Konfigurasi Elektron dan Elektron Valensi

Rabu, 31 Agustus 2016

Berikut ini adalah salinan dari penjelasan Pak Kaka (Muhamad Abdulkadir Martoprawiro, Ph.D - Dosen Kimia ITB) tentang konfigurasi elektron dan elektron valensi. Penjelasan ini diberikan pada diskusi Grup Asosiasi Guru Kimia Indonesia (Grup AGKI di Facebook). Latar belakang tulisan ini adalah masih ada guru-guru kimia yang salah memahami tentang konfigurasi elektron dan juga elektron valensi terutama untuk unsur-unsur logam transisi. Berikut ini penjelasannya.

Konfigurasi Elektron dan Elektron Valensi
Dari keragaman pandangan tentang bagaimana menentukan keempat bilangan kuantum untuk elektron "terakhir", akhirnya dirasa perlu untuk membahas kembali struktur elektron dalam atom, yang bisa dimulai dengan pembahasan tentang konfigurasi elektron.

Konfigurasi elektron adalah suatu cara untuk menggambarkan pengisian elektron dalam (sub)kulit-(sub)kulit. Yang di dalam kurung dari definisi ini dapat dihapus, karena ada dua macam konfigurasi elektron, yaitu yang berbasis kulit, dan yang berbasis subkulit. Misalnya, konfigurasi elektron Na bisa dituliskan dengan cara berikut, bisa juga dengan cara di alinea berikutnya:
Na: 2, 8, 1

Untuk atom berelektron banyak, subkulit-subkulit yang terisi memiliki urutan tingkat energi berikut: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s dst., yang sering digambarkan dalam diagram prinsip Aufbau. Prinsip ini menyatakan bahwa elektron mengisi tingkat energi yang lebih rendah terlebih dahulu. Sebagai contoh, berikut konfigurasi elektron beberapa atom unsur:

Na: 1s2 2s2 2p6 3p1
Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2
Pb: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 4f14 5d10 6s2 6p2

Sebelum beralih ke pembahasan berikut, patut ditekankan bahwa konfigurasi elektron yang dituliskan beberapa contohnya di atas, adalah konfigurasi elektron atom-atom itu "pada keadaan dasar". Tanpa penyebutan ini, maka konfigurasi elektron di atas, walau tetap bisa dibenarkan, tetapi bukan satu-satunya "jawaban", karena konfigurasi elektron atom-atom itu bisa juga dituliskan sebagai:

Na: 1s2 2s2 2p6 3p1 atau Na: 1s2 2s2 2p5 3s2
Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s1 atau Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s1 4p1
Pb: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 4f14 5d10 6s1 6p3

Dalam kaitannya dengan konfigurasi elektron, terdapat beberapa konsep yang saya tuliskan definisinya di bawah ini:
Valence electrons (elektron valensi), atau disebut juga outer shell electrons (elektron kulit terluar), yaitu elektron yang berada pada subkulit terisi yang memiliki bilangan kuantum n terbesar.

Core electrons, atau disebut juga inner shell electrons (elektron kulit dalam), yaitu elektron yang berada pada kulit-dalam YANG PENUH (electrons in completely filled inner-shells). Yang dimaksud kulit dalam adalah semua subkulit yang memiliki bilangan kuantum n yang lebih kecil dari bilangan kuantum n untuk elektron valensi.

Kalau kita terapkan definisi elektron valensi dan elektron kulit-dalam terhadap beberapa atom di atas, kita peroleh jumlah elektron valensi dan elektron kulit-dalam untuk beberapa contoh atom di atas:

Na: jumlah elektron valensi = 1, jumlah elektron kulit dalam = 10
Fe: jumlah elektron valensi = 2, jumlah elektron kulit dalam = 18
Pb: jumlah elektron valensi = 4, jumlah elektron kulit dalam = 78

Perhatikan bahwa untuk golongan utama (Na dan Pb), jumlah elektron valensi dan elektron kulit-dalam tepat sama dengan bilangan atom (nomor atom).

Selain elektron kulit-dalam dan elektron kulit terluar (elektron valensi), terdapat pula istilah lain yaitu elektron terluar (outer electrons), yaitu tanpa kata "kulit". Untuk kedua istilah pertama, tampaknya hampir semua kimiawan di dunia sepakat. Mengapa? Karena kedua jenis elektron ini punya sifat yang mudah dibedakan. Elektron valensi mudah terlibat dalam pembentukan ikatan kimia, sedangkan elektron kulit-dalam tidak terlibat langsung dalam pembentukan ikatan kimia.

Walaupun elektron kulit-dalam tidak terlibat langsung dalam pembentukan ikatan, tapi elektron-elektron itu tetap mempengaruhi pembentukan ikatan. Peran sekunder elektron kulit-dalam pada pembentukan ikatan berupa penyaringan (screening) muatan positif inti atom dari elektron valensi, sehingga tidak seluruh muatan inti atom dirasakan pengaruhnya oleh elektron valensi.

Pada contoh di atas, sifat unik terdapat pada elektron 3d pada atom Fe, karena elektron-elektron tersebut. bukanlah elektron valensi, karena tidak memiliki bilangan kuantum utama n terbesar. Tetapi, elektron-elektron ini juga tidak memiliki sifat elektron kulit-dalam yang tidak terlibat langsung dalam pembentukan ikatan. Justru elektron 3d DAPAT terlibat langsung dalam pembentukan ikatan kimia, yang kita kenal betul dalam pembentukan senyawa koordinasi.

Mungkin karena keunikan inilah, muncul perbedaan pandangan tentang makna elektron terluar.

Beberapa kimiawan menyatakan bahwa elektron terluar (outer electrons) adalah sinonim dari elektron kulit-terluar (outer-shell electrons) atau elektron valensi (valence electrons). Menurut kalangan ini, "elektron terluar" hanya pengucapan ringkas dari "elektron kulit-terluar".

Tetapi beberapa kimiawan berpendapat, yang disebut elektron terluar adalah elektron yang tidak termasuk dalam elektron kulit-dalam. Menurut mereka, berbeda dengan elektron kulit-dalam yang seolah "terikat kuat" pada inti atom, sehingga sulit terlibat langsung dalam pembentukan ikatan kimia, elektron terluar relatif lebih bebas berperan dalam pembentukan ikatan kimia.

Kalau kita terapkan pandangan terakhir ini pada contoh beberapa atom di atas, maka jumlah elektron terluar Na, Fe, dan Pb berturut-turut 1, 8, dan 4. Perhatikan bahwa untuk atom golongan utama (Na, Pb), elektron terluar adalah sama dengan elektron valensi. Tapi untuk atom Fe, elektron terluar merupakan gabungan dari elektron subkulit yang tidak penuh dan elektron valensi, yaitu elektron 3d dan 4s.

Terakhir, kita bisa membahas tentang elektron yang memiliki energi tertinggi, atau kita singkat dengan "elektron dengan energi tertinggi". Pada atom Na, Fe, dan Pb di atas, elektron dengan energi tertinggi adalah berturut-turut elektron 3s, 3d, dan 6p. Elektron dengan energi tertinggi inilah yang dalam soal UN pernah disebut sebagai "elektron terakhir".

Dari ketiga contoh di atas, elektron dengan energi tertinggi termasuk dalam kelompok "elektron terluar" kalau kita menggunakan pandangan terakhir pada bagian 4 tentang elektron terluar. Walaupun demikian, karena adanya keragaman pandangan tentang definisi elektron terluar, maka pertanyaan terkait bilangan kuantum untuk elektron ini, sebaiknya menyebutnya sebagai "elektron dengan energi tertinggi" pada konfigurasi elektron keadaan dasar.

Dari pembahasan di atas, bisa dirangkum bahwa kimiawan pada umumnya sepakat dengan istilah elektron kulit-dalam (core electrons, inner-shell electrons), dan elektron valensi atau elektron kulit terluar (valence electrons, outer-shell electrons). Tapi ada keragaman pandangan tentang pengertian elektron terluar yang kadang dimaknai sebagai sinonim dari elektron valensi, tapi kadang juga dimaknai lebih luas dari elektron valensi, dengan memasukkan juga elektron subkulit yang lebih dalam, tapi belum penuh.

Tapi yang jelas, dalam diskusi di antara kimiawan dunia, tidak pernah ada istilah the latest electrons atau "elektron terakhir". Jadi, sebaiknya kita tidak lagi menggunakan istilah elektron terakhir.

Semoga tulisan ini bermanfaat.



Pada diskusi mengemuka bahwa ada pendapat bahwa bila subkulit 3d terisi elektron, maka tingkat energi pada 3d tersebut turun sehingga energi pada 3d lebih rendah dari 4s. Hal ini juga jadi jawaban kenapa ketika Fe membentuk ion maka elektron yang terlepas adalah pada 4s. Alasan lebih lanjut mengapa 3d energinya lebih rendah dari 4s, hal ini karena elektron pada 3d lebih mungkin untuk mendekat ke inti atom dibandingkan dgn 4s.

Pendapat seperti itu menjadi sulit diterima karena akan ada argumen lain dengan mengambil contoh Fe. Setelah pengisian 18 elektron (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6), tahap berikutnya adalah pengisian 3d ATAU 4s? Tapi karena subkulit 4s lebih rendah dari 3d, maka di-isi-lah 4s terlebih dahulu (4s2 ). Setelah 20 elektron itu, maka tersisalah 6 elektron, yang diisikan ke subkulit 3d, sehingga menjadi 3d6 4s2.
 

Kembali pada klaim, setelah 3d terisi menjadi 3d6, maka subkuit 3d yang tadinya di atas 4s, turun menjadi di bawah 4s. JIKA MEMANG DEMIKIAN, mengapa 2 elektron pada 4s (yang lebih tinggi dari 3d), tidak jatuh ke subkulit 3d yang berada di bawahnya? KALAU KLAIM ITU BENAR, mestinya konfigurasi elektron Fe segera berubah menjadi: 3d8 4s0 alias tidak ada lagi elektron pada subkulit 4s. 

Diskusi akan terus berlanjut. 

Untuk rekan guru kimia mari bergabung dengan grup diskusi asosiasi guru kimia indonesia di facebook, untuk menyegarkan pemahaman dan meluruskan bila terdapat "bengkok-an". Jangan lupa mengisi form juga di google form berikut ini.
Bagikan di

1 komentar:

  1. Keren pak. Terimakasih sudah rela berlelah2. Semoga menjadi ladang pahala untuk bapak.

    BalasHapus

 
Copyright © 2015-2016 Urip dot Info | Disain Template Oleh Herdiansyah Hamzah Dimodivikasi Urip.Info