Konfigurasi elektron ( Asas AufBau, Larangan Pauli dan Hund)

Konfigurasi elektron berdasarkan konsep kulit atom, yaitu jumlah elektron yang mengisi pada tiap kulit dan dikenal sebagai periode. Pada mekanika gelombang atau mekanika kuantum, elektron-elektron dalam suatu atom akan tersebar ke dalam orbital-orbital (s, p, d, f, dan seterusnya). Bagaimana pengisian elektron ke dalam orbital? Pengisian orbital oleh elektron mengikuti aturan dengan memperhatikan tiga hal, yaitu asas AufBau, asas larangan Pauli, dan asas Hund.

1. Asas AufBau 

Menurut asas AufBau, pada kondisi normal atau pada tingkat dasar, elektron akan menempati orbital yang memiliki energi terendah terlebih dahulu dan diteruskan ke orbital yang memiliki energi lebih tinggi. Untuk memudahkan dalam pengisian elektron diberikan tahap-tahap pengisian elektron dengan menggunakan jembatan ingatan sebagai berikut.

Urutan pengisian elektron ke dalam orbital.

Arah anak panah menyatakan urutan pengisian orbital. Dengan demikian urutan pengisian elektron berdasarkan gambar tersebut berurut-urut 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, dan seterusnya. Pengisian elektron harus satu persatu dan setiap orbital hanya boleh diisi oleh maksimal 2 elektron.

Contoh:

Bagaimana konfigurasi elektron dari unsur H, He, N, dan Sc? 

(No atom H = 1, He = 2, N = 7, dan Sc = 21) 

Jawab 

1 H : 1s¹

2 He : 1s²

7 N : 1s²2s² 2p³

21 Sc : 1s² 2s² 2p⁶3s² 3p⁶ 4s² 3d¹

2. Asas larangan Pauli 

Pauli mengemukakan hipotesisnya yang menyatakan bahwa dalam satu atom tidak mungkin dua elektron mempunyai keempat bilangan kuantum sama. Misal, 2 elektron akan menempati subkulit 1s. Tiga bilangan kuantum pertama akan mempunyai nilai yang sama (n = 1, l = 0, m = 0). Untuk itu bilangan kuantum yang terakhir, yaitu bilangan kuantum spin(s) harus mempunyai nilai berbeda ( + 1/2 atau -1/2 ).

Dengan kata lain, setiap orbital maksimal hanya dapat terisi 2 elektron dengan arah spin berlawanan. Sebagai contoh, pengisian elektron pada orbital 1s digambarkan sebagai berikut.

Mengapa pada satu orbital hanya dapat ditempati maksimal oleh dua elektron? Karena jika ada elektron ketiga, maka elektron tersebut pasti akan mempunyai spin yang sama dengan salah satu elektron yang terdahulu dan itu akan melanggar asas larangan Pauli dengan demikian tidak dibenarkan. Jumlah elektron maksimal untuk tiap subkulit sama dengan dua kali dari jumlah orbitalnya.

• orbital s maksimal 2 elektron
• orbital p maksimal 6 elektron
• orbital d maksimal 10 elektron, dan
• orbital f maksimal 14 elektron.

3. Asas Hund

Frederick Hund, 1927 (dikenal Hund) mengatakan bahwa pengisian elektron pada orbital yang setingkat (energinya sama) dalam satu orbital adalah satu per satu dengan arah spin yang sama sebelum berpasangan. Asas ini dikemukakan berdasarkan penalaran bahwa energi tolak-menolak antara dua elektron akan minimum jika jarak antara elektron berjauhan. Untuk lebih memahaminya, perhatikan gambaran pengisian elektron pada orbital p.

Contoh pengisian yang benar.

Contoh pengisian yang salah.

Untuk penulisan konfigurasi elektron yang mempunyai jumlah elektron besar dapat dilakukan penyederhanaan. Penyederhanaan dilakukan dengan menuliskan simbol dari unsur gas mulia yang mempunyai nomor atom di bawahnya, diikuti dengan penulisan kekurangan jumlah elektron setelah gas mulia tersebut.

Contoh:

Perhatikan konfigurasi elektron unsur-unsur dibawah ini. 

a. ₁₀Ne : 1s² 2s²2p⁶

b.₁₁Na : 1s² 2s²2p⁶ 3s¹

c. ₈Ar : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶

d. ₂₀C a : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²

e.  ₂₅Mn : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶3d⁵ 4s²

Sederhanakan penulisan konfigurasi elektron tersebut. 

Jawab :

Penulisan konfigurasi elektron Na, Ca, dan Mn tersebut dapat disederhanakan menjadi

₁₁Na : [Ne] 3s¹

₂₀C a : [Ar] 4s²

₂₅Mn : [Ar] 4s² 3d⁵