Konfigurasi elektron: Perbedaan antara revisi

[[Berkas:Electron orbitals.svg|rightka|thumbjmpl|350px|Orbital-orbital molekul dan atom elektron]]

Dalam [[fisika atom]] dan [[kimia kuantum]], '''konfigurasi elektron''' adalah susunan [[elektron|elektron-elektron]] pada sebuah [[atom]], [[molekul]], atau struktur fisik lainnya.<ref name="IUPAC1">{{GoldBookRef|file=C01248|title=configuration (electronic)}}</ref> Sama seperti [[partikel elementer]] lainnya, elektron patuh pada hukum [[mekanika kuantum]] dan menampilkan sifat-sifat bak-partikel maupun bak-gelombang. Secara formal, [[keadaan kuantum]] elektron tertentu ditentukan oleh [[fungsi gelombang]]nya, yaitu sebuah fungsi ruang dan waktu yang [[bilangan kompleks|bernilai kompleks]]. Menurut [[interpretasi Kopenhagen|interpretasi mekanika kuantum Copenhagen]], posisi sebuah elektron tidak bisa ditentukan kecuali setelah adanya aksi pengukuran yang menyebabkannya untuk bisa dideteksi. Probabilitas aksi pengukuran akan mendeteksi sebuah elektron pada titik tertentu pada ruang adalah proporsional terhadap kuadrat [[nilai absolut]] fungsi gelombang pada titik tersebut.

Elektron-elektron dapat berpindah dari satu [[aras energi]] ke aras energi yang lainnya dengan emisi atau absorpsi [[kuantum]] [[energi dalam]] bentuk [[foton]]. Oleh karena [[asas larangan Pauli]], tidak boleh ada lebih dari dua elektron yang dapat menempati sebuah [[orbital atom]], sehingga elektron hanya akan meloncat dari satu orbital ke orbital yang lainnya hanya jika terdapat kekosongan di dalamnya.

Konfigurasi elektron yang pertama kali dipikirkan adalah berdasarkan pada model atom [[Bohr|model Bohr]]. Adalah umum membicarakan kelopak maupun subkelopak walaupun sudah terdapat kemajuan dalam pemahaman sifat-sifat [[mekaniamekanika kuantum]] elektron. Berdasarkan [[asas larangan Pauli]], sebuah orbital hanya dapat menampung maksimal dua elektron. Namun pada kasus-kasus tertentu, terdapat beberapa orbital yang memiliki aras energi yang sama (dikatakan ber[[degenerasi]]), dan orbital-orbital ini dihitung bersama dalam konfigurasi elektron.

[[Kelopak elektron]] merupakan sekumpulan orbital-orbital atom yang memiliki [[bilangan kuantum utama]] ''n'' yang sama, sehingga orbital 3s, orbital-orbital 3p, dan orbital-orbital 3d semuanya merupakan bagian dari kelopak ketiga. Sebuah kelopak elektron dapat menampung 2''n''{{sup|2}} elektron; kelopak pertama dapat menampung 2 elektron, kelopak kedua 8 elektron, dan kelopak ketiga 18 elektron, demikian seterusnya.

Jumlah elektron yang dapat menduduki setiap kelopak dan subkelopak berasal dari persamaan mekanika kuantum,<ref name="SchrodNote"> group="n">Secara formal, [[bilangan kuantum]] ''n'', ''l'', dan ''m''{{sub|l}} berasal dari fakta bahwa penyelesaian [[persamaan Schrödinger]] takgayut waktu untuk [[atom bak-hidrogen]] adalah berdasarkan pada [[harmonik bola]].</ref> terutama asas larangan Pauli yang menyatakan bahwa tidak ada dua elektron dalam satu atom yang bisa mempunyai nilai yang sama pada keempat [[bilangan kuantum]]nya.<ref>{{GoldBookRef|file=PT07089|title=Pauli exclusion principle}}</ref>

Para fisikawan dan [[kimiawan]] menggunakan notasi standar untuk mendeskripsikan konfigurasi-konfigurasi elektron atom dan molekul. Untuk atom, notasinya terdiri dari untaian label orbital atom (misalnya 1s, 3d, 4f) dengan jumlah elektron dituliskan pada setiap orbital (atau sekelompok orbital yang mempunyai label yang sama). Sebagai contoh, [[hidrogen]] mempunyai satu elektron pada orbital s kelopak pertama, sehingga konfigurasinya ditulis sebagai 1s¹. [[Litium]] mempunyai dua elektron pada subkelopak 1s dan satu elektron pada subkelopak 2s, sehingga konfigurasi elektronnya ditulis sebagai 1s²&nbsp;2s¹. [[FosforFosforus]] ([[bilangannomor atom]] 15) mempunyai konfigurasi elektron : 1s²&nbsp;2s²&nbsp;2p⁶&nbsp;3s²&nbsp;3p³.

Untuk atom dengan banyak elektron, notasi ini akan menjadi sangat panjang, sehingga notasi yang disingkat sering digunakan. Konfigurasi elektron fosforfosforus, misalnya, berbeda dari [[neon]] (1s²&nbsp;2s²&nbsp;2p⁶) hanya pada keberadaan kelopak ketiga. Sehingga konfigurasi elektron neon dapat digunakan untuk menyingkat konfigurasi elektron fosforfosforus. Konfigurasi elektron fosforfosforus kemudian dapat ditulis: [Ne]&nbsp;3s²&nbsp;3p³. Konvensi ini sangat berguna karena elektron-elektron pada kelopak terluar sajalah yang paling menentukan sifat-sifat kimiawi sebuah unsur.

[[Niels Bohr]] adalah orang yang pertama kali (1923) mengajukan bahwa [[periodisitas]] pada sifat-sifat [[unsur kimia]] dapat dijelaskan oleh struktur elektronik atom tersebut.<ref name="Bohr">{{cite journal | last = Bohr | first = Niels | authorlink = Niels Bohr | title = Über die Anwendung der Quantumtheorie auf den Atombau. I. | journal = [[Zeitschrift für Physik|Z. Phys.]] | year = 1923 | volume = 13 | page = 117}}</ref> Pengajuannya didasarkan pada [[model atom Bohr]], yang mana kelopak-kelopak elektronnya merupakan orbit dengan jarak yang tetap dari inti atom. Konfigurasi awal Bohr berbeda dengan konfigurasi yang sekarang digunakan: [[sulfur]] berkonfigurasi 2.4.4.6 daripada 1s²&nbsp;2s²&nbsp;2p⁶&nbsp;3s²&nbsp;3p⁴.

Satu tahun kemudian, [[Edmund Clifton Stoner|E.&nbsp;C.&nbsp;Stoner]] memasukkan bilangan kuantum ketiga [[Arnold Sommerfeld|Sommerfeld]] ke dalam deskripsi kelopak elektron, dan dengan benar memprediksi struktur kelopak sulfur sebagai 2.8.6.<ref>{{cite journal | last = Stoner | first = E.C. | authorlink = Edmund Clifton Stoner | title = The distribution of electrons among atomic levels | journal = [[Philosophical Magazine|Phil. Mag. (6th Ser.)]] | volume = 48 | year = 1924 | pages = 719–36}}</ref> Walaupun demikian, baik sistem Bohr maupun sistem Stoner tidak dapat menjelaskan dengan baik perubahan [[spektroskopi|spektra atom]] dalam [[medan magnet]] ([[efek Zeeman]]).

Bohr sadar akan kekurangan ini (dan yang lainnya), dan menulis surat kepada temannya [[Wolfgang Pauli]] untuk meminta bantuannya menyelamatkan teori kuantum (sistem yang sekarang dikenal sebagai "[[teori kuantum lama]]"). Pauli menyadari bahwa efek Zeeman haruslah hanya diakibatkan oleh elektron-elektron terluar atom. Ia juga dapat menghasilkan kembali struktur kelopak Stoner, namuntetapi dengan struktur subkelopak yang benar dengan pemasukan sebuah bilangan kuantum keempat dan [[asamasas larangan Pauli|asas larangannya]] (1925):<ref>{{cite journal | last = Pauli | first = Wolfgang | authorlink=Wolfgang Pauli | title = Über den Einfluss der Geschwindigkeitsabhändigkeit der elektronmasse auf den Zeemaneffekt | journal = [[Zeitschrift für Physik|Z. Phys.]] | year = 1925 | volume = 31 | pages = 373}} English translation from {{cite journal | last = Scerri | first = Eric R. | url = http://www.chem.ucla.edu/dept/Faculty/scerri/pdf/BJPS.pdf | title = The Electron Configuration Model, Quantum Mechanics and Reduction | journal = Br. J. Phil. Sci. | year = 1991 | volume = 42 | issue = 3 | pages = 309–25}}</ref>

[[Persamaan Schrödinger]] yang dipublikasikan tahun 1926 menghasilkan tiga dari empat bilangan kuantum sebagai konsekuensi penyelesainnya untuk atom hidrogen:<ref name="SchrodNote" group="n" /> penyelesaian ini menghasilkan orbital-orbital atom yang dapat kita temukan dalam buku-buku teks kimia. Kajian spektra atom mengizinkan konfigurasi elektron atom untuk dapat ditentukan secara eksperimen, yang pada akhirnya menghasilkan kaidah empiris (dikenal sebagai kaidah Madelung (1936)<ref name="Madelung">{{cite book | last = Madelung | first = Erwin | authorlink = Erwin Madelung | title = Mathematische Hilfsmittel des Physikers | location = Berlin | publisher = Springer | year = 1936}}</ref>) untuk urutan orbital atom mana yang terlebih dahulu diisi elektron.

[[Berkas:Klechkowski rule 2.svg|rightka|300px|thumbjmpl|Urutan pengisian orbital-orbital atom mengikuti arah panah. 5g dan 6h telah hilang.]] Asas ini bekerja dengan baik (untuk keadaan dasar atom-atom) untuk 18 unsur pertama; ia akan menjadi semakin kurang tepat untuk 100 unsur sisanya. Bentuk modern asas Aufbau menjelaskan urutan energi orbital berdasarkan kaidah Madelung, pertama kali dinyatakan oleh [[Erwin Madelung]] pada tahun 1936.<ref name="Madelung"/><ref group="n">Kaidah Madelung kadang-kadang dikenal juga sebagai kaidah Klechkowski, terutama di negara-negara berbahasa PerancisPrancis.</ref>

Asas Aufbau begantung pada postulat dasar bahwa urutan energi orbital adalah tetap, baik untuk suatu unsur atau di antara unsur-unsur yang berbeda. Ia menganggap orbital-orbital atom sebagai "kotak-kotak" energi tetap yang mana dapat diletakkan dua elektron. Namun, energi elektron dalam orbital atom bergantung pada energi keseluruhan elektron dalam atom (atau ion, molekul, dsb). Tidak ada "penyelesaian satu elektron" untuk sebuah sistem dengan elektron lebih dari satu, sebaliknya yang ada hanya sekelompok penyelesaian banyak elektron, yang tidak dapat dihitung secara eksak<ref group="n">Elektron merupakan [[partikel identik]], fakta yang kadang-kadang dirujuk sebagai "ketakterbedaan elektron". Penyelesaian satu elektron ke sistem banyak elektron akan mengimplikasikan bahwa elektron-elektron dapat diberdakan satu sama lainnya, namuntetapi terdapat bukti-bukti eksperimen yang membuktikan bahwa itu tidak dapat terjadi. Penyelesaian eksak untuk sistem banyak elektron adalah [[masalahMasalah benda-n|masalah benda-''n'']] dengan ''n''&nbsp;≥ 3 (inti atom dihitung sebagai salah satu "badan").</ref> (walaupun terdapat pendekatan matematika yang dapat dilakukan, seperti [[Hartree-Fock|metode Hartree-Fock]]).

Paradoks akan muncul ketika elektron ''dilepaskan'' dari atom logam transisi, membentuk ion. Elektron yang pertama kali diionisasikan bukan berasal dari orbital 3d, melainkan dari 4s. Hal yang sama juga terjadi ketika [[senyawa kimia]] terbentuk. [[Kromium heksakarbonil]] dapat dijelaskan sebagai atom kromium (bukan ion karena [[keadaan oksidasi]]nya 0) yang dikelilingi enam ligan [[karbon monoksida]]; ia bersifat [[diamagnetik]] dan konfigurasi atom pusat kromium adalah 3d{{sup|6}}, yang berarti bahwa orbital 4s pada atom bebas telah bepindah ke orbital 3d ketika bersenyawa. Pergantian elektron antara 4s dan 3d ini dapat ditemukan secara universal pada deret pertama logam-logam transisi.<ref group="n">Terdapat beberapa kasus pada deret kedua dan ketiga di mana elektron tetap berada dalam orbital s.</ref>

Fenomena ini akan menjadi paradoks hanya ketika diasumsikan bahwa energi orbital atom adalah tetap dan tidak dipengaruhi oleh keberadaan elektron pada orbital-orbital lainnya. Jika begitu, maka orbital 3d akan memiliki energi yang sama dengan orbital 3p, seperti pada hidrogen. Namun hal ini jelas-jelas tidak demikian.

Terdapat beberapa pengecualian kaidah Madelung lainnya untuk unsur-unsur yang lebih berat, dan akan semakin sulit untuk menggunakan penjelasan yang sederhana mengenai pengecualian ini. Adalah mungkin untuk memprediksikan kebanyakan pengecualian ini menggunakan perhitungan Hartree-Fock,<ref>{{cite journal | last = Meek | first = Terry L. | coauthors = Allen, Leland C. | title = Configuration irregularities: deviations from the Madelung rule and inversion of orbital energy levels | journal = [[Chemical Physics Letters|Chem. Phys. Lett.]] | volume = 362 | issue = 5–6 | pages = 362–64 | doi = 10.1016/S0009-2614(02)00919-3 | url = http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6TFN-46G4S5S-1&_user=961305&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000049425&_version=1&_urlVersion=0&_userid=961305&md5=cef78ae6aced8ded250c6931a0842063 | year = 2002 | access-date = 2008-10-27 | archive-date = 2009-02-06 | archive-url = https://web.archive.org/web/20090206165419/http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6TFN-46G4S5S-1&_user=961305&_rdoc=1&_fmt=&_orig=search&_sort=d&view=c&_acct=C000049425&_version=1&_urlVersion=0&_userid=961305&md5=cef78ae6aced8ded250c6931a0842063 | dead-url = yes }}</ref> yang merupakan metode pendekatan dengan melibatkan efek elektron lainnya pada energi orbital. Untuk unsur-unsur yang lebih berat, diperlukan juga keterlibatan [[Kimia kuantum relativistik|efek relativitas khusus]] terhadap energi orbital atom, karena elektron-elektron pada kelopak dalam bergerak dengan kecepatan mendekati [[kecepatan cahaya]]. Secara umun, efek-efek relativistik ini<ref>{{GoldBookRef|file=RT07093|title=relativistic effects}}</ref> cenderung menurunkan energi orbital s terhadap orbital atom lainnya.<ref>{{cite journal | first = Pekka | last = Pyykkö | title = Relativistic effects in structural chemistry | journal = [[Chemical Reviews|Chem. Rev.]] |year = 1988 | volume = 88 | pages = 563–94}}</ref>

* [[Tabel konfigurasi elektron atom]]

== Catatan kaki dan referensi ==

* [http://www.perfectperiodictable.com/userguide Simplified procedure for deriving electron configurations] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160319010144/http://www.perfectperiodictable.com/userguide |date=2016-03-19 }}

[[Kategori:Fisika molekulmolekular]]

[[Kategori:Kimia teoritisteoretis]]