Konfigurasi Elektron Atom Polielektron (Pengantar)

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