Konfigurasi Elektron: Pengertian Menentukan Jumlah Elektron Tidak Berpasangan Ion Positif Negatif Prinsip Aufbau Hund Pauli Contoh Rumus Perhitungan 10

Pengertian Konfigurasi Elektron: Konfigurasi electron merupakan suatu cara penulisan yang menunjukkan distribusi elektron dalam orbitalorbital pada kulit utama dan subkulit.

Konfigurasi elektron dalam atom menggambarkan lokasi semua elektron menurut orbital-orbital yang ditempati.

Konfigurasi elektron menggambarkan susunan elektron dalam orbital- orbital atom dengan yang mengikuti aturan atau asas  dari  prinsip Aufbau, kaidah aturan Hund dan asas larangan Pauli.

Konfigurasi Elekton Prinsip Aufbau

Aturan pengisian elektron ke dalam orbital- orbital dikenal dengan prinsip Aufbau, dalam bahasa Jerman, Aufbau artinya kontruksi.


Menurut prinsip Aufbau, pada kondisi normal atau pada tingkat dasar, elektron akan mengisi orbital atom yang tingkat energi relatifnya lebih rendah dahulu baru kemudian mengisi orbital atom yang tingkat energinya lebih tinggi.

Keadaan Ketika elektron mengisi kulit dengan energi terendah disebut keadaan dasar (ground state).

Penulisan konfigurasi elektron berdasarkan kenaikan tingkat energi dapat digambarkan sebagai berikut:

Gambar Menentukan Konfigurasi Elektron Prinsip Aufbau
Gambar Menentukan Konfigurasi Elektron Prinsip Aufbau

Arah anak panah menyatakan urutan pengisian orbital. Huruf kecil n menunjukkan omor kulit.

Dengan demikian urutan pengisian elektron berdasarkan gambar tersebut berturut turut

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, dan seterusnya.

Dari urutan tersebut terlihat bahwa tingkat energi 3d lebih besar dibandingkan tingkat energi 4s. Jadi, setelah 3p penuh, elektron akan mengisi subkulit 4s terlebih dahulu sebelum subkulit 3d.

Contoh Konfigurasi Elektron Unsur Skandium Sc Berdasarkan Prinsip Aufbau

Buatlah konfigurasi elektron dari unsur 21Sc (nomor atom Sc = 21) berdasarkan prinsip Aufbau

21Sc = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

Setelah 3p penuh, elektron akan mengisi subkulit 4s terlebih dahulu sebelum subkulit 3d.

Contoh Konfigurasi Elektron Unsur Natrium Na Berdasarkan Prinsip Aufbau

Konfigurasi elektron unsur ₁₁Na  (nomor atom Na = 11) berdasarkan prinsip Aufbau adalah

₁₁Na = 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Contoh Konfigurasi Elektron Unsur Besi Fe Berdasarkan Prinsip Aufbau

Konfigurasi elektron dari atom besi yang memiliki nomor atom 26 adalah sebagai berikut:

₂₆Fe = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶

Penyederhanaan Penulisan Konfigurasi Elektron

Konfigurasi elektron dapat ditulis dengan cara singkat dengan menggantikan urutan dari pengisian orbital oleh lambang atom unsur gas mulia yang memiliki kulit terlengkap paling dekat sebelum unsur tersebut.

Contoh Menyederhanakan Konfigurasi Elektron Natrium Na

Konfigurasi elektron

11Na =  1s2 2s2 2p6 3s1

Unsur gas mulia terdekat sebelum unsur Na adalah unsur Ne dengan konfigurasi

10 Ne = 1s2 2s2 2p6 sehingga konfigurasi electron Natrium adalah

11Na = [Ne] 3s1

Contoh Penyederhanaan Konfigurasi Eleketron Kalsium Ca

Konfigurasi electron kalsium

20Ca = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

Unsur gas mulia yang paling dekat dengan unsur kalsium dan memiliki nomor atom lebih kecik adalah argon Ar dengan konfigurasi sebagai berikut

18Ar = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Sehingga konfigurasi electron kalsium adalah

20Ca = [Ar] 4s2

Contoh Menyederhanakan Penulisan Konfigurasi Elektron Unsur Mangan Mn

Konfigurasi electron unsur mangan Mn adalah

25Mn = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5

Unsur gas mulia yang paling dekat dan memiliki nomor atom lebih kecil dari  dengan mangan adalah unsur Argon Ar dengan konfigirasi elektronnya adalah

18Ar = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Sehingga konfigurasi electron mangan dapat ditulis seperti berikut

25Mn = [Ar] 4s2 3d5

Konfigurasi Elekton Aturan Kaidah Hund

Kaidah Hund menyatakan: bahwa elektron- elektron dalam orbital-orbital suatu subkulit cenderung untuk tidak berpasangan. Elektron- elektron akan berpasangan apabila pada subkulit itu sudah tidak ada lagi orbital kosong.

Susunan elektron dalam subkulit yang paling stabil adalah susunan dengan jumlah spin parallel atau arah sama terbanyak. Ini arttnya, elekron harus menempati orbital sendiri sendiri sebelum berpasangan dalam orbital.

Suatu orbital dilambangkan atau digambarkan dengan segi empat. Sedangkan dua elektron yang menempati satu orbital dilambangkan dengan dua anak panah yang berlawanan arah. Jika orbital hanya mengandung satu elektron, maka anak panah dituliskan mengarah ke atas.

Contoh Diagram Orbital Unsur Natrium

Konfigurasi electron dan diagram orbital unsur natrium dengan nomor atom 11 ditunjukkan pada gambar berikut

Contoh Diagram Orbital Unsur Natrium
Contoh Diagram Orbital Unsur Natrium

Orbital pada subkulit 3s hanya terisi oleh satu elektron atau setengan penuh.

Penyimpangan Konfigurasi Elektron

Pengisian electron pada subkulit d cenderung penuh yaitu berisi 10 elektron atau setengah penuh yaitu berisi 5 elektron.

Berdasarkan eksperimen, terdapat penyimpangan konfigurasi elektron dalam pengisian elektron. Penyimpangan pengisian elektron ditemui pada elektron yang terdapat pada orbital subkulit d dan f.

Penyimpangan pada orbital subkulit d dikarenakan orbital yang setengah penuh (d5) atau penuh (d10) bersifat lebih stabil dibandingkan dengan orbital yang hampir setengah penuh (d4) atau hampir penuh (d8 atau d9).

Jika electron terluar berakhir pada d4, d8 atau d9, maka satu atau semua elektron pada orbital s (yang berada pada tingkat energi yang lebih rendah dari d) pindah ke orbital subkulit d.

Akibat keadaan ini, maka struktur electron menjadi:

ns2 (n – 1)d9 tidak ada/ tidak ditemukan, dan yang ada adalah

ns1 (n – 1)d10

Struktur electron

ns2 (n – 1)d4 tidak ada/ tidak ditemukan, dan yang ada adalah

ns1 (n – 1)d5

Pengisian orbital penuh atau setengah penuh relatif lebih stabil. Hal ini diebabkan perbedaan tingkat energi yang sangat kecil antara subkulit 3d dan 4s serta antara 4d dan 5s pada masing-masing atom tersebut. Subkulit d lebih stabil pada keadaan tepat terisi penuh atau tepat setengah penuh.

Contoh Penyimpangan Konfigurasi Elektron Elektron

Contoh Penyimpangan Konfigurasi Elektron Elektron
Contoh Penyimpangan Konfigurasi Elektron Elektron

Contoh Konfigurasi Elektron Aturan Hund Unsur Kromium Cr

Konfigurasi electron unsur krom adalah

24Cr = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4

24Cr = [Ar] 4s2 3d4

konfigurasi electron tersebut relative kurang stabil sehingga konfigurasi electron Krom tersebut tidak ditemukan.

Konfigurasi electron yang benar untuk krom Cr adalah konfigurasi electron yang lebih stabil seperti berikut

24Cr = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5

24Cr = [Ar] 4s1 3d5

Diagram Orbital Unsur Kromium Cr

Diagram orbital subkulit 3d dan 4s unsur kromium yang tidak stabil ditunjukkan pada gambar berikut

Diagram Orbital Unsur Kromium Cr Konfigurasi ELektron Tidak Stabil
Diagram Orbital Unsur Kromium Cr Konfigurasi ELektron Tidak Stabil

Pada subkulit 3d terdapat satu orbital yang kosong yang menyebabkan ketidakstabilan electron.

Diagram orbital subkulit 3d dan 4s unsur kromium yang lebih stabil ditunjukkan pada gambar berikut

Diagram Orbital Unsur Kromium Cr Konfigurasi ELektron Stabil
Diagram Orbital Unsur Kromium Cr Konfigurasi ELektron Stabil

Semua orbital 3d terisi oleh satu electron sehingga menjadi setengah penuh. Satu electron yang mengisi kekosongan orbital subkulit 3d diambil dari subkulit 4s, sehingga electron pada subkulit 4s (penuh) menjadi satu electron (setengah penuh). Atom 24Cr lebih stabil dengan subkulit d terisi tepat setengah penuh.

Contoh Konfigurasi Elektron Aturan Hund Unsur Tembaga Cu

Konfigurasi electron tembaga Cu

29Cu = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9

29Cu = [Ar] 4s2 3d9

Konfigurasi electron 29Cu yaitu untuk subkulit  4s2 3d9 kurang stabil.

Konfigurasi yang lebih stabil untuk unsur tembaga Cu adalah sebagai berikut

29Cu = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10

29Cu = [Ar] 4s1 3d10

Struktur elektron pada subkulit  4s1 3d10  merupakan konfigurasi lebih stabil

Diagram Orbital Unsur Tembaga Cu

Diagram orbital subkulit 3d dan 4s untuk unsur tembaga yang tidak stabil ditunjukkan pada gambar berikut

Diagram Orbital Unsur Tembaga Cu Konfigurasi Elektron Tidak Stabil
Diagram Orbital Unsur Tembaga Cu Konfigurasi Elektron Tidak Stabil

Pada subkulit 3d terdapat satu orbital yang terisi satu elektron (setengah penuh) sedangkan 4 orbital lainnya terisi punuh oleh 2 pasang electron. Satu orbital 3d yang setengah penuh menyebabkan ketidakstabilan electron subkulit 3d.

Diagram orbital subkulit 3d dan 4s unsur tembaga yang lebih stabil ditunjukkan pada gambar berikut

Diagram Orbital Unsur Tembaga Cu Konfigurasi Elektron Stabil
Diagram Orbital Unsur Tembaga Cu Konfigurasi Elektron Stabil

Semua orbital 3d terisi oleh sepasang electron sehingga menjadi penuh. Satu electron yang mengisi kekosongan orbital subkulit 3d diambil dari subkulit 4s, sehingga electron pada subkulit 4s (penuh) menjadi satu electron (setengah penuh). Atom 29Cu menjadi lebih stabil dengan subkulit d yang terisi oleh dua elektron penuh.

Konfigurasi Elekton Asas Larangan Pauli

Menurut asas larangan Pauli dalam suatu atom tidak boleh ada 2 elektron yang mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama harganya. Jika 3 bilangan kuantum sudah sama, maka bilangan kuantum yang keempat harus berbeda.

Bila dua elektro dalam orbital memiliki nilai n, l, dan m yang sama, maka nilai s harus berbeda. Artinya, bahwa arah rotasi dua electron tersebut harus berlawanan.

Elektron – elektrom denga spin berlawanan disebut electron berpasangan dan dinyatakan dalam diagram orbital dengan tanda panah berlawanan, satu arah ke atas dan satu arah ke bawah.

Prinsip larangan Pauli menjelaskan, bahwa setiap orbital hanya boleh ditempati oleh dua electron. Sehingga maksimum elektrom pada tiap subkulit adalah dua kali jumlah orbitalnya.

Jumlah Elektron Subkulit

Subkulit s terdiri 1 orbital, maksimum ditempati 2 elektron

Subkulit p terdiri 3 orbital, maksimum ditempati 6 elektron

Subkulit d terdiri 5 orbital, maksimum ditempati 10 elektron

Subkulit f terdiri 7 orbital, maksimum ditempati 14 elektron

Rumus Jumlah Maksimum Elektron Kulit Atom

Jumlah maksimum electron yang ada dalam setiap kulit dinyatakan dengan rumus persamaan berikut

e = 2n2

e = jumlah electron

n = nomor kulit

Contoh Perhitungan Jumlah Maksimum Elektron Kulit K

Jumlah electron pada kulit K adalah

nomor kulit n untuk K adalah 1 atau

n = 1

sehingga jumlah maksimum electron pada kulit K

e = 2(1)2

e = 2 elektron

Jadi, jumlah maksimum electron pada kulit K adalah 2 elektron

Contoh Perhitungan Jumlah Elektron Maksimum Pada Kulit L dan M

Nomor kulit L

n = 2 sehingga

e = 2(2)3 = 8 elektron

Nomor Kulit M

n = 3 sehingga

e = 2(3)2 = 18 elektron

Jadi, jumlah maksimum electron pada kulit L adalah 8 elektron dan pada kulit M adalah 18 elektron.

Rumus Jumlah Orbital Pada Kulit

Kulit terdiri atas subkulit yang berisi orbital-orbital dengan bilangan kuantum utama yang sama. Jumlah orbital dalam setiap kulit dinyatakan dengan rumus

Jumlah Orbital = n2

Contoh Menghitungan Jumlah Orbital Kulit

Berapa jumlah orbital dan jumlah maksimum elektron dalam kulit M

Diketahuui

n = Bilangan Kuatum Kulit M

n = 3

Rumus Menghitung Jumlah Orbital Kulit M

Jumlah orbital dalam kulit M dapat dihitung dengan rumus berikut

Jumlah Orbital = n2

Jumlah Orbital = (3)2 = 9 orbital

Rumus Menghitung Jumlah Maksimum Elektron Pada Kulit M

Jumlah maksimum electron pada kulit M dapat dihitung dengan rumus berikut;

e = 2n2

e = jumlah electron

e = 2(3)2 = 18 elektron

Konfigurasi Elektron Ion Positif Negatif

Penulisan konfigurasi elektron yang dijelaskan di atas berlaku pada atom netral. Penulisan konfigurasi elektron pada ion yang bermuatan pada dasarnya sama dengan penulisan konfigurasi elektron pada atom netral setelah ditambah atau dikurangi elektronya.

Atom bermuatan positif, misalnya M+x terbentuk karena atom netral melepaskan elektron pada kulit terluarnya sebanyak x. Sedangkan ion negative, misalnya M–y terbentuk karena menarik elektron sebanyak y.

Penulisan konfigurasi elektronnya hanya menambah atau mengurangi elektron yang dilepas atau ditambah sesuai dengan aturan penulisan konfigurasi elektron. Ini berlaku untuk semua unsur yang membentuk ion, termasuk unsur transisi.

Contoh Konfigurasi Elektron Ion Alumunium Al3+

Diketahui konfigurasi elektron Al

12Al = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

Tuliskan konfigurasi electron untuk ion Al3+

Ion Al3+ berarti 3 elektron terluar telah dilepas seperti reaksi berikut

Al → Al3+ + 3e

Ketiga electron terluar yang dilepas adalah 2 elektron dilepas dari subkulit 3s dan 1 elektron dari subkulit 3p. Sehingga konfigurasi elektronnya adalah

Ion Al3+ = 1s2 2s2 2p6

Jadi, konfigurasi ion Al3+ = 1s2 2s2 2p6

Contoh Konfigurasi Elektron Ion Besi Fe2+

Diketahui konfigurasi elektron Fe

26Fe =  [Ar] 3d6 4s2

Tuliskan konfigurasi electron untuk ion Fe2+

Ion Fe2+ = 2 elektron terluar telah dilepas seperti reaksi berikut

Fe → Fe2+ + 2e

Dua electron terluar yang dilepas oleh atom Fe adalah dari subkulit 4s. Sehingga konfigurasi electron Fe menjadi seperti berikut:

Ion Fe2+ = [Ar] 3d6.

Jadi, konfigurasi electron Fe2+= [Ar] 3d6.

Contoh Soal Menentukan Konfigurasi Elektron Ion Besi Fe3+

Diketahui nomor atom Fe adalah 26. Tuliskan konfigurasi electron Fe3+

Konfigurasi Elektron 26Fe

26Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

Ion Fe3+ berarti atom melepaskan 3 elektron di kulit terluar

Ketiga electron terluar adalah 2 elektron dari subklit 4s dan 1 dari 3d. Sehingga kofigurasi electronnya adalah

Ion 26Fe3+ = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5

Contoh Soal Pembahasan Konfigurasi Elektron Ion Sulfur S2-

Diketahui nomor atom S adalah 16. Tuliskan konfigurasi electron dari ion 16S2-

Konfigurasi Elektron 16S

16S = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

Ion S2- berarti atom menerima 2 elektron pada kulit terluarnya

Kedua electron yang diterimi akan menempati subkulit 3p. Sehingga kofigurasi electronnya adalah

Ion 16S2- = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p 6

Contoh Soal Menentukan Jumlah Elektron Tidak Perpasangan Ion Besi (III) Fe3+

Tetukan jumlah electron yang tidak berpasangan pada konfigurasi electron ion Besi (III) Fe3+.

Konfigurasi Elektron Fe

26Fe = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6

Konfigurasi Elektron Ion Fe3+

Ion Fe3+ = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5

Diagram Orbital Ion Fe3+

Untuk dapat menentukan electron yang tidak perpasangan harus dibuatkan diagram orbital. Orbital cukup dari subkulit yang elektronnya tidak penuh. Untuk ion besi Fe3+ subkulit yang tidak penuh adalah subkulit 3d yang hanya diisi 5 elektron.

Subkulit d memiliki 5 orbital dengan jumlah maksimum electron yang dapat ditampung adalah 10 elektron.

Diagram orbital ion besi (III) dapat dilihat pada gambar berikut

Diagram Orbital Ion Fe3+ Perhitungan Elektron Tidak Berpasangan
Diagram Orbital Ion Fe3+ Perhitungan Elektron Tidak Berpasangan

Jadi, jumlah electron tidak berpasangan adalah 5 elektron.

Contoh Soal Perhitungan Jumlah Elektron Tidak Perpasangan Atom Nikel

Tetukan jumlah electron yang tidak berpasangan pada konfigurasi electron atom nikel yang bernomor atom 28.

Konfigurasi Elektron Nikel 28Ni

28Ni= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8 atau

28Ni= [Ar] 4s2 3d8

Diagram Orbital Atom Nikel

Untuk menentukan electron yang tidak berpasangan cukup membuat diagram orbital dari subkulit yang diisi electron tidak penuh yaitu 3d yang terisi 8 elektron.

Subkulit d terdiri 5 orbital yang dapat ditempati oleh 10 elektron maksimum. Jumlah elektron tidak berpasangan pada subkulit 3d dapat dilihat pada gambar berikut

Diagram Orbital Atom Nikel Perhitungan Elektron Tidak Berpasangan
Diagram Orbital Atom Nikel Perhitungan Elektron Tidak Berpasangan

Jadi, jumlah electron yang tidak berpasangan pada atom Nikel adalah 2 elektron.

Contoh Soal Menentukan Jumlah Elektron Tidak Berpasangan Atom Titan,

Diketahui bahwa Titan mempunyai nomor atom 22. Tentukan jumlah electron tidak berpasangan pada ion Titan Ti3+

Konfigurasi Elektron Atom Titan 22Ti

22Ti= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2 atau

22Ti= [Ar] 4s2 3d2

Konfigurasi Elektron Ion Ti3+

Ion Ti3+ = [Ar] 3d1

Diagram Ordinal Ion Titan

Untuk ion Titam Ti3+ subkulit yang tidak penuh adalah subkulit 3d yang hanya diisi 1 elektron.

Subkulit d memiliki 5 orbital dengan jumlah maksimum electron yang dapat ditampung adalah 10 elektron. Jumlah elektron tidak berpasangan pada subkulit 3d dapat dilihat pada gambar berikut

Diagram Ordinal Ion Titan Jumlah Elektron Tidak Berpasangan
Diagram Ordinal Ion Titan Jumlah Elektron Tidak Berpasangan

Jadi, jumlah electron yang tidak berpasangan pada atom ion Ti3+  adalah 1 elektron.

Contoh Soal Menentukan Jumlah Elektron Tidak Berpasangan Atom Krom Cr

Diketahui bahwa Krom  mempunyai nomor atom 24. Tentukan jumlah electron tidak berpasangan pada atom krom tersebut

Konfigurasi Elektron Atom Krom 24Cr

24Cr= 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 atau

24Ti= [Ar] 4s1 3d5

Diagram Ordinal Atom Krom Cr

Untuk atom krom subkulit yang tidak penuh adalah subkulit 3d yang diisi 5 elektron dan subkulit 4s yang diisi 1 elektron.

Diagram Ordinal Atom Krom Cr Menghitung Jumlah Elektron Tidak Berpasangan
Diagram Ordinal Atom Krom Cr Menghitung Jumlah Elektron Tidak Berpasangan

Jadi, jumlah electron yang tidak berpasangan pada atom krom  adalah 6 elektron

Daftar Pustaka:

  1. Sunarya, Yayan, 2014, “Kimia Dasar 1, Berdasarkan Prinsip Prinsip Kimia Terkini”, Cetakan Ketiga, Yrama Widya, Bandung.
  2. Hiskia Achmad,  1996, “K imia Larutan”, Citra Aditya Bakti,  Bandung.
  3. Sunarya, Yayan, 2013, “Kimia Dasar 2, Berdasarkan Prinsip Prinsip Kimia Terkini”, Cetakan Kedua, Yrama Widya, Bandung.
  4. Syukri, S., 1999, “Kimia Dasar 2”, Jillid 2, Penerbit ITB, Bandung
  5. Chang, Raymond, 2004, “Kimia Dasar, Konsep -konsep Inti”, Edisi Ketiga, Jilid Satu, Penerbit, Erlangga, Jakarta.
  6. Brady, James, E,1999, “Kimia Universitas Asas dan Struktur”, Edisi Kelima, Jilid Satu, Binarupa Aksara, Jakarta,
  7. Brady, James, E., 1999, “Kimia Universitas Asas dan Struktur”, Edisi Kelima, Jilid Dua, Binarupa Aksara, Jakarta.
  8. Ringkasan Rangkuman: Konfigurasi elektron adalah gambaran yang menunjukkan penempatan elektron dalam orbital-orbitalnya dalam suatu atom.
  9. Pada penulisan konfigurasi elektron perlu dipertimbangkan tiga aturan (asas), yaitu prinsip Aufbau, asas larangan Pauli, dan kaidah Hund.
  10. Asas Aufbau menyatakan pengisian orbital dimulai dari tingkat energi yang paling rendah.
  11. Kaidah Hund menyatakan jika terdapat orbital-orbital yang peringkat energinya sama, maka setiap orbital hanya berisi elektron tunggal lebih dahulu, sebelum diisi oleh pasangan elektron.
  12. Asas larangan Pauli menyatakan bahwa tidak ada dua elektron yang mempunyai empat bilangan kuantum yang sama. Dua elektron yang menempati orbital yang sama harus mempunyai arah rotasi yang berlawanan.
  13. Sistem periodik unsur modern (SPU) disusun berdasarkan kenaikan nomor atom dan kemiripan sifat.
  14. Periode adalah lajur-lajur horizontal dalam SPU. Dalam SPU modern, periode disusun berdasarkan kenaikan nomor atom. Nomor periode suatu unsur sama dengan jumlah kulit unsur itu.