan disebut kulit ke-1 (kulit K), kulit ke-2 (kulit L), kulit ke-3 (kulit M), kulit ke-4 (kulit N), dan seterusnya.

·        Jumlah elektron maksimum (paling banyak) yang dapat menempati masing-masing kulit adalah:

2 n²

dengan n = nomor kulit

Kulit K dapat menampung maksimal 2 elektron.

Kulit L dapat menampung maksimal 8 elektron.

Kulit M dapat menampung maksimal 18 elektron, dan seterusnya.

·        Kulit yang paling luar hanya boleh mengandung maksimal 8 elektron.

Kelemahan teori atom Bohr:

·        Hanya mampu menjelaskan spektrum atom hidrogen tetapi tidak mampu menjelaskan spectrum atom yang lebih kompleks (dengan jumlah elektron yang lebih banyak).

·        Orbit/kulit elektron mengelilingi inti atom bukan berbentuk lingkaran melainkan berbentuk elips.

·        Bohr menganggap elektron hanya sebagai partikel bukan sebagai partikel dan gelombang, sehingga kedudukan elektron dalam atom merupakan kebolehjadian.

Kelebihan model atom Bohr
Atom terdiri dari beberapa kulit/subkulit untuk tempat berpindahnya electron dan atom membentuk suatu orbit dimana inti atom merupakan positif dan disekelilingnya terdapat elektron.

4.     Sifat Gelombang Benda: Mekanisme Gelombang

De Broglie kemudian juga mencocokkan elektron pada persamaan momentum dan panjang gelombang foton buatan Einstein. Hasilnya h=pλ. λ (panjang gelombang) ini ternyata tidak berlaku pada elektron dan gelombang saja, tapi pada seluruh benda di alam semesta. De Broglie tidak sembarangan dalam menyusun teorinya ini, dia mendasarkannya pada Teori Relativitas Khusus Einstein. Dengan teorinya ini, De Broglie berhasil memecahkan semua kebimbangan dalam fisika modern, kebingungan antara sifat gelombang dan sifat partikel benda. Dengan teori De Broglie ini, dia berhasil menjelaskan dualisme sifat cahaya. Cahaya memiliki sifat partikel, tapi cahaya juga memiliki sifat gelombang. Lebih jauh lagi, elektron juga demikian. Elektron punya sifat partikel, dan mungkin elektron juga punya sifat gelombang.

Tapi waktu itu teori De Broglie dianggap lalu begitu saja, karena tidak ada percobaan yang bisa membuktikannya. Barulah tiga tahun setelahnya, tahun 1927, teori De Broglie terbukti kebenarannya lewat percobaan. Dua orang fisikawan Amerika, Clinton Joseph Davisson (1881-1958) dan Lester Herbert Germer (1896-1971) membuktikan teori itu dengan percobaan lempengan nikel.

5.     Perputaran Elektron (Spin) dan Prinsip Pembatasan (Pauli)

Perputaran Elektron Spin (s)

Bilangan kuantum spin menggambarkan arah rotasi atau putaran elektron dalam satu orbital yang dinotasikan dengan s. Karena hanya ada 2 arah putaran yang mungkin yaitu searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam, maka setiap orbital memuat 2 elektron dengan arah rotasi yang berlawanan. Arah rotasi pertama ditunjukkan ke atas dengan notasi s = +½ atau rotasi searah dengan arah putaran jarum jam. Sedangkan arah ke bawah menunjukkan notasi s = -½ atau berlawanan dengan arah putaran jarum jam.

Asas larangan Pauli 

Pauli mengemukakan hipotesisnya yang menyatakan bahwa dalam satu atom tidak mungkin dua elektron mempunyai keempat bilangan kuantum sama. Misal, 2 elektron akan menempati subkulit 1s. Tiga bilangan kuantum pertama akan mempunyai nilai yang sama (n = 1, l = 0, m = 0). Untuk itu bilangan kuantum yang terakhir, yaitu bilangan kuantum spin(s) harus mempunyai nilai berbeda ( + 1/2 atau -1/2 ).

Dengan kata lain, setiap orbital maksimal hanya dapat terisi 2 elektron dengan arah spin berlawanan. Sebagai contoh, pengisian elektron pada orbital 1s digambarkan sebagai berikut.

Mengapa pada satu orbital hanya dapat ditempati maksimal oleh dua elektron? Karena jika ada elektron ketiga, maka elektron tersebut pasti akan mempunyai spin yang sama dengan salah satu elektron yang terdahulu dan itu akan melanggar asas larangan Pauli dengan demikian tidak dibenarkan. Jumlah elektron maksimal untuk tiap subkulit sama dengan dua kali dari jumlah orbitalnya.

• orbital s maksimal 2 elektron
• orbital p maksimal 6 elektron
• orbital d maksimal 10 elektron, dan
• orbital f maksimal 14 elektron.

6.     Konfigurasi Elektron Usur-Unsur

Konfigurasi elektron adalah susunan penyebaran (pengisian) elektron-elektron dalam. Lintasan peredaran elektron ini disebut juga kulit elektron. Kulit pertama yang terdekat dengan inti atom disebut kulit K, kemudian kulit kedua disebut kulit L, kulit ketiga disebut kulit M, dan seterusnya berurut berdasarkan alfabet sebagaimana kulit menjauhi inti atom. Kulit elektron ini juga dapat dinyatakan dengan bilangan kuantum utama (n), dimulai dari 1 untuk kulit K, 2 untuk kulit L, dan seterusnya.

Semakin besar nilai n, semakin jauh kulit elektron dari inti atom dan semakin besar energi elektron yang beredar di kulit terkait. Elektron-elektron akan mengisi kulit-kulit elektron pada atom dimulai dari kulit K yang merupakan level energi terendah. Setiap kulit elektron hanya dapat terisi sejumlah tertentu elektron. Jumlah maksimum elektron yang dapat terisi pada kulit elektron ke-n adalah 2n². Namun, jumlah maksimum elektron pada kulit terluar dari suatu atom adalah 8.

Untuk atom unsur golongan transisi, konfigurasi elektron nya tidak dapat ditentukan dengan metode penentuan berdasarkan kulit elektron untuk atom unsur golongan utama seperti di atas. Penentuan konfigurasi elektron atom unsur golongan transisi didasarkan pada orbital atom. Setiap orbital dalam atom akan ditandai dengan satu set nilai bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimuth (l), dan bilangan kuantum magnetik (m) yang khusus. Lalu, setiap orbital maksimum terisi 2 elektron, yang masing-masing memiliki bilangan kuantum spin (s) tersendiri. Keempat bilangan kuantum tersebut digunakan untuk men-‘deskripsi’-kan energi elektron, sebagaimana seperti ‘alamat’ elektron dalam sebuah atom untuk menemukan keberadaan elektron dalam atom tersebut.

Cara Menuliskan Konfigurasi Elektron

Saat menulis konfigurasi elektron hal yang pertama kali sobat tulis adalah tingkat energi kemudian subkulit dan terakhir jumlah elektron yang mengisinya (ditulis subscript). Ada tiga metode utama yang dapat sobat pakai untuk menuliskan konfigurasi elektron yaitu

1.     Cara Orbital Diagram

2.     Notasi spdf

3.     Notasi Gas Mulia

Diagram Orbital

Diagram orbital adalah cara visual untuk merekonstruksi konfigurasi dengan menunjukkan masing-masing orbital secara terpisah berikut putaran elektronnya. Cara ini dilakukan dengan terlebih dahulu menentukan subkulit (s, p, d, atau f) kemudian baru menuliskan elektron sesuai aturan-aturan yang disebutkan di atas.

Contoh
Coba sobat tuliskan konfigurasi elektron dari alumunium?

Jika melihat ke tabel periodik unus alumunium berada di periode 3 dengan nomor atom 13. Ia berada di blok p. Jadi konfigurasi elektronnya subkulit terakhirnya pasti 3p. Alumunium akan mengsisi penuh orbital 1s, 2s, 2p, dan 3s sebanya  12 elektron (2+2+6+2). Jadi sisa 1 elektron akan mengisi sub kulit 3p.

Cara Notasi SPDF

Cara berikutnya untuk menuliskan konfigurasi elektron adalah menggunakan notasi spdf. Notasi spdf ini adalah cara yang paling umum dan paling sering kita gunakan. Meskipun dengan cara ini kita tidak memakai diagram tapi jumlah elektron untuk setiap tingka energi dituliskan dalam angka subscript yang mengikuti tingkat energinya. Misalkan ada notasi spdf 1s² ini menunjukkan pada tingat energi 1s terisi penuh (2 elektron) dan merujuk pada konfigurai atom helium.

Contoh

Tuliskan konfigurasi unsur Seng (Z = 30)

Zinc adalah unsur yang berada di blok d maka konfigurai elektronnya jika dituliskan menggunakan notasi spdf adalaah

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰

Notasi Gas Mulia

Gas mulia memiliki konfigurasi-konfigurasi elektron yang paling stabil dalam artian semua subkulit mereka akan terus terisi penuh. Dengan demikian ia bisa digunakan sebagai alat bantu untuk menuliskan konfigurasi elektron dengan notasi yang lebih pendek dan praktis dibandingkan dengan notasi spdf. Cara menuliskannya adalah menuliskan lambang unsur gas mulia di dalam kurung siku sebagai pengganti konfigurasi gas mulia tersebut diikuti dengan konfigurasi sisanya.

Contoh

Pada poin sebelumnya kita sudah mencari konfigurasi elektron dari unsur Zinc sebagai berikut:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰

ternyata eh ternyata

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ adalah konfigurasi dari unsur Ar

Jadi sobat bisa menuliskan konfigurasi elektron  dengan lebih pendek menjadi

[Ar] 4s² 3d¹⁰

7.     Susunan Berkala dan Konfigurasi Elektron

Bentuk dari tabel periodik berkaitan dengan konfigurasi elektron masing-masing atom yang terdapat disana. Contohnya, semua golongan ke-2 tabel periodik memiliki konfigurasi elektron [E] ns² (dimana [E] merupakan konfigurasi gas mulia) dan memiliki kesamaan sifat kimia. Umumnya, perioditas tabel periodik dalam blok tabel periodik bergantung pada jumlah elektron yang diperlukan untuk mengisi subkulit s, p, d, dan f.

Kulit elektron terluar sering disebut “elektron valensi” dan menentukan sifat kimia. Harus diingat bahwa kemiripan sifat kimia telah ada lebih dari satu abad sebelum teori konfigurasi elektron. Belum jelas seberapa jauh aturan Madelung menjabarkan (bukan hanya menjelaskan) tabel periodik. Meski beberapa sifat jelas berbeda dengan perbedaan urutan pengisian orbital.

Menentukan Golongan dan Periode Tabel Periodik Suatu Unsur dengan Konfigurasi Elektron

Konfigurasi elektron juga dapat digunakan untuk menentukan letak suatu unsur pada tabel periodik. Periode suatu unsur sama dengan nomor kulit terbesarnya. Golongan suatu unsur ditentukan dengan menggunakan tabel seperti dibawah.

Bila subkulit terakhirnya pada s atau p maka unsur tersebut termasuk golongan A (utama). Sedangkan bila subkulit terakhirnya pada d maka unsur tersebut termasuk golongan B (transisi).

Berikut adalah contoh menentukan golongan dan periode suatu unsur dengan konfigurasi elektron:

₂₄Cr = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d⁵

Berdasarkan konfigurasi elektron diatas, maka letak unsur adalah pada golongan VI B periode 4.

8.     Bentuk Orbital Atom

Orbital atom adalah sebuah fungsi yang menggambarkan perilaku dari elektron. Orbital juga sering disebut sebagai volume ruang atau ruang tiga dimensi dimana 95% kemungkinan elektron ditemukan di ruang tiga dimensi tersebut (probabilitas 95%). Ada 4 jenis orbital yaitu orbital s, P, d, dan f.

Kedudukan Elektron

hal pertama yang harus sobat ingat bahwa elektron mengisi orbital mulai dari tingkat energi yang paling rendah yaitu yang paling dekat dengan inti atom berlanjut ketingkat energi yang lebih tinggi menjauhi inti atom. Urutan pengisian penuh orbital sebagai berikut

1s, 2s, 2 p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4 p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5 d, 6 p, 7s, 5f, 6 d, dan 7 p

Untuk lebih mudah mengingat pola orbital elektron tersebut sobat bisa menggunakan garis miring berikut untukk menentukan subkulit yang berhubungan satu dengan lainnya.

Orbital dan Bilangan Kuantum

• Bilangan kuantum utama (n) mendeskripsikan ukuran dan tingkat energi orbital. Semakin besar nilai n, maka semakin besar ukuran orbital dan semakin tinggi tingkat energinya. Nilai n yang diperbolehkan adalah bilangan bulat positif (1, 2, 3, dan seterusnya).
• Bilangan kuantum azimuth (l) mendeskripsikan bentuk orbital. Nilai l yang diperbolehkan adalah bilangan bulat dari 0 hingga n − 1.
• Bilangan kuantum magnetik (m_l) mendeskripsikan orientasi orbital. Nilai m_l yang diperbolehkan adalah bilangan bulat dari −l hingga +l.
• Bilangan kuantum spin (m_s) mendeskripsikan arah spin elektron dalam orbital. Nilai m_s yang diperbolehkan adalah +½ atau −½.