X
kimia KONFIGURASI ELEKTRON Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami konfigurasi elektron kulit dan subkulit. 2. Menyelesaikan soal-soal yang berkaitan dengan konfigurasi elektron.
Teori atom Niels Bohr menyatakan bahwa inti atom tersusun atas proton dan neutron, sedangkan kulit atom tersusun atas elektron-elektron yang bergerak mengelilingi inti atom pada lintasannya. Gambaran letak penyebaran elektron dalam orbital-orbital disebut dengan konfigurasi elektron. Konfigurasi elektron dibagi menjadi dua, yaitu konfigurasi elektron berdasarkan kulit dan konfigurasi elektron berdasarkan subkulit.
A.
KONFIGURASI ELEKTRON BERDASARKAN KULIT Atom memiliki kulit-kulit yang mempunyai kapasitas tertentu dalam menampung elektron. Semakin besar nomor kulit, semakin banyak elektron yang dapat ditampung. Jumlah elektron maksimum yang dapat ditampung setiap kulit mengikuti rumusan berikut. Jumlah elektron maksimum = 2n2, dengan n adalah nomor kulit •
Kulit K (n = 1), jumlah elektron maksimum = 2 × 12 = 2
•
Kulit L (n = 2), jumlah elektron maksimum = 2 × 22 = 8
1
Kela s
K-13
a.
•
Kulit M (n = 3), jumlah elektron maksimum = 2 × 32 = 18
•
Kulit N (n = 4), jumlah elektron maksimum = 2 × 42 = 32
•
Kulit O (n = 5), jumlah elektron maksimum = 2 × 52 = 50
Elektron Valensi Elektron valensi adalah elektron yang berada pada kulit terluar. Konfigurasi elektron untuk beberapa atom dan elektron valensinya dapat dilihat pada tabel berikut. Nama Kulit
Unsur
K
L
O
2
6
P
2
8
5
Ca
2
8
8
2
2
Ga
2
8
18
3
3
Kr
2
8
18
8
8
I
2
8
18
18
8
15 20 31
36
53
M
ElektronValensi N
O 6 5
7
7
Catatan: •
Angka-angka pada konfigurasi elektron tersusun seperti bukit.
Contoh:
36
8
Kr
18
8
2
•
Jumlah elektron pada kulit terluar tidak boleh lebih dari 8 elektron.
•
Beberapa unsur kelompok transisi memiliki pola konfigurasi berbeda, karena elektron sudah mengisi subkulit d. Contoh: Ti = 2 8 10 2
22
Fe = 2 8 14 2
26
b.
Konfigurasi Elektron untuk Ion 1.
Kation Kation (ion positif ) adalah atom yang telah melepas elektron.
2
Contoh: 1.
Na+: atom natrium telah melepas 1 elektron, sehingga jumlah elektronnya menjadi 11 – 1 = 10. Dengan demikian, konfigurasi elektronnya menjadi: 11Na+ =2 8 11
Al3+: 2 8, karena atom Al telah melepas 3 elektron.
2.
13
3.
20
Ca2+: 2 8 8, karena atom Ca telah melepas 2 elektron.
2.
Anion
Anion (ion negatif ) adalah atom yang telah menyerap elektron.
Contoh: F-: atom fluorin telah menyerap 1 elektron, sehingga jumlah elektronnya menjadi 9 + 1 = 10. Dengan demikian, konfigurasi elektronnya menjadi:
1.
9
9
2.
8
3.
15
F- = 2 8 O2- = 2 8, karena atom O telah menyerap 2 elektron. P3- = 2 8 8, karena atom P telah menyerap 3 elektron.
Contoh Soal 1 Jika konfigurasi elektron untuk ion X2+ = 2 8 8, maka konfigurasi elektron untuk atom X = .... Pembahasan: X2+ = 2 8 8 Ketika atom X melepas 2 elektron membentuk ion X2+, berarti jumlah elektronnya adalah 2 + 8 + 8 = 18 elektron. Dengan demikian, jumlah elektron atom X saat netral adalah 18 + 2 = 20 elektron. Jadi, konfigurasi elektron untuk atom X = 2 8 8 2.
Contoh Soal 2 Jika konfigurasi elektron untuk ion A3- = 2 8, maka konfigurasi elektron untuk atom A = .... Pembahasan: A3- = 2 8 Ketika atom A menyerap 3 elektron membentuk ion A3-, berarti jumlah elektronnya adalah 2 + 8 = 10. Dengan demikian, jumlah elektron atom A saat netral adalah 10 – 3 = 7. Jadi, konfigurasi elektron untuk atom A = 2 5.
3
B.
KONFIGURASI ELEKTRON BERDASARKAN SUBKULIT Konfigurasi elektron berdasarkan kulit memiliki keterbatasan karena pada logam transisi terjadi penyimpangan aturan. Untuk mengatasinya, muncullah konfigurasi elektron berdasarkan subkulit.
a.
Asas Aufbau Asas Aufbau menyatakan bahwa pengisian elektron dimulai dari tingkat energi terendah. Urutan pengisian elektron berdasarkan tingkat energinya adalah sebagai berikut.
7s
7p
6s
6p
6d
5s
5p
5d
5f
4s
4p
4d
4f
3s
3p
3d
2s
2p
1s
Super "Solusi Quipper" 1s2 Si 2 6 Sapi 2s 2p 2 6 Sapi 3s 3p Sedap 4s2 3d10 4p6 2 10 6 Sedap 5s 4d 5p 2 14 10 6 Sefedap 6s 4f 5d 6p 2 14 10 6 Sefedap 7s 5f 6d 7p Catatan: Cara membaca dari kiri ke kanan.
4
Contoh Soal 3 Tuliskan konfigurasi elektron berdasarkan subkulit dari atom berikut. O
4.
23
Al
5.
26
1.
8
2.
13
3.
35
V Fe
Br
Pembahasan: 1.
O=
8
2
6
1s
2s2 2p4
Kulit ke 1
Al =
2
13
b.
Kulit ke-2
2
2.
Kulit ke-1
1s 2
Kulit ke 2
8
Kulit ke 3 3
2s 2p6 2
3s2 3p1
Br = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5
3.
35
4.
23
5.
26
V =
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3
Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
Menyederhanakan Konfigurasi Elektron dengan Gas Mulia Konfigurasi elektron dapat disederhanakan dengan konfigurasi gas mulia yang bernomor atom lebih rendah. Gas mulia merupakan golongan VIII A dengan unsur-unsur berikut. He
→ kulit ke-1 (konfigurasi elektron terakhir = 1s2)
Ne
→ kulit ke-2 (konfigurasi elektron terakhir = 2p6)
Ar
→ kulit ke-3 (konfigurasi elektron terakhir = 3p6)
Kr
→ kulit ke-4 (konfigurasi elektron terakhir = 4p6)
Xe
→ kulit ke-5 (konfigurasi elektron terakhir = 5p6)
Rn
→ kulit ke-6 (konfigurasi elektron terakhir = 6p6)
2
10 18 36 54 86
Super "Solusi Quipper" Heboh Nenek Ardy Karena XeRina
5
Contoh:
c.
Na = [Ne] 3s1
1)
11
2)
17
3)
22
4)
26
5)
34
6)
99
Cl = [Ne] 3s2 3p5 Ti = [Ar] 4s2 3d2 Fe = [Ar] 4s2 3d6 Se = [Ar] 4s2 3d10 4p4 Es = [Rn] 7s2 5f11
Beberapa Aturan Penulisan Konfigurasi Elektron Konfigurasi elektron dapat ditulis dengan dua cara, yaitu berdasarkan urutan masuknya elektron dan berdasarkan urutan kulitnya. Perhatikan contoh penulisan konfigurasi elektron yang benar dan salah berikut. 1.
2.
3.
4.
Mn = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5
25
(Benar, penulisan didasarkan pada urutan masuknya elektron dari tingkat energi terendah). Mn = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2
25
(Benar, penulisan didasarkan pada urutan kulit. Meskipun demikian, pengisian elektron setelah 3p6 adalah 4s2 dan terakhir di 3d5). Mn = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7
25
(Salah, karena setelah mengisi subkulit 3p6, seluruh elektron masuk ke 3d dan tidak ada yang masuk ke subkulit 4s). As = [Ar]
33
4s2 3d10 4p3
(Benar, berdasarkan urutan masuknya elektron) As = [Ar]
33
3d10 4s2 4p3
(Benar, berdasarkan urutan kulit) 5.
Ni = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8
28
Ni = [Ar]
28
4s2 3d8
(Benar, berdasarkan urutan masuknya elektron)
6
Ni = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2
28
Ni = [Ar]
28
3d8 4s2
(Benar, berdasarkan urutan kulit)
d.
Penyimpangan Konfigurasi Elektron Setiap atom memiliki konfigurasi elektron yang khas, walaupun sebagian besar memiliki pola yang sama. Namun, ada beberapa atom yang mengalami penyimpangan konfigurasi elektron. Penyimpangan ini terjadi karena konfigurasi elektron atom-atom tersebut kurang stabil, sehingga atom-atomnya mengubah konfigurasi elektron menjadi lebih stabil. Contoh: 1.
Cr
= [Ar]
4s2 3d4
(kurang stabil)
Cr
= [Ar]
4s 3d
(stabil)
Cu = [Ar]
4s2 3d9
(kurang stabil)
Cu = [Ar]
4s 3d
(stabil)
Ag = [Kr]
5s2 4d9
(kurang stabil)
Ag = [Kr]
5s1 4d10
(stabil)
Au = [Xe]
6s2 4f14 5d9
(kurang stabil)
Au = [Xe]
6s1 4f14 5d10
(stabil)
24
24
2.
29
29
3.
47
47
4.
79
79
1
1
5
10
Dari contoh tersebut, dapat diketahui bahwa subkulit d cenderung terisi setengah penuh (3d5) atau terisi penuh (3d10) agar lebih stabil.
e.
Konfigurasi Elektron Tereksitasi Keadaan tereksitasi terjadi karena ada elektron yang berpindah (loncat) ke tingkat energi (kulit) yang lebih tinggi. Akibatnya, konfigurasi elektronnya berubah. Contoh: C = 1s2 2s2 2p2
6
Jika 1 elektron pada 2p loncat ke subkulit 3p, maka konfigurasi elektronnya menjadi: C = 1s2 2s2 2p1 3p1
6
Elektron juga bisa loncat dari subkulit 2s ke subkulit 3s.
f.
Konfigurasi Bentuk Ion Konfigurasi ion berbeda dengan konfigurasi atom. Hal ini dikarenakan pada bentuk ion, atom-atom tersebut telah melepas atau menyerap elektron sehingga jumlah elektronnya
7
berubah. Atom-atom yang melepas elektron akan membentuk ion positif (kation), sedangkan atom-atom yang menyerap elektron akan membentuk ion negatif (anion). 1.
Konfigurasi Kation
Kation (ion positif ) terbentuk ketika suatu atom melepas elektron. Elektron yang dilepas berasal dari kulit terluar. Contoh: Al = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
1.
13
Al+ = 1s2 2s2 2p6 3s2
(melepas 1 elektron)
Al2+ = 1s2 2s2 2p6 3s1
(melepas 2 elektron)
Al3+ = 1s2 2s2 2p6
(melepas 3 elektron)
Fe = 1s 2s 2p 3s 3p 4s2 3d6
2.
26
Fe2+ = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6
(melepas 2 elektron)
Fe = 1s 2s 2p 3s 3p 3d
(melepas 3 elektron)
3.
28
Ni2+ = [Ar] 3d8 (melepas 2 elektron)
Ni4+ = [Ar] 3d6 (melepas 4 elektron)
2
3+
2
2
2
6
6
2
2
6
6
5
Ni = [Ar] 4s2 3d8
2.
Konfigurasi Anion
Anion (ion negatif ) terbentuk ketika suatu atom menyerap elektron. Elektron yang diserap akan mengisi orbital berikutnya yang masih kosong. Contoh: F = 1s2 2s2 2p5
1.
9
9
2.
7
N3- = 1s2 2s2 2p6
3.
16
16
F- = 1s2 2s2 2p6
(menyerap 1 elektron)
N = 1s2 2s2 2p3 (menyerap 3 elektron)
S = [Ne] 3s2 3p4 S2- = [Ne] 3s2 3p6
(menyerap 2 elektron)
Contoh Soal 4 Ubahlah konfigurasi atom berikut ini ke konfigurasi ion atau konfigurasi ion ke konfigurasi atom. Ca (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2) ke 20Ca2+
1.
20
2.
25
Mn ([Ar] 4s2 3d5) ke Mn2+, Mn4+, dan Mn7+
8
3.
27
Co (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2) ke 27Co3+
4.
X4+ (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6) ke X
5.
A3+ ([Ar] 3d10) ke A
6.
X5+ ([Ar] 3d3) ke X O (1s2 2s2 2p4) ke 8O2-
7.
8
8.
17
9.
X3- (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5) ke X
Cl (1s2 2s2 2p6 3s2 3p5) ke 17Cl-
10. A4- ([Kr] 5s2 4d10 5p6) ke A Pembahasan: Ca
= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
Ca2+
= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
25
Mn
= [Ar] 4s2 3d5
Mn2+
= [Ar] 3d5
Mn4+
= [Ar] 3d3
Mn7+
= [Ar]
3.
27
1.
20
20
2.
Co
= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2
27
Co3+
= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6
4.
X4+
= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6
X
= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8
5.
A3+
= [Ar] 3d10
A
= [Ar] 4s2 3d10 4p1
6.
X5+
= [Ar] 3d3
X
= [Ar] 4s2 3d6
7.
8
O
= 1s2 2s2 2p4
8
O2-
= 1s2 2s2 2p6
8.
17
Cl
= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
17
Cl-
= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
9.
X3-
= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5
X
= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2
10. A4-
= [Kr] 5s2 4d10 5p6
= [Kr] 5s2 4d10 5p2
A
9
g.
Membuat Diagram Orbital Konfigurasi elektron dapat digambarkan dalam diagram orbital. Sebagai contoh, atom 1H dengan konfigurasi elektron 1s1 memiliki diagram orbital berikut. 1 1s1 Untuk atom yang berelektron banyak, diagram orbitalnya harus mengikuti kaidah larangan Pauli dan aturan Hund. 1.
Larangan Pauli
Prinsip larangan Pauli menyatakan bahwa tidak ada elektron-elektron dalam suatu atom yang keempat bilangan kuantumnya (n, ℓ, m, s) sama. Dalam sebuah orbital, elektron maksimumnya adalah 2. Dengan demikian, jika dua elektron menempati orbital yang sama, maka bilangan kuantum n, ℓ, dan m bernilai sama. Oleh karena itu, bilangan kuantum spinnya harus berbeda. Contoh: 1.
He = 1s2, diagram orbitalnya:
2
↿⇂
bukan
1s2
1s2
2.
1s2
3.
4.
Be = 1s2 2s2, diagram orbitalnya:
4
↿⇂
11
↿⇂
2s2
Al = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1, diagram orbitalnya:
13
↿⇂
1s2
↿⇂
2s2
↿⇂
↿⇂
2p6
↿⇂
↿⇂
1
3s2
3p1
S = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4, diagram orbitalnya:
16
↿⇂
1s2
↿⇂
2s2
↿⇂
↿⇂
2p6
↿⇂
↿⇂
3s2
10
↿⇂
↿⇂
3p4
2.
Aturan Hund
Aturan Hund menyatakan bahwa untuk tingkat energi yang sama, elektron akan menempati orbital sendiri-sendiri terlebih dahulu dengan spin searah, setelah itu orbital diisi elektron berikutnya dengan arah spin berlawanan. Tujuan aturan Hund ini adalah untuk meminimalkan gaya tolak menolak antar-elektron sehingga keadaan stabil dapat tercapai. Contoh: 1.
N = 1s2 2s2 2p3, diagram orbitalnya:
7
2.
F
9
1s2
1
↿⇂
1
2s2
1
2p3
= 1s2 2s2 2p5, diagram orbitalnya:
3.
↿⇂
↿⇂
1s2
↿⇂
↿⇂
2s2
1
↿⇂
2p5
S = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4, diagram orbitalnya:
16
↿⇂
1s2
↿⇂
↿⇂
2s2
↿⇂
2p6
↿⇂
↿⇂
3s2
↿⇂
1
1
3p4
Untuk konfigurasi elektron yang harus distabilkan, diagram orbitalnya adalah sebagai berikut. Contoh: 1.
Cr = 1s2
2s2
↿⇂
↿⇂
24
2p6 ↿⇂
↿⇂
3s2 ↿⇂
↿⇂
3p6 ↿⇂
↿⇂
↿⇂
4s2
3d4, diagram orbitalnya:
↿⇂
1
1
1
1
Kurang stabil
Diagram orbital yang benar: Cr = 1s2
24
↿⇂
2s2 ↿⇂
2p6 ↿⇂
↿⇂
3s2 ↿⇂
↿⇂
3p6 ↿⇂
↿⇂
4s1 ↿⇂
3d5 1
1
11
1
1
1
1
Lebih stabil
(terisi setengah penuh)
2.
Cu = 1s2
29
↿⇂
2s2 ↿⇂
2p6 ↿⇂
↿⇂
3s2 ↿⇂
↿⇂
3p6 ↿⇂
↿⇂
4s2 ↿⇂
Diagram orbital yang benar:
29
Cu = 1s2
↿⇂
2s2 ↿⇂
2p6 ↿⇂
↿⇂
3s2 ↿⇂
↿⇂
3p6 ↿⇂
↿⇂
↿⇂
3d9 ↿⇂
↿⇂
Kurang stabil
4s1 ↿⇂
1
↿⇂
↿⇂
1
↿⇂
↿⇂
3d10 ↿⇂
↿⇂
↿⇂
Lebih stabil
(terisi penuh)
Untuk konfigurasi elektron yang berbentuk ion, diagram orbitalnya adalah sebagai berikut. Contoh: 1s2
2s1
↿⇂
1
1s2
1.
Li =
3
Li+ =
3
2.
O = 1s2
8
2s2
2p4 1
↿⇂
↿⇂
2s2
↿⇂
2p6
↿⇂
↿⇂
↿⇂
↿⇂
O2- = 1s2
8
h.
↿⇂
1
↿⇂
Menentukan Bilangan Kuantum Elektron Terakhir Untuk menentukan harga keempat bilangan kuantum dari elektron tertentu, perhatikan langkah-langkah berikut. 1.
Tuliskan konfigurasi elektronnya.
2.
Gambarkan diagram orbitalnya.
12
3.
Tentukan bilangan kuantumnya, yaitu: -
n, menunjukkan kulit.
-
ℓ, menunjukkan subkulit (s → ℓ = 0, p → ℓ = 1, d → ℓ = 2, f → ℓ = 3)
-
m, menunjukkan letak orbital (-ℓ sampai +ℓ) .
-
s, menunjukkan arah rotasi elektron.
Contoh:
Be
4
= 1s2 ↿⇂
2s2 ↿⇂
Untuk 1s2, nilai ℓ = 0. Dengan demikian, nilai m = 0. 1s2 ↿⇂
memiliki bilangan kuantum berikut.
m=0 •
n
=
1
(kulit ke-1)
•
ℓ
=
0
(subkulit s)
•
m
=
0
(nomor orbital 0)
•
s
=
+
1 1 dan - (arah elektron ke atas dan ke bawah) 2 2
Untuk 2s2, nilai ℓ = 0. Dengan demikian, nilai m = 0. 2s2 ↿⇂
memiliki bilangan kuantum berikut.
m=0 •
n
=
2
(kulit ke-2)
•
ℓ
=
0
(subkulit s)
•
m
=
0
(nomor orbital 0)
•
s
=
+
1 1 dan - (arah elektron ke atas dan ke bawah) 2 2
Untuk menentukan harga keempat bilangan kuantum dari elektron terakhir, perhatikan langkah-langkah berikut. 1.
Tuliskan konfigurasi elektronnya.
13
2.
Gambarkan diagram orbital elektron terakhirnya.
3.
Tentukan bilangan kuantum elektron terakhirnya, yaitu: -
n, menunjukkan kulit.
-
ℓ, menunjukkan subkulit (s → ℓ = 0, p → ℓ = 1, d → ℓ = 2, f → ℓ = 3)
-
m, menunjukkan letak orbital (-ℓ sampai +ℓ) .
-
s, menunjukkan arah rotasi elektron.
Contoh Soal 5 Tentukan bilangan kuantum elektron terakhir dan jumlah elektron tidak berpasangan dari atom berikut. P
a.
15
b.
26
Fe
Pembahasan: a.
P = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
15
Elektron terakhir: 3p3 Gambar diagram orbital elektron terakhir: 3p3 =
↿
-1
↿
0
↿
+1
Bilangan kuantum elektron terakhir: n
= 3 (kulit ke-3)
ℓ
= 1 (subkulit p)
m
= +1 (nomor orbital = +1)
1 (elektron ke arah atas) 2 Jumlah elektron tidak berpasangan = 3 elektron.
s
b.
=+
Fe = [Ar] 4s2 3d6
26
Elektron terakhir: 3d6 Gambar diagram orbital elektron terakhir: 3d6 =
↿⇂
-2
1
1
1
1
-1
0 +1 +2
14
Bilangan kuantum elektron terakhir: n
= 3 (kulit ke-3)
ℓ
= 2 (subkulit d)
m
= -2 (nomor orbital = -2) 1 s = - (elektron ke arah bawah) 2 Jumlah elektron tidak berpasangan = 4 elektron.
Contoh Soal 6 Bilangan kuantum elektron terakhir suatu atom X adalah sebagai berikut. n = 4;
ℓ = 1;
m = 0;
s = +½
Jika jumlah neutron atom tersebut adalah 30, maka tentukan konfigurasi elektron, nomor atom, dan nomor massanya. Pembahasan: Diketahui: n = 4 → kulit ke-4 ℓ = 1 → subkulit p = m = 0 → elektron terakhir di orbital 0 s = +½ → elektron ke arah atas Dengan demikian, diperoleh: 1
1
-1
0
+1
Dari diagram tersebut, dapat diketahui bahwa elektron terakhir terletak di 4p2. Dengan demikian, diperoleh: -
Konfigurasi atom X = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2.
-
Jumlah elektron = 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 2 = 32. Oleh karena X merupakan atom (bukan ion), maka jumlah elektron = jumlah proton = nomor atom = 32
-
Nomor massa = jumlah proton + neutron = 32 + 30 = 62
Contoh Soal 7 Tentukan banyaknya elektron tunggal dari ion 26Fe3+.
15
Pembahasan: Fe = [Ar] 4s2 3d6
26
Fe3+= [Ar] 3d5
26
Diagram orbital 3d5 =
1
1
1
1
1
Jumlah elektron tunggal = 5 elektron. Jadi, banyaknya elektron tunggal dari ion 26Fe3+ adalah 5 elektron.
16
