Konfigurasi Elektron: Struktur Atom - Kimia (Kelas 10)

Warna Nyala Memberi Petunjuk

Saat garam seperti $\mathrm{NaCl}$ atau $\mathrm{KCl}$ dipanaskan dalam uji nyala, warna yang tampak bukan muncul secara acak. Energi panas dapat membuat elektron berada pada keadaan energi yang lebih tinggi untuk sementara. Ketika elektron kembali ke keadaan yang lebih rendah, atom atau ion memancarkan cahaya.

OpenStax menjelaskan bahwa model Bohr memakai tingkat energi diskret untuk menjelaskan spektrum garis atom hidrogen. Rujukan konsepnya bisa dibuka di openstax.org.

Kata diskret berarti tidak semua nilai energi boleh dipakai. Bayangkan anak tangga. Kalian bisa berdiri di anak tangga pertama, kedua, atau ketiga, tetapi tidak di ruang kosong antara dua anak tangga. Dalam atom, elektron hanya boleh berada pada tingkat energi tertentu.

Warna Nyala Menunjuk Energi Elektron

Eksitasi berarti elektron menyerap energi dan naik sementara ke tingkat energi lebih tinggi. Saat elektron turun kembali, energi dilepas sebagai cahaya. Pada eksperimen nyala, percobaan harus mengikuti prosedur keselamatan dan memakai alat pelindung diri karena melibatkan pemanasan bahan kimia.

Apa yang Disebut Konfigurasi Elektron

Konfigurasi elektron adalah cara menuliskan penyebaran elektron di sekitar inti atom. Di sini, kita memakai model kulit sederhana, yaitu elektron dikelompokkan pada kulit $\mathrm{K}$ , $\mathrm{L}$ , $\mathrm{M}$ , dan $\mathrm{N}$ .

Untuk atom netral:

e^- = Z

Simbol $e^-$ adalah jumlah elektron, sedangkan $Z$ adalah nomor atom atau jumlah proton. Jadi, atom natrium netral dengan $Z = 11$ memiliki $11$ elektron.

Model kulit sederhana ini dibatasi untuk contoh unsur ringan sampai kalsium, yaitu $Z \le 20$ . Untuk unsur yang lebih berat, kimia modern memakai pembahasan subkulit dan orbital yang lebih rinci. OpenStax membahas bentuk yang lebih lanjut itu pada openstax.org.

Model Interaktif Kulit Elektron

Pilih atom netral di bawah ini. Mulai dari nomor atomnya, lalu lihat bagaimana elektron tersebar dari kulit dalam ke kulit luar.

Model Konfigurasi Elektron

Pilih atom netral, lalu lihat jumlah elektron pada kulit sederhana

\mathrm{K}

\mathrm{L}

\mathrm{M}

, dan

\mathrm{N}

Elektronnya hanya $1$ , jadi berada di kulit $\mathrm{K}$ .

Nomor atom: $Z = 1$
Jumlah elektron: $e^- = 1$
Konfigurasi: $1$
Kulit terluar: $\mathrm{K}$

Membaca Urutan Pengisian

Pada model kulit sederhana untuk unsur pertama sampai kalsium, elektron diisikan dari kulit yang lebih dekat inti dulu. Urutannya:

Kulit	Jumlah maksimum pada model sederhana ini	Cara membaca
$\mathrm{K}$	$2$	Kulit pertama, paling dekat inti.
$\mathrm{L}$	$8$	Diisi setelah kulit $\mathrm{K}$ penuh.
$\mathrm{M}$	$8$ untuk pola awal ini	Diisi setelah kulit $\mathrm{L}$ penuh.
$\mathrm{N}$	Mulai tampak pada unsur dengan $Z = 19$ sampai $20$ di pola awal	Dipakai setelah pola $2, 8, 8$ .

Catatan penting: kulit $\mathrm{M}$ dapat dibahas lebih rinci pada materi lanjutan. Di sini, pola $2, 8, 8, 2$ dipakai sebagai jembatan untuk membaca unsur ringan, bukan sebagai aturan lengkap untuk semua unsur.

Contoh natrium:

\begin{aligned} \mathrm{Na}: Z &= 11 \\ e^- &= 11 \\ \text{konfigurasi} &= 2, 8, 1 \end{aligned}

Contoh klorin:

\begin{aligned} \mathrm{Cl}: Z &= 17 \\ e^- &= 17 \\ \text{konfigurasi} &= 2, 8, 7 \end{aligned}

Menghubungkan Konfigurasi dengan Spektrum

Konfigurasi elektron menunjukkan susunan elektron pada keadaan dasar, yaitu keadaan energi yang biasa dan stabil. Spektrum garis muncul ketika elektron menerima energi, lalu kembali ke tingkat energi yang lebih rendah.

Energi cahaya yang dilepas dapat ditulis:

E_{\text{foton}} = E_{\text{tinggi}} - E_{\text{rendah}} = h\nu = \frac{hc}{\lambda}

Simbol $h$ adalah tetapan Planck, $\nu$ adalah frekuensi cahaya, $c$ adalah cepat rambat cahaya, dan $\lambda$ adalah panjang gelombang. NIST mencantumkan nilai eksak $h = 6{,}62607015 \times 10^{-34}\ \mathrm{J\,s}$ dan $c = 2{,}99792458 \times 10^8\ \mathrm{m\,s^{-1}}$ dalam daftar konstanta CODATA. Rujukannya bisa dibuka di physics.nist.gov.

Cukup pegang hubungan idenya: elektron punya tingkat energi tertentu, perubahan tingkat energi menghasilkan cahaya tertentu, dan susunan elektron membantu kita membaca perilaku atom.

Membaca Elektron dari Nomor Atom

Saat diminta menulis konfigurasi elektron sederhana, pakai urutan ini:

Pastikan atomnya netral atau ion.
Jika netral, jumlah elektron sama dengan nomor atom.
Isi kulit dari dalam ke luar pada model yang sedang dipakai.
Tulis jumlah elektron tiap kulit dengan koma.

Untuk magnesium netral:

\begin{aligned} Z &= 12 \\ e^- &= 12 \\ \text{konfigurasi} &= 2, 8, 2 \end{aligned}

Jadi, konfigurasi elektron magnesium netral adalah $2, 8, 2$ . Mulai dari nomor atom membuat langkahnya lebih aman daripada langsung menghafal daftar konfigurasi.