BAHAN AJAR KIMIA KONFIGURASI ELEKTRON DAN BILANGAN KUANTUM
CHEMISTRY IS FUN
Oleh : Hana Nazelia AfrianI
1 | Konfigurasi Kuantum
Elektron
dan
Bilangan
CHEM-IS-TRY
KONFIGURASI ELEKTRON
Konfigurasi elektron adalah susunan elektron suatu atom berdasarkan kulit-kulit atom tersebut. Atau dengan kata lain konfigurasi elektron menggambarkan distribusi elektron dalam orbital-orbital atom. Aturan-aturan penulisan konfigurasi electron a. Asas Aufbau Pengisian orbital selalu dimulai dari subkulit dengan tingkat energi yang lebih rendah kemudian ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Jadi, pengisian orbital dimulai dari orbital 1s, kemudian 2s, 2p dan seterusnya. a. Asas Larangan Pauli Pada tahun 1926, Wolfgang Pauli mengemukakan bahwa tidak ada dua elektron dalam satu atom yang boleh mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama. Dua elektron yang menempati satu orbital harus mempunyai spin yang berbeda. Kedua elektron tersebut dapat dinyatakan dengan diagram sebagai berikut:
↿⇂
Jadi, jumlah maksimum elektron pada setiap subkulit sama dengan dua kali jumlah orbitalnya.
2 | Konfigurasi Kuantum
Elektron
dan
Bilangan
CHEM-IS-TRY
Subkulit s (1 orbital) maksimum 2 elektron Subkulit p (3 orbital) maksimum 6 elektron Subkulit d (5 orbital) maksimum 10 elektron Subkulit f (7 orbital) maksimum 14 elektroN b. Kaidah Hund Pada pengisian orbital-orbital dari satu subkulit, mula-mula elektron menempati orbital secara sendiri-sendiri dengan spin yang paralel, baru kemudian berpasangan. Hal ini meminimalkan tolak-menolak antara elektron tersebut. Contoh: 7N
= 1𝑠 2 2𝑠 2 2𝑝3 ↿⇂ ↿⇂ ↿⇂ ↿
salah
↿⇂ ↿⇂ ↿ ↿ ↿
benar
Cara penulisan konfigurasi elektron 1. Urutan dimulai dari tingkat energi terendah Contoh: Sc (Z=21) : 1𝑠 2 2𝑠 2 2𝑝6 3𝑠 2 3𝑝6 4𝑠 2 3𝑑1 2. Menyingkat penulisan dengan menggunakan konfigurasi elektron gas mulia Contoh: Ne (Z=10) : 1𝑠 2 2𝑠 2 2𝑝6 Na (Z=11) : 1𝑠 2 2𝑠 2 2𝑝6 3𝑠1 Konfigurasi Na dapat ditulis: Na (Z=11) : [Ne] 3𝑠1 3. Kestabilan subkulit d yang terisi penuh atau setengah penuh Terdapat beberapa penyimpangan pengisian elektron berdasarkan asas aufbau dengan yang ditemukan berdasarkan percobaan. Contohnya ialah konfigurasi elektron kromium (Z=24) dan tembaga (Z=29). Konfigurasi elektron Cr dan Cu berdasarkan asas aufbau adalah sebagai berikut:
3 | Konfigurasi Kuantum
Elektron
dan
Bilangan
CHEM-IS-TRY
Cr (Z=24) : [Ar] 3𝑑4 4𝑠 2 Cu (Z=29) : [Ar] 3𝑑9 4𝑠 2 Konfigurasi elektron Cr dan Cu berdasarkan percobaan adalah : Cr (Z=24) : [Ar] 3𝑑5 4𝑠1 Cu (Z=29) : [Ar] 3𝑑10 4𝑠1 Konfigurasi dengan subkulit d yang terisi penuh (d10)atau setengah penuh (d5) lebih stabil. 4. Konfigurasi elektron ion Ion tunggal yang bermuatan +x terbentuk dari atom netralnya dengan melepas x elektron. Elektron yang dilepas merupakan elektron dari kulit terluar. Al (Z=13) : 1𝑠 2 2𝑠 2 2𝑝6 3𝑠 2 3𝑝1 Al3+
: 1𝑠 2 2𝑠 2 2𝑝6
Ion tunggal yang bermuatan -x terbentuk dari atom netralnya dengan menyerap x elektron. Elektron yang diserap mengisi orbital dengan tingkat energi terendah yang belum penuh. Cl (Z=17) : [Ne] 3𝑠 2 3𝑝5 Cl-
: [Ne] 3𝑠 2 3𝑝6 (jumlah elektron 18)
4 | Konfigurasi Kuantum
Elektron
dan
Bilangan
CHEM-IS-TRY
BILANGAN KUANTUM Bilangan kuantum digunakan untuk menyatakan kedudukan (tingkat energi, bentuk serta orientasi) suatu orbital. Ada 4 macam bilangan kuantum yakni bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimuth (l), bilangan kuantum magnetik (ml atau m) dan bilangan kuantum spin (ms atau s). a. Bilangan Kuantum Utama (n) Bilangan kuantum utama menyatakan tingkat energi utama atau kulit atom. Bilangan kuantum utama memiliki harga mulai dari 1, 2, 3, 4, dan seterusnya (bilangan bulat positif) dan dinyatakan dengan lambang K,L, M, N dan seterusnya. Orbital-orbital dengan bilangan kuantum utama berbeda, mempunyai tingkat energi yang berbeda.
Bilangan kuantum (n)
1
2
3
4
dan seterusnya
Lambang kulit
K
L
M
N
dan seterusnya
Jumlah electron
2
8
18
32
dan seterusnya
Semakin besar nilai n, semakin besar pula tingkat energinya. Kulit yang ditempati elektron bergantung pada energi elektron itu. Pada keadaan normal elektron akan mengisi kulit-kulit dengan tingkat energi terendah, yaitu dimulai dari kulit K, kemudian L, dan seterusnya. a. Bilangan Kuantum Azimuth (l) Bilangan kuantum azimuth menyatakan subkulit. Nilai-nilai untuk bilangan kuantum azimuth dikaitkan dengan nilai bilangan kuantum utamanya, yaitu semua bilangan bulat dari 0 (nol) hingga (n-1). l = 0 – (n-1)
5 | Konfigurasi Kuantum
Elektron
dan
Bilangan
CHEM-IS-TRY
misal: untuk n=1 (kulit K) maka nilai l yang dimungkinkan adalah l = 0 (1 subkulit)
Nilai l
0
1
2
3
Lambang subkulit
S
P
d
F
Oleh karena nilai l selalu dimulai dari 0, 1 dan seterusnya maka l = 0 (subkulit s) terdapat pada semua kulit. Nilai l Nilai n
S
P
F
D
1
1s
2
2s
2p
3s
3p
3d
4
4s
4p
4d
4f
5
5s
5p
5d
5f
6
6s
6p
6d
7
7s
7p
3
b. Kuantum Magnetik (ml atau m) Bilangan kuantum magnetik menyatakan orbital khusus mana yang ditempati elektron pada suatu subkulit atau juga menyatakan orientasi khusus dari orbital itu dalam ruang relatif terhadap inti. Nilai bilangan kuantum
6 | Konfigurasi Kuantum
Elektron
dan
Bilangan
CHEM-IS-TRY
magnetik bergantung pada nilai bilangan kuantum azimuth, yaitu semua bilangna bulat mulai dari –l sampai dengan +l termasuk 0. Nilai m = -l , 0 , hingga +l Jika l = 0, maka nilai m = 0, berarti hanya terdapat satu orbital Jika l = 1, maka nilai m = -1, 0, +1, berarti terdapat 3 orbital Jika l = 2, maka nilai m = -2, -1, 0, +1, -2, berarti terdapat 5 orbital Susunan orbital-orbital dalam satu subkulit dapat dinyatakan dengan diagram orbital sebagai berikut: Subkulit
: s
Diagram orbital
:
Nilai m
: 0
p
-1 0 +1
d
f
-2 -1 0 +1 +2
-3 -2 -1 0 +1 +2 +3
Bentuk-bentuk orbital: 1. Orbital s 2. Orbital p 3. Orbital d 4. Orbital f c. Bilangan Kuantum Spin (msatau s)
7 | Konfigurasi Kuantum
Elektron
dan
Bilangan
CHEM-IS-TRY
Sambil beredar mengitari inti, elektron juga berputar pada sumbunya. Gerak berputar pada sumbu ini disebut rotasi. Hanya ada dua kmungkinan arah rotasi elektron, yaitu searah atau berlawanan arah dengan jarum jam. Kedua arah yang berbeda itu dinyatakan dengan bilangan kuantum yang keempat yaitu 1
1
bilangan kuantum spin (s) dengan nilai s = +2 dan s = -2. Jadi, satu orbital hanya dapat ditempati oleh maksimum dua elektron. Kedua elektron tersebut harus memiliki spin yang berlawanan arah sehingga menghasilkan medan magnet yang berlawanan pula. Medan magnet yang berlawanan ini diperlukan untuk mengimbangi gaya tolak-menolak listrik yang ada (karena bermuatan sejenis). Kesimpulan: 1. Bilangan kuantum utama menyatakan kulit utamanya 2. Bilangan kuantum azimuth menyatakan subkulitnya 3. Bilangan kuantum magnetik menyatakan orbitalnya 4. Bilangan kuantum spin menyatakan spin atau arah rotasinya SOAL 1. Atom 21Sc mempunyai elektron pada kulit ke 3 sebanyak berapa ? 2. Elektron terakhir dari atom unsur mempunyai bilangan kuantum n= 3 l = 2 m = -2
s = -1/2
maka nomor atomnya adalah .................... 3. Jumlah elektron dalam atom Cl yang memiliki bilangan kuantum l = 1 , adalah 4. Tentukan bilangan kuantum utama, azimut, magnetik, dan spin a.
15P
b.
61Pm
c.
44Ru
d.
24Cr
e.
19K
f.
24X
8 | Konfigurasi Kuantum
Elektron
dan
Bilangan
CHEM-IS-TRY
g.
29Cu
9 | Konfigurasi Kuantum
Elektron
dan
Bilangan
CHEM-IS-TRY
