Konfigurasi elektron merupakan susunan elektron dari suatu atom yang didasarkan pada orbitalnya. Lalu, bagaimana cara mencari konfigurasi elektron?
(Ilustrasi: idschool.net)
Dalam Kimia, kalian tentu sering melihat berbagai cairan berwarna-warni. Namun, tahukah kalian? Tidak semua zat kimia memiliki warna yang menarik. Hanya zat kimia dengan diagram orbital dan konfigurasi elektron tertentu saja yang memiliki warna yang menarik.
Sebelum belajar mengenai konfigurasi elektron, seperti yang sudah kalian tahu bahwa atom terdiri atas kulit atom dan inti atom. Di dalam inti atom, terdapat neutron dan proton. Sementara itu, di dalam kulit atom tersusun atas subkulit atom yang terbagi lagi menjadi beberapa orbital. Nah, dalam orbital inilah distribusi elektron dapat kalian temukan.
Pengertian Konfigurasi Elektron
Konfigurasi elektron merupakan susunan elektron-elektron dari suatu atom yang didasarkan pada orbital atau kulitnya. Seperti yang sudah kalian ketahui, di dalam sebuah atom terdapat partikel subatomik yang terdiri dari neutron dan proton dan terletak pada inti atom.
Selain itu, ada juga elektron yang terus bergerak mengelilingi inti atom dengan level energi tertentu. Nah, lintasan yang digunakan pada peredaran elektron inilah yang kemudian disebut dengan kulit elektron. Kulit atom ini terdiri dari beberapa tingkatan, mulai dari kulit terdalam hingga kulit terluar.
Kulit atom pertama yang paling dengan inti atom yaitu kulit K. Sementara itu, kulit kedua disebut dengan kulit L, kulit ketiga kita kenal dengan kulit M, dan begitu seterusnya. Penamaan kulit atom ini diurutkan berdasarkan alfabet dan dimulai dari huruf K.
Cara lain untuk menyatakan letak kulit atom yaitu menggunakan bilangan kuantum utama. Untuk kulit pertama atau kulit K bilangan kuantumnya yaitu 1, sedangkan untuk kulit L bilangan atomnya 2, begitu pun seterusnya.
Semakin besar nilai bilangan kuantumnya, itu berarti semakin besar jauh juga jarak dari kulit atom ke inti atom. Hal itu juga berarti semakin besar pula energi elektron yang beredar pada kulit tersebut. Kulit elektron terluar yang memiliki level energi paling rendah ini akan terisi lebih dahulu.
Pengisian elektron untuk masing-masing kulit atom ini tidak dapat sembarangan. Masing-masing kulit elektron hanya dapat diisi dengan jumlah tertentu saja. Jumlah maksimum elektron untuk masing-masing kulit terluar yaitu . Sementara itu, untuk kulit terluarnya hanya dapat diisi oleh 8 elektron saja.
Agar lebih jelas, kalian dapat melihat ilustrasi pada gambar berikut ini.
(Ilustrasi: studiobelajar.com)
Konfigurasi Elektron untuk Berbagai Unsur
Berikut adalah tabel konfigurasi elektron untuk beberapa unsur yang ada pada sistem periodik unsur.
| Nama Unsur | Nomor Atom | Konfigurasi Elektron | Nama Unsur | Nomor Atom | Konfigurasi Elektron |
| Hidrogen (H) | 1 | 1 | Fosfor (P) | 15 | 2 8 5 |
| Helium (He) | 2 | 2 | Sulfur (S) | 16 | 2 8 6 |
| Lithium (Li) | 3 | 2 1 | Klorin (Cl) | 17 | 2 8 7 |
| Beryllium (Be) | 4 | 2 2 | Argon (Ar) | 18 | 2 8 8 |
| Boron (B) | 5 | 2 3 | Kalium (K) | 19 | 2 8 8 1 |
| Karbon (C) | 6 | 2 4 | Kalsium (Ca) | 20 | 2 8 8 2 |
| Nitrogen (N) | 7 | 2 5 | Skandium (Sc) | 21 | 2 8 9 2 |
| Oksigen (O) | 8 | 2 6 | Titanium (Ti) | 22 | 2 8 10 2 |
| Fluorin (F) | 9 | 2 7 | Kromium (Cr) | 24 | 2 8 13 1 |
| Neon (Ne) | 10 | 2 8 | Tembaga (Cu) | 29 | 2 8 18 1 |
| Natrium (Na) | 11 | 2 8 1 | Seng (Zn) | 30 | 2 8 18 2 |
| Magnesium (Mg) | 12 | 2 8 2 | Gallium (Ga) | 31 | 2 8 18 3 |
| Alumunium (Al) | 13 | 2 8 3 | Timah (Sn) | 50 | 2 8 18 18 4 |
| Silikon (Si) | 14 | 2 8 4 | Bismuth (Bi) | 83 | 2 8 18 32 18 5 |
Untuk unsur-unsur yang ada pada golongan transisi tidak dapat ditentukan konfigurasi elektronnya dengan cara di atas.
Bilangan Kuantum
Dalam menentukan konfigurasi elektron unsur-unsur yang ada pada golongan transisi ini berdasarkan pada orbital atom. Masing-masing orbital atom tersebut akan ditandai dengan satu set bilangan kuantum azimut (l), magnetik (m), dan utama (n).
Kemudian, orbital-orbital tersebut hanya dapat diisi oleh 2 buah elektron saja dan masing-masing elektronnya akan memiliki bilangan kuantum spin (s) yang berbeda. Keempat bilangan kuantum yang ada pada suatu orbital akan digunakan untuk mendeskripsikan besarnya energi elektron.
Selain itu juga berguna untuk menentukan keberadaan elektron pada atom tersebut. Bilangan kuantum utama (n) akan mendeskripsikan tingkat energi dan juga ukuran orbital. Bilangan kuantum utama juga disebut sebagai kulit atom dan hanya berisi bilangan bulat positif saja.
Berbeda dengan bilangan kuantum utama (n), pengisian pada bilangan kuantum azimut (l) hanya boleh dengan angka 0 dan -1 saja. Bilangan kuantum azimuth ini mendeskripsikan bentuk dari orbital atom. Bilangan kuantum azimuth ini juga dikenal sebagai subkulit atom.
l=0 berarti subkulit s
l=1 berarti subkulit p
l=2 berarti sub kulit d, dan
l=3 berarti sub kulit f
Sementara itu, bilangan kuantum magnetik (m) yang dapat mendeskripsikan suatu orientasi orbital hanya boleh diisi dengan angka -1 dan +1 saja. Bilangan kuantum magnetik ini juga dapat menunjukkan sistem orbital atom.
l=0 memiliki 1 orbital, yaitu m=0
l=1 memiliki 3 orbital, yaitu m=-1, m=0, dan m=+1
l=2 memiliki 5 orbital, yaitu m=-2, m=-1, m=0, m=+1, m=+2
l=3 memiliki 7 orbital, yaitu m=-3, m=-2, m=-1, m=0, m=+1, m=+2, m=+3
Untuk bilangan kuantum spin (s) dapat menjelaskan mengenai arah spin dari suatu elektron dalam orbital. Bilangan kuantum spin ini memiliki nilai +1/2 atau -1/2.
Diagram Orbital
Dalam menyusun konfigurasi elektron akan digunakan diagram orbital. Diagram orbital ini berfungsi untuk memperlihatkan distribusi dari susunan elektron pada orbital yang ada pada suatu subkulit. Sama halnya dengan konfigurasi elektron, alasan suatu zat kimia memiliki warna juga dapat diketahui melalui diagram orbital.
Dengan adanya diagram orbital, kalian dapat mengetahui alasan mengapa unsur kimia tersebut memiliki warna hijau, ungu, atau bahkan tidak memiliki warna sekalipun. Meskipun, unsur tersebut termasuk ke dalam logam transisi.
Sebagai contoh, unsur Zn, salah satu logam transisi yang tidak memiliki warna. Jika digambar diagram orbitalnya, maka akan terlihat berbeda dibandingkan dengan diagram orbital dari logam transisi lainnya yang memiliki warna.
Penggambaran diagram orbital ini menggunakan bentuk persegi yang berisi 2 garis setengah panah yang saling berlawanan. Garis setengah panah tersebut akan mewakili satu elektron. Saat suatu orbital hanya berisi satu elektron saja, maka anak panah tertulis haruslah anak panah yang menghadap ke atas.
Nah, berikut adalah contoh penggunaan diagram orbital.
(Ilustrasi: brainly.co.id)
Pada subkulit s hanya memiliki 1 orbital saja, sedangkan subkulit p memiliki 3 buah orbital. Jumlah orbital untuk subkulit d sendiri yaitu 5 orbital dan 14 orbital untuk subkulit f. Nah, pengisian orbital-orbital ini tidak bisa sembarangan, ada beberapa aturan yang harus kalian ikuti.
Aturan Penentuan Konfigurasi Elektron
Dalam menentukan konfigurasi elektron pada suatu orbital kalian dapat menggunakan beberapa aturan. Aturan konfigurasi elektron tersebut, yaitu:
1. Asas aufbau
Kata aufbau sendiri berasal dari bahasa Jerman yang memiliki arti meningkat. Menurut asas aufbau, elektron akan menempati orbital-orbital dengan tingkat energi paling rendah terlebih dahulu. Saat orbital atau subkulit dengan energi paling rendah sudah penuh, elektron baru akan menempati orbital dengan tingkat energi lebih tinggi.
Itu berarti, elektron akan menempati orbital dengan urutan 1s, 2s, 2p, dan begitu juga seterusnya. Untuk urutan pengisian konfigurasi elektron aufbau secara lebih lengkap dapat kamu lihat pada gambar berikut.
(Ilustrasi: amru.id)
Dari gambar di atas, diperoleh bahwa untuk subkulit s maksimal akan berisi 2 elektron dan subkulit p paling banyak berisi 6 elektron. Sementara itu, untuk subkulit d maksimal hanya dapat berisi 10 elektron saja dan subkulit f maksimum dapat diisi dengan 14 elektron.
Sebagai contoh misalnya atom Ne7. Konfigurasi elektron untuk atom ini yaitu 1s² 2s² 2p³. Perhatikan pangkat dari konfigurasi elektron tersebut. Jika dijumlahkan, berarti 2+2+3=7. Dapat terlihat bahwa jumlah dari semua pangkat pada konfigurasi elektron tersebut sama dengan muatan pada atom tersebut.
2. Aturan Hund
Aturan Hund pertama kali ditemukan oleh Friedrich Hund, ahli kimia dari Jerman. Kaidah Hund ini digunakan saat kalian mengisi elektron-elektron yang ada pada orbital subkulit, yaitu s, p, d, dan f.
Menurut kaidah ini, tidak mungkin berpasangan jika orbital-orbital yang ada pada subkulit belum terisi satu elektron. Jadi, saat ada orbital yang memiliki tingkat energi sama, konfigurasi elektron paling rendahnya yaitu yang tidak memiliki pasangan, tetapi memiliki spin paralel terbanyak.
Berikut adalah cara penulisan konfigurasi elektron yang benar menurut kaidah Hund.
(Ilustrasi: ePanitra.com).
3. Asas Larangan Pauli
Wolfgang Paulli mengemukakan pendapatnya mengenai aturan yang digunakan dalam konfigurasi elektron pada tahun 1925 yang kemudian dikenal dengan asas larangan Pauli. Asas larangan Pauli menyebutkan bahwa dalam suatu atom tidak akan mungkin memiliki dua elektron dengan empat bilangan kuantum sama.
Masing-masing orbital paling banyak hanya dapat diisi oleh dua buah elektron dengan spin yang berbeda. Jadi, saat ada dua elektron dengan bilangan kuantum sama dan keduanya juga berada pada orbital yang sama, kedua elektron tersebut wajib mempunyai bilangan spin berbeda.
Sebagai contoh, pada orbital 1s yang ditempati oleh 2 elektron, maka elektron pertamanya akan menempati posisi n=1, l=0, m=0 dan s=+½. Sementara untuk elektron keduanya akan menempati posisi n=1, l=0, m=0, dan s=-½.
Dari contoh di atas dapat terlihat bahwa kedua elektron memiliki nilai n, l, dan m sama, tetapi spin yang dimiliki kedua elektron berbeda.
4. Aturan penuh dan setengah penuh
Aturan ini digunakan sebagai acuan dalam mengisi elektron yang ada pada sub kulit d. Menurut aturan ini, elektron yang berisi setengah penuh (d5) dan berisi penuh (d10) cenderung akan lebih stabil. Sebagai contoh, atom Cr24. Konfigurasi elektron untuk [Ar] 4s13d5 ini akan cenderung lebih stabil dibandingkan dengan [Ar]4s23d4 .
Contoh Konfigurasi Elektron
Berikut adalah beberapa contoh untuk mencari konfigurasi elektron. Misal, diketahui Ni (Z=28) dan Sr (Z=38). Konfigurasi elektron untuk Ni (Z=28) yaitu 1s22s22p63s23p64s23d8 atau bisa ditulis dengan [Ar] 4s23d8dengan k=2, l=8, m=16, dan n=2.
Sementara itu, untuk Sr (Z=38) maka konfigurasi elektronnya yaitu 1s22s22p63s23p64s23d104p65s2. Konfigurasi elektron pada unsur Sr tersebut juga dapat ditulis [Kr] 5s2dengan k=2, l=8, m=18, n=8, dan o=2.
Anomali Konfigurasi Elektron
Berdasarkan sebuah eksperimen, ditemukan bahwa aturan pada konfigurasi elektron seperti yang sudah disebutkan di atas memiliki beberapa anomali atau pengecualian. Salah satunya yaitu subkulit d akan lebih bertendensi untuk terisi penuh atau setengah penuh. Sebagai contoh yaitu pada unsur Cu dan Cr.
Jika mengikuti aturan aufbau, konfigurasi elektron dari kedua unsur tersebut seharusnya yaitu:
Cu (Z=29): [Ar]4s23d9dan Cr (Z=24): [Ar] 4s23d4
Namun pada faktanya, konfigurasi elektron yang sesungguhnya terjadi ini berbeda. Perbedaan tersebut terletak pada sub kulit yang paling luarnya. Untuk rumus konfigurasi elektron kedua unsur tersebut yang sesungguhnya yaitu:
Cu (Z=29): [Ar] 4s23d10 dan Cr (Z=24): [Ar] 4s23d5
Dari ilustrasi di atas dapat terlihat bahwa satu elektron yang ada pada orbital 4s akan berpindah ke orbital 3d. Padahal, sudah kalian ketahui bahwa orbital 3d memiliki tingkat energi yang lebih tinggi dibanding dengan orbital 4s.
Namun, hal ini dapat terjadi karena perpindahan elektron pada orbital 4s menuju orbital 3d bertujuan untuk meningkatkan kestabilan pada unsur-unsur tersebut. Kalian dapat melihat ilustrasi berikut agar lebih jelas.
(Ilustrasi: bisakimia.com)
Dari ilustrasi di atas, terlihat bahwa orbital 3d akan jauh lebih seimbang. Hal ini dikarenakan orbital d dapat terisi secara merata.
FAQ
Jadi, konfigurasi elektron merupakan susunan elektron dari suatu atom yang didasarkan pada kulit atom atau orbitalnya. Konfigurasi elektron ini dapat digambarkan dengan diagram orbital. Namun, dalam penggambarannya tidak boleh sembarangan. Ada beberapa aturan yang harus kalian ikuti.Nah, itulah tadi beberapa pembahasan mengenai konfigurasi elektron.
Agar lebih memudahkan kalian dalam memahami dan mengingat materi di atas, kalian dapat melihat video pada video dibawah ini.
Video Pembelajaran Konfigurasi Elektron
Sumber video tertera didalam video