Konfigurasi Elektron

Konfigurasi elektron adalah susunan penyebaran (pengisian) elektron-elektron dalam. Seperti yang telah dibahas dalam bab Struktur Atom, di dalam atom terdapat partikel subatomik neutron dan proton yang terdapat pada inti atom, dan elektron yang bergerak mengelilingi inti atom tersebut pada kulit-kulit elektron (level-level energi) yang tertentu.
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.

Lebih jelasnya, perhatikan ilustrasi pada Gambar 1 dan Tabel 1.

Gambar 1. Ilustrasi konfigurasi elektron atom Li, B, O, Ne, Na, dan K berdasarkan kulit elektron
(Sumber: Spencer, James N., Bodner, George M., & Rickard, Lyman H. 2011. Chemistry: Structure and Dynamics (5^th edition). New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.)

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.
Bilangan kuantum utama (n) mendeskripsikan ukuran dan tingkat energi orbital. Nilai n yang diperbolehkan adalah bilangan bulat positif.
Bilangan kuantum azimuth (l) mendeskripsikan bentuk orbital. Nilai l yang diperbolehkan adalah bilangan bulat dari 0 hingga n−1.
Bilangan kuantum magnetik (m) mendeskripsikan orientasi orbital. Nilai m yang diperbolehkan adalah bilangan bulat dari −l hingga +l.
Bilangan kuantum spin (s) mendeskripsikan arah spin elektron dalam orbital. Nilai s yang diperbolehkan adalah +½ atau−½.

Aturan penentuan konfigurasi elektron berdasarkan orbital:

1. Asas Aufbau: Elektron menempati orbital-orbital dimulai dari tingkat energi yang terendah, dimulai dari 1s, 2s, 2p, dan seterusnya seperti urutan subkulit yang terlihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Urutan tingkat energi subkulit
(Sumber: Spencer, James N., Bodner, George M., & Rickard, Lyman H. 2011. Chemistry: Structure and Dynamics (5^th edition). New Jersey: John Wiley & Sons, Inc.)

2. Asas larangan Pauli: Tidak ada dua elektron dalam satu atom yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama. Setiap orbital maksimum diisi oleh 2 elektron yang memiliki spin yang berlawanan.
3. Kaidah Hund: Jika ada orbital dengan tingkat energi yang sama, konfigurasi elektron dengan energi terendah adalah dengan jumlah elektron tak berpasangan dengan spin paralel yang paling banyak.

Gambar 3. Diagram orbital dan konfigurasi elektron berdasarkan orbital dari 10 unsur pertama
(Sumber: Gilbert, Thomas N.et al. 2012. Chemistry: The Science in Context (3^rd edition). New York: W. W. Norton & Company, Inc.)

Contoh Soal Konfigurasi Elektron

Tentukan konfigurasi elektron dan jumlah elektron dalam setiap kulit elektron atom unsur berikut.
a. Ni (Z = 28)                                                   b. Sr(Z = 38)
Jawab:

1. Ni (Z = 28) : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁸ atau [Ar] 4s² 3d⁸; K = 2 ; L = 8 ; M = 16 ; N = 2
2. Sr (Z = 38) : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰4p⁶ 5s²atau [Kr] 5s²; K = 2 ; L = 8 ; M = 18 ; N = 8 ; O = 2

Berdasarkan eksperimen, terdapat anomali konfigurasi elektron dari aturan-aturan di atas. Subkulit d memiliki tendensi untuk terisi setengah penuh atau terisi penuh. Contohnya, Cr (Z = 24) : [Ar] 4s¹ 3d⁵ lebih stabil dibanding [Ar] 4s² 3d⁴ ; dan juga Cu (Z = 29) : [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ lebih stabil dibanding [Ar] 4s² 3d⁹.
Untuk ion monoatomik (seperti Na⁺, K⁺, Ca²⁺, S^2-, Br^–) dapat ditentukan dari konfigurasi elektron atom netralnya terlebih dahulu. Pada kation (ion bermuatan positif) monoatomik A^x+ yang bermuatan x+, sebanyak x elektron dilepas (dikurangi) dari kulit elektron terluar atom netral A. Pada anion (ion bermuatan negatif) monoatomik B^y– yang bermuatan y-, sebanyak y elektron ditangkap (ditambahkan) pada orbital level energi terendah yang masih belum penuh oleh elektron.