Aturan dalam konfigurasi elektron

KONFIGURASI ELEKTRON BERDASARKAN KONSEP BILANGAN KUANTUM

Konfigurasi elektron menggambarkan penataan/susunan elektron dalam atom. Dalam menentukan konfigurasi elektron suatu atom, ada 3 aturan yang harus dipakai, yaitu : Aturan Aufbau, Aturan Pauli, dan Aturan Hund.

1. Aturan Aufbau

Pengisian orbital dimulai dari tingkat energi yang rendah ke tingkat energi yang tinggi. Elektron mempunyai kecenderungan akan menempati dulu subkulit yang energinya rendah. Besarnya tingkat energi dari suatu subkulit dapat diketahui dari bilangan kuantum utama (n) dan bilangan kuantum azimuth ( l ) dari orbital tersebut. Orbital dengan harga (n + l) lebih besar mempunyai tingkat energi yang lebih besar. Jika harga (n + l) sama, maka orbital yang harga n-nya lebih besar mempunyai tingkat energi yang lebih besar. Urutan energi dari yang paling rendah ke yang paling tinggi sebagaimana digaram yang dibuat oleh Mnemonik Moeler

2. Aturan Pauli (Eksklusi Pauli)

Aturan ini dikemukakan oleh Wolfgang Pauli pada tahun 1926. Yang menyatakan “Tidak boleh terdapat dua elektron dalam satu atom dengan empat bilangan kuantum yang sama”. Orbital yang sama akan mempunyai bilangan kuantum n, l, m, yang sama tetapi yang membedakan hanya bilangan kuantum spin (s). Dengan demikian, setiap orbital hanya dapat berisi 2 elektron dengan spin (arah putar) yang berlawanan. Jadi, satu orbital dapat ditempati maksimum oleh dua elektron, karena jika elektron ketiga dimasukkan maka akan memiliki spin yang sama dengan salah satu elektron sebelumnya.

3. Aturan Hund

Aturan ini dikemukakan oleh Friedrick Hund Tahun 1930. yang menyatakan “elektron-elektron dalam orbital-orbital suatu subkulit cenderung untuk tidak berpasangan”.

Elektron-elektron baru berpasangan apabila pada subkulit itu sudah tidak ada lagi orbital kosong.

Untuk menyatakan distribusi elektron-elektron pada orbital-orbital dalam suatu subkulit, konfigurasi elektron dituliskan dalam bentuk diagram orbital.

Suatu orbital digambarkan dalam bentuk kotak, sedangkan elektron yang menghuni orbital digambarkan dengan dua anak panah yang berlawanan arah. Jika orn=bital hanya mengandung satu elektron, maka anak panah yang ditulis mengarah ke atas.

Dalam menerapkan aturan hund, maka kita harus menuliskan arah panah ke atas terlebih dahulu pada semua kotak, baru kemudian diikuti dengan arah panah ke bawah jika masihterdapat elektron sisanya.

4. Aturan Penuh Setengah Penuh

Sifat ini berhubungan erat dengan hibridisasi elektron. Aturan ini menyatakan bahwa : “suatu elektron mempunyai kecenderungan untuk berpindah orbital apabila dapat membentuk susunan elektron yang lebih stabil.....untuk konfigurasi elektron yang berakhiran pada sub kulit d berlaku aturan penuh setengah penuh. Untuk lebih memahamkan teori ini perhatikan juga contoh di bawah ini :

₂₄Cr = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁴ menjadi ₂₄Cr = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d⁵

dari contoh terlihat apabila 4s diisi 2 elektron maka 3d kurang satu elektron untuk menjadi setengah penuh....maka elektron dari 4s akan berpindah ke 3d. hal ini juga berlaku untuk kasus :

₂₉Cu = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁹ menjadi ₂₉Cu = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d¹⁰

TEORI ATOM & MEKANIKA KUANTUM

Keadaan partikel-partikel penyusun atom (proton, netron, dan elektron) yang berada di dalam atom digambarkan dengan struktur atom. Kedudukan elektron di sekitar inti atom atau konfigurasi elektron di sekitar inti atom berpengaruh terhadap sifat fisis dan kimia atom yang bersangkutan.

Model atom ERNEST RUTHERFORD (1871-1937) tahun 1911 yang menyatakan bahwa atom terdiri dari inti kecil yang bermuatan positif (tempat konsentrasi seluruh massa atom) dan dikelilingi oleh elektron pada permukaannya. Namun teori ini tidak dapat menerangkan kestabilan atom. Sewaktu mengelilingi proton, elektron mengalami percepatan sentripetal akibat pengaruh gaya sentripetal (Gaya Coulomb).

Menurut teori mekanika klasik dari Maxwell, yang menyatakan bahwa partikel bermuatan bergerak maka akan memancarkan energi. Maka menurut Maxwell bila elektron bergerak mengelilingi inti juga akan memancarkan energi.

Pemancaran energi ini menyebabkan elektron kehilangan energinya, sehingga lintasannya berbentuk spiral dengan jari-jari yang mengecil, laju elektron semakin lambat dan akhirnya dapat tertarik ke inti atom. Jika hal ini terjadi maka atom akan musnah, akan tetapi pada kenyataannya atom stabil.

Pada tahun 1913, NIELS BOHR menggunakan teori kuantum untuk menjelaskan spektrum unsur. Berdasarkan pengamatan, unsur-unsur dapat memancarkan spektrum garis dan tiap unsur mempunyai spektrum yang khas.  Menurut Bohr,

Spektrum garis menunjukkan elektron dalam atom hanya dapat beredar pada lintasan-lintasan dengan tingkat energi tertentu. Pada lintasannya elektron dapat beredar tanpa pemancaran atau penyerapan energi. Oleh karena itu, energi elektron tidak berubah sehingga lintasannya tetap.
Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke lintasan lain disertai pemancaran atau penyerapan sejumlah energi yang harganya sama dengan selisih kedua tingkat energi tersebut.

ΔE = E_f – E_i

Keterangan:

ΔE = energi yang menyertai perpindahan elektron

E_f = tingkat energi akhir

E_i = tingkat energi awal

Namun teori Bohr ini memiliki kelemahan, yaitu:

• Bohr hanya dapat menjelaskan spektrum gas hidrogen, tidak dapat menjelaskan spektrum dari unsur yang jumlah elektronnya lebih dari satu.

• Tidak dapat menjelaskan adanya garis-garis halus pada spektrum gas hidrogen.

Kelemahan dari model atom Bohr dapat dijelaskan oleh LOUIS VICTOR DE BROGLIE pada tahun 1924 dengan teori dualisme partikel gelombang. Menurut de Broglie, pada kondisi tertentu, materi yang bergerak memiliki ciri-ciri gelombang.

h

λ = ——–—-

m. ν

dimana :

λ  = panjang gelombang (m)

m = massa partikel (kg)

ν  = kecepatan (ms^-1)

h = tetapan Planck (6,626.10^-34 Js)

Hipotesis tersebut terbukti benar dengan ditemukannya sifat gelombang dari elektron. Elektron mempunyai sifat difraksi, maka lintasan elektron yang dikemukakan Bohr tidak dibenarkan. Gelombang tidak bergerak melalui suatu garis, melainkan menyebar pada daerah tertentu.

Pada tahun 1927, WERNER HEISENBERG mengemukakan bahwa posisi atau lokasi suatu elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti. Heisenberg berusaha menentukan sifat-sifat subatomik dan variabel yang digunakan untuk menentukan sifat atom. Sifat ini adalah kedudukan partikel (x) dan momentum (p).

Kesimpulan dari hipotesisnya adalah bahwa pengukuran subatomik selalu terdapat ketidakpastian dan dirumuskan sebagai hasil kali antara ketidakpastian kedudukan (Δx) dengan ketidak pastian momentum (Δp) dan dirumuskan sebagai berikut :

h

Δx. Δp = —————–

2π

Kemungkinan (kebolehjadian) menemukan elektron pada suatu titik pada jarak tertentu dari intinya disebut sebagai Prinsip Ketidakpastian Heisenberg. Artinya gerakan lintasan elektron beserta kedudukannya tidak dapat diketahui dengan tepat.

Pengertian Sistem Periodik Unsur

Sistem periodik memperlihatkan pengelompokkan atau susunan unsur-unsur dengan tujuan mempermudah dalam mempelajari sifat-sifat berbagai unsur yang berubah secara periodik.

Sejarah Perkembangan Sistem Periodik Unsur

Usaha-usaha untuk mengelompokkan unsur-unsur telah dimulai sejak para ahli menemukan semakin banyaknya unsur di alam. Pengelompokkan unsur-unsur ini dimaksudkan agar unsur-unsur tersebut mudah dipelajari. Beberapa ahli mengelompokkan unsur-unsur tersebut berdasarkan penelitian yang dilakukan.

1)      Triade Dobereiner

Pada tahun 1829, Johann Dobereiner mengelompokkan unsure berdasarkan kemiripan sifat ke dalam tiga kelompok yang disebut triade. Dalam triade, sifat unsur kedua merupakan sifat antara unsur pertama dan unsur ketiga. Contohnya: suatu triade Li-Na-K terdiri dari Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K) yang mempunyai kemiripan sifat. Dia juga menemukan bahwa massa atom unsur kedua adalah rata-rata massa atom unsur pertama dan unsur ketiga. Tabel pengelompokkan unsur dapat dilihat pada Tabel 1. Contohnya: massa atom unsur Na adalah rata-rata massa atom unsur Li dan massa atom unsur K.

Contoh triade yang lain adalah triade Ca-Sr-Ba, triade Cl-Br-I.

Tabel 1. Tabel Triade

Litium (Li)	Kalsium (Ca)	Klorin (Cl)	Belerang (S)	Mangan (Mn)
Natrium (Na)	Stronsium (Sr)	Bromin (Br)	Selenium (Se)	Kromium (Cr)
Kalium (K)	Barium (Ba)	Iodin (I)	Telurium (Te)	Besi (Fe)

2)      Hukum Oktaf Newlands

Pada tahun 1865, John Newlands mengklasifikasikan unsur berdasarkan kenaikan massa atomnya. Newlands mengamati ada pengulangan secara teratur keperiodikan sifat unsur. Unsur ke-8 mempunyai sifat mirip dengan unsur ke-1. Begitu juga unsur ke-9 mirip sifatnya dengan unsur ke-2, dan seterusnya. Karena kecenderungan pengulangan selalu terjadi pada sekumpulan 8 unsur (seperti yang telah dijelaskan) maka sistem tersebut disebut Hukum Oktaf.

Tabel 2. Tabel unsur Newlands

No	No	No	No	No	No	No	No
H    1	F       8	Cl   15	Co&Ni  22	Br          29	Pd   36	Te        43	Pt&Ir 50
Li    2	Na     9	K    16	Cu         23	Rb         30	Ag  37	Cs       44	Os     51
Be   3	Mg  10	Ca   17	Zn         24	Sr          31	Cd  38	Ba       45	V     52
B     4	Al    11	Cr   18	Y           25	Ce&La  32	U    39	Ta       46	Tl      53
C     5	Si    12	Ti    19	In          26	Zr          33	Sn   40	W       47	Pb     54
N    6	P      13	Mn  20	As         27	Di&Mo 34	Sb   41	Nb      48	Bi      55
O    7	S      14	Fe   21	Se         28	Ro&Ru 35	I      42	Au      49	Th     56

Kelemahannya adalah Hukum Oktaf Newlands hanya berlaku untuk unsur-unsur dengan massa atom yang rendah.

3)      Sistem Periodik Mendeleev

Sesuai dengan kegemarannya yaitu bermain kartu, ahli kimia dari Rusia, Dimitri Ivanovich Mendeleev (1869) mengumpulkan informasi sebanyak-banyaknya tentang unsur, kemudian ia menulis pada kartu-kartu. Kartu-kartu unsur tersebut disusun berdasarkan kenaikan massa atom dan kemiripan sifat. Kartu-kartu unsur yang sifatnya mirip terletak pada kolom yang sama yang kemudian disebut golongan. Sedangkan pengulangan sifat menghasilkan baris yang disebut periode. Alternatif pengelompokkan unsur-unsur lebih ditekankan pada sifat-sifat unsur tersebut daripada kenaikan massa atom relatifnya, sehingga ada tempat-tempat kosong dalam tabel periodik tersebut. Tempat kosong inilah yang oleh Mendeleev diduga akan diisi oleh unsur-unsur dengan sifat-sifat yang mirip tetapi pada waktu itu unsur tersebut belum ditemukan.

Tabel 3. Tabel Sistem Periodik Mendeleev

Reihen	Group I	Group II	Group III	Group IV	Group V	Group VI	Group VII	Group VII
	-	-	-	RH4	RH3	RH2	RH	-
	R2O	RO	R2O3	RO2	R2O5	RO3	R2H7	RO4
1	H = 1
2	Li =7	Be = 9,4	B = 11	C = 12	N =14	O = 16	F = 19
3	Na = 23	Mg = 24	Al = 27,3	Si = 28	P = 31	S = 32	Cl = 35,5
4	K = 39	Ca = 40	-   = 44	Ti = 48	V = 51	Cr = 52	Mn = 55	Fe = 56, Co =59, Ni = 59, Cu = 63
5	(Cu = 53)	Zn = 65	- = 68	- = 72	As = 75	Se = 78	Br = 80
6	Rb = 85	S = 87	?Yt = 88	Zr = 90	Nb = 94	Mo = 96	-  = 100	Ru = 104, Rh =104,Pd = 106, Ag =108
7	(Ag =108)	Cd = 112	In = 113	Sn = 118	Sb = 122	T = 125	J = 127
8	Cs = 133	Ba = 137	?Di = 138	?Ce = 140	-	-	-	- – - -
9	(-)	-	-	-	-	-	-
10	-	-	?Er= 178	?La = 18-	Ta= 182	W = 184	-	Os = 195, Ir =197, Pt 198, Au = 199
11	(Au =198)	Hg = 200	Tl = 204	Pb = 207	Bi = 208
12	-	-	-	Th = 231	-	U =240	-	- – - -

Kelebihan sistem periodik Mendeleev adalah dapat meramalkan sifat unsur yang belum ditemukan pada saat itu dan telah mempunyai tempat yang kosong, penempatan gas mulia yang baru ditemukan tahun 1890–1900 tidak menyebabkan perubahan susunan sistem periodik Mendeleev, sedangkan kekurangannya yaitu adanya penempatan unsur yang tidak sesuai dengan kenaikan massa atom. Contoh: ¹²⁷I dan ¹²⁸Te. Karena sifatnya, Mendeleev terpaksa menempatkan Te lebih dulu daripada I.

4)      Sistem Periodik Modern

Pada tahun 1914, Henry G. Moseley menemukan bahwa urutan unsur-unsur dalam sistem periodik sesuai dengan kenaikan nomor atom unsur. Sistem periodik unsur modern disusun berdasarkan kenaikan nomor atom dan kemiripan sifat. Moseley berhasil menemukan kesalahan dalam tabel periodik Mendeleev, yaitu ada unsur yang terbalik letaknya. Penempatan Telurium dan Iodin yang tidak sesuai dengan kenaikan massa atom relatifnya, ternyata sesuai dengan kenaikan nomor atom. Sistem periodik modern bisa dikatakan sebagai penyempurnaan sistem periodik Mendeleev. Tabel Moseley atau yang dikenal dengan istilah Tabel Sistem Periodik Modern dapat dilihat pada Tabel 4.

Tabel 4. Tabel Sistem Periodik Modern

Jumlah periode dalam sistem periodik ada 7 dan diberi tanda dengan angka:

• Periode 1 disebut sebagai periode sangat pendek dan berisi 2 unsur.
• Periode 2 disebut sebagai periode pendek dan berisi 8 unsur.
• Periode 3 disebut sebagai periode pendek dan berisi 8 unsur.
• Periode 4 disebut sebagai periode panjang dan berisi 18 unsur.
• Periode 5 disebut sebagai periode panjang dan berisi 18 unsur.
• Periode 6 disebut sebagai periode sangat panjang dan berisi 32 unsur, pada periode ini terdapat unsur Lantanida yaitu unsur nomor 58 sampai nomor 71.
• Periode 7 disebut sebagai periode belum lengkap karena mungkin akan bertambah lagi jumlah unsur yang menempatinya, sampai saat ini berisi 24 unsur. Pada periode ini terdapat deretan unsur yang disebut Aktinida, yaitu unsur bernomor 90 sampai nomor 103.