Struktur atom dan sistem periodik

TEORI ATOM MODERN

Orbital dan bilangan kuantum

Orbital adalah volume ruang yang memiliki kebolehjadian paling besar untuk menemukan elektron dalam atom. Keberadaan elektron dalam atom dikaitkan dengan empat bilangan kuantum utama, bilangan kuantum azimut, bilangan kuantum magnetik, dan bilangan kuantum spin.

Bilangan kuantum utama

Bilangan kuantum utama (n) menentukan ukuran dari orbital. Bilangan kuantum utama memiliki nilai n = 1, 2, 3, 4, ....

Bilangan kuantum azimut

Bilangan kuantum azimut atau bilangan kuantum orbital mempunyai harga l = 0, 1, 2, 3, ... (n - 1).
Harga l biasanya dinyatakan dengan huruf sebagai berikut:
l = 0, hurufnya s (sharp)
l = 1, hurufnya p (principal)
l = 2, hurufnya d (diffuse)
l = 3, hurufnya f (fundamental).
Misalkan subkulit 2p berarti mempunyai harga n = 2 dan l = 1.

Hubungan kulit dengan subkulit.

Kulit K (n = 1) hanya mengandung orbital 1s
Kulit L (n = 2) hanya mengandung orbital 2s dan 2p.
Kulit M (n = 3) mengandung 3s, 3p, dan 3d.
Kulit N (n = 4) mengandung 4s, 4p, 4d, 4f.

Bilangan kuantum magnetik

Untuk l = 0 (elektron pada s ) maka m = 0
Untuk l = 1 (elektron pada p) maka m = -1, 0 , +1
Untuk l = 2 (elektron pada d) maka m = -2, -1, 0, +1, +2
Untuk l = 3 (elektron pada f) maka m = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

Bilangan kuantum spin

Harga bilangan kuantum spin (s) adalah +1/2 dan - 1/2.

Konfigurasi elektron dan diagram orbital

Konfigurasi elektron merupakan cara penyusunan elektron dalam suatu atom. Penulisannya didasarkan pada aturan Aufbau:
Elektron secara bertahap menempati orbital dimulai dari yang berenergi paling rendah. Setelah orbital berenergi rendah terisi penuh, elektron menempati orbital yang energinya satu tingkat lebih tinggi, dan seterusnya sampai semua elektron dalam orbital menempati orbitalnya.
Atau urutannya sebagai berikut:
 

Penyingkatan penulisan konfigurasi elektron.

Untuk lebih jelasnya bisa dilihat contoh berikut:
Tuliskan konfigurasi elektron unsur-unsur berikut:
a. 11 Na
b. 20 Fe
Jawab:
11Na = 1s², 2s², 2p⁶, 3s¹ atau disingkat Ne 3s¹
20Fe = 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 4s²,3d⁶ atau disingkat: Ar 4s²,3d⁶

Penulisan konfigurasi elektron untuk ion

Untuk lebih jelasnya tentang konfigurasi elektron bisa dilihat contoh berikut:
Tuliskan konfigurasi elektron ion berikut:
a. 19K⁺
b. 16S^2-

Pembahasan:

• Ion K⁺ adalah atom bermuatan positif (+1) sehingga melepaskan 1 elektron. Jadi jumlah elektronnya = 19 - 1 = 18. Sehingga konfigurasinya K⁺ = 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶
• Ion S^2-adalah atom bermuatan negatif sehingga menerima 2 elektron. Jad jumlah elektron = 16 + 2 = 18. Jadi konfigurasinya: S^2- = 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶

Orbital penuh dan setengah penuh.

Penulisan konfigurasi elektron 24Cr menurut aturan aufbau adalah 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d⁴ penulisan tersebut tidak tepat karena orbitas 4s terisi penuh sedangkan 3d tidak terisi penuh atau setengah penuh. Berdasarkan aturan penuh dan setengah penuh maka konfigurasi yang tepat adalah
1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 4s¹, 3d⁵

Diagram orbital

Diagram orbital dapat dibuat dengan langkah berikut:

1. Tulis konfigurasi elektron dengan aturan aufbau
2. Buat kotak dengan aturan: s = 1 kotak, p = 3 kotak, d = 5 kotak, f = 7 kotak.
3. Isi kotak sesuai dengan jumlah elektron masing-masing orbital dengan tanda panah ke atas atau ke bawah. 
4. Penulisannya mengikuti aturan Hund yaitu elektron-elektron pada orbitas yang memiliki tingkat energi yang sama akan terlebih dahulu mengisi kotak-kotak yang kosong dengan arah spin tertentu. Kemudian, orbital di isi dengan elektron berikutnya dengan arah spin yang berlawanan.

Asas larangan Pauli

Menurut asas larangan Pauli, tidak ada dua elektron yang mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama. Hal ini berarti setiap orbital maksimum hanya dapat ditempati oleh 2 elektron saja.

Penentuan bilangan kuantum

Perhatikan contoh berikut:
Tentukan nilai bilangan kuantum yang mungkin untuk elektron yang pada keadaan dasar menempati orbital dengan tingkat energi tertinggi pada atom-atom berikut:
a. 19K
b. 15P

Pembahasan
a. 19K = 1s²2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹
Orbital tertinggi adalah 4s maka:

1. n = 4 (nomor kulit terbesar)
2. l = 0 (subkulit s)
3. m = 0 (subkulit s hanya memiliki sebuah orbital).
4. s = + 1/2 atau - 1/2

b. 15P = 1s²2s² 2p⁶ 3s² 3p³
Orbital yang tertinggi adalah 3p, maka:

1. n = 3
2. l = 1 (subkulit p = 1)
3. m = -1 , 0, +1
4. s = +1/2 atau s = -1/2

Hubungan konfigurasi elektron dan sistem periodik

Golongan unsur-unsur

Golongan A

Golongan A menempati blok s (elektron valensi pada subkulit s) dan blok p ( elektron valensi pada subkulit s dan p).

Blok s

Unsur-unsur blok s dibagi menjadi 2 golongan:

1. Golongan IA, memiliki konfigurasi elektron valensi ns¹
2. Golongan II A, memiliki konfigurasi elektron valensi ns²

Blok p

Unsur-unsur blok p dibagi menjadi enam golongan yaitu:

1. Golongan IIIA, memiliki konfigurasi elektron valensi ns² np¹
2. Golongan IV A memiliki konfigurasi elektron valensi ns² np²
3. Golongan VA memiliki konfigurasi elektron valensi ns² np³
4. Golongan VIA memiliki konfigurasi elektron valensi ns² np⁴
5. Golongan VIIA memiliki konfigurasi elektron valensi ns² np⁵
6. Golongan VIIIA memiliki konfigurasi elektron valensi ns² np⁶

Cara menentukan nomor golongan untuk unsur yang termasuk golongan A berdasarkan konfigurasi elektron adalah:

1. Tuliskan konfigurasi elektron.
2. Nomor golongan = jumlah elektron valensi.

Golongan B

Golongan B menempati blok d (elektron valensi terletak pada subkulit s dan d) serta blok f (elektron valensi terletak pada subkulit s dan f).

Blok d

• Golongan IB memiliki konfigurasi elektron valensi (n - 1) d¹⁰ ns¹
• Golongan IIB memiliki konfigurasi elektron valensi (n - 1) d¹⁰ ns²
• Golongan IIIB memiliki konfigurasi elektron valensi (n - 1) d¹ ns²
• Golongan IVB memiliki konfigurasi elektron valensi (n - 1) d² ns²
• Golongan VB memiliki konfigurasi elektron valensi (n - 1) d³ ns²
• Golongan VIB memiliki konfigurasi elektron valensi  (n - 1) d⁵ ns¹
• Golongan VIIB memiliki konfigurasi elektron valensi (n - 1) d⁵ ns²
• Golongan VIIIB memiliki konfigurasi elektron valensi (n - 1) d⁶ ns² (n - 1) d⁷ ns² (n - 1) d⁸ ns²

Contoh soal menentukan golongan unsur dan pembahasannya

Tentukan golongan unsur-unsur yang mempunyai nomor atom berikut ini:
a. 21 Sc
b. 27 Co

Pembahasan
a. 21Sc = 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 3d¹, 4s²
                 2            8                8                  3
Jadi elektron valensi 3, dan terletak pada blok d, jadi Sc terletak pada golongan IIIB.
b. 27Co = 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 3d⁷, 4s²
                 2            8                8                 9
Jadi elektron valensi 9, dan terletak pada blok d, jadi Sc terletak pada golongan VIIIB.

Pembahasan soal selanjutnya bisa dilihat disini: Pembahasan soal struktur atom dan sistem periodik