Pada pembahasan sebelumnya, telah diketahui bahwa atom memiliki elektron dengan jumlah sama dengan jumlah proton dari atom tersebut. Hal ini menunjukkan bahwa pada keadaan dasarnya, setiap atom dari suatu unsur memiliki jumlah elektron yang berbeda-beda.
Pada sub-bab ini lah, Statmat akan membahas tata cara pengisian elektron dalam orbital (kulit) dari suatu atom.
Setiap atom memiliki orbital, dan tiap orbital dari atom memiliki tingkat energi yang berbeda. Selain itu, tingkat energi dari orbital yang sama namun pada atom yang berbeda akan memiliki tingkat energi yang berbeda, sehingga orbital 1s pada atom H akan memiliki tingkat energi yang berbeda dengan orbital 1s pada atom He, inilah fungsi dari mempelajari bilangan kuantum.
Secara sederhana, bilangan kuantum adalah angka yang merepresentasikan posisi elektron sekaligus tingkat energi (jarak dari inti atom), bentuk orbital, orientasi orbital, dan spin elektron yang ada dalam model atom mekanika kuantum.
3 Jenis Bilangan Kuantum
Orbital suatu atom dibentuk berdasarkan fungsi gelombang yang menyusun orbital tersebut. Pada keadaan dasar, karakteristik orbital dari suatu atom ditunjukkan dengan 3 bilangan kuantum, yaitu ( \(n \) ), ( \(l \) ), dan ( \(m_l \) ). Berikut makna setiap bilangan kuantum:
Bilangan kuantum utama ( \(n \) )
Bilangan kuantum utama terdiri dari bilangan bulat positif yang diawali dengan 1 sehingga nilai bilangan kuantum \(n \) = 1, 2, 3, 4, \(\ldots \) . Bilangan kuantum utama bermakna kulit yang ditempati suatu orbital dalam suatu atom.
Bilangan kuantum azimuth ( \(l \) )
Bilangan kuantum utama terdiri dari bilangan bulat positif yang diawali dengan 0 sehingga nilai bilangan kuantum \( l \) = 0, 1, 2, 3, 4, \(\ldots \). Bilangan kuantum \( l \) 0 menandakan orbtal s, 1 adalah orbital p, 2 untuk orbital d, dan 3 untuk orbital f.
Bilangan kuantum magnetik ( \(m_l \) )
Bilangan kuantum azimuth terdiri dari bilangan bulat yang bernilai 0 hingga \(\pm l \) sehingga nilai bilangan kuantum magnetik untuk setiap orbital berbeda. Jika orbital s, maka \(m_l \) = 0 sebab pada orbital s, \( l \) = 0. Namun pada orbital d, karena \( l \) = 2, maka nilai \( m_l \) = -2, -1, 0, 1, dan 2. Bilangan kuantum magnetik bermakna orientasi orbital.
Bilangan kuantum spin ( \(s \) )
Bilangan kuantum spin menggambarkan spin elektron yang dapat bernilai -1/2 dan 1/2.
Aturan Konfigurasi Elektron
Setelah mengetahui mengenai bilangan kuantum, kita akan membahas mengetahi konfigurasi elektron yang dalam bahasa sederhana merupakan aturan dalam pengisian elektron. Aturan pengisian elektron dalam orbital atom antara lain:
Aturan Aufbau
Aturan Aufbau menyatakan bahwa elektron harus diisi dari tingkat energi yang lebih rendah hingga energi yang tinggi. Tingkat energi orbital dapat terlihat pada susunan atom dalam tabel periodik.
Pada gambar di atas, pada bagian kiri bawah terlihat warna merah yang menunjukkan blok s, warna biru blok d, warna kuning blok p, dan warna hijau menunjukkan blok f. Sedangkan tiap baris menunjukkan kulit. Dari susunan tersebut dapat diketahui bahwa tingkat energi adalah 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, dst.
Aturan Hund
Aturan hund menyatakan jika ada orbital dengan tingkat energi sama, elektron harus diisi secara paralel sehigga seluruh orbital dengan tingkat energi sama akan terisi elektron.
Gambar dibawah ini, pengisian sesuai aturan hund
Gambar di bawah ini pengisian yang tidak sesuai aturan hund
Larangan Pauli
Larangan pauli menyatakan bahwa elektron tidak boleh memiliki bilangan kuantum yang sama saat terisi dalam orbital, sehingga terdapat bilangan kuantum spin ( \(s \) ) yang nilainya \(\pm \frac{1}{2} \).
Contoh Soal
Soal 1
Jawaban: B
Pembahasan:
Unsur Ga berada pada periode 4, sehingga \(n \) = 4, dan Galium berada pada golongan 13 sehingga elektron valensi berada di subkulit p maka \(l \) = 1.
Soal 2
Dibawah ini, merupakan bilangan kuantum yang dapat ditempati elektron terakhir dari atom Cl, kecuali . . .
Jawaban: D
Pembahasan:
Unsur Cl berada pada periode 3 sehingga \(n \) = 3 dan Cl merupakan golongan 17 sehingga elektron valensi berada pada sub-kulit p maka \(l \) = 1. Untuk nilai \(m_l \) dapat bernilai 1, -1, dan 0 disebabkan energi pada ketiga bilangan kuantum tersebut sama dan urutan dalam pengisian tidak dipengaruhi oleh nilai bilangan kuantum \(m_l\) dan nilai bilangan kuantum \(m_s\) dapat bernilai \(\frac{1}{2}\) atau \(-\frac{1}{2}\) kita tidak dapat menentukan bilangan kuantum \(m_l\) dan \(m_s \) secara pasti. Hal yang dipelajari di SMA selama ini merupakan kesalah konsep mengenai bilangan kuantum.
Soal 3
Suatu unsur \(X^{3+} \) memiliki konfigurasi yang sama dengan unsur Ar. Maka dia ion tersebut juga akan memiliki konfigurasi yang sama dengan ion adalah . . .
Jawaban: A
Pembahasan:
Karena unsur Ar berada pada periode III, maka ion yang akan sama konfigurasinya dengan Ar (\([Ne]3s^23p^6 \)) akan berada pada periode IV jika kation dan periode III jika anion, sehingga ion yang cocok adalah K\(^+ \)
