The notasi spektral adalah susunan tingkat energi elektron di sekitar inti atom. Menurut model atom Bohr lama, elektron menempati berbagai tingkatan dalam orbit di sekitar inti, dari kulit pertama yang paling dekat dengan inti, K, hingga kulit ketujuh, Q, yang merupakan yang terjauh dari inti.
Dalam model mekanika kuantum yang lebih halus, kulit KQ dibagi lagi menjadi sekumpulan orbital, yang masing-masing dapat diisi oleh tidak lebih dari satu pasang elektron.
Biasanya, konfigurasi elektron digunakan untuk mendeskripsikan orbital atom dalam keadaan dasarnya, tetapi juga dapat digunakan untuk merepresentasikan atom yang telah terionisasi menjadi kation atau anion, mengkompensasi kehilangan atau perolehan elektron di orbitalnya masing-masing.
Banyak dari sifat fisik dan kimia unsur dapat dikorelasikan dengan konfigurasi elektroniknya yang unik. Elektron valensi, elektron di kulit terluar, adalah faktor penentu kimia unik unsur tersebut.
Ketika elektron di kulit terluar sebuah atom menerima energi, mereka pindah ke lapisan energi yang lebih tinggi. Dengan demikian, elektron di kulit K akan ditransfer ke kulit L saat berada dalam keadaan energi yang lebih tinggi.
Ketika elektron kembali ke keadaan dasarnya, ia melepaskan energi yang diserapnya dengan memancarkan spektrum elektromagnetik (cahaya). Karena setiap atom memiliki konfigurasi elektronik tertentu, ia juga akan memiliki spektrum tertentu yang disebut spektrum absorpsi (atau emisi).
Untuk alasan ini, istilah notasi spektral digunakan untuk merujuk pada konfigurasi elektron.
Cara menentukan notasi spektral: bilangan kuantum
Sebanyak empat bilangan kuantum digunakan untuk mendeskripsikan gerakan dan lintasan setiap elektron dalam atom.
Kombinasi semua bilangan kuantum dari semua elektron dalam atom dijelaskan oleh fungsi gelombang yang memenuhi persamaan Schrödinger. Setiap elektron dalam atom memiliki kumpulan bilangan kuantum yang unik.
Menurut Prinsip Pengecualian Pauli, dua elektron tidak dapat berbagi kombinasi yang sama dari empat bilangan kuantum.
Bilangan kuantum penting karena dapat digunakan untuk menentukan konfigurasi elektron sebuah atom dan kemungkinan lokasi elektron dalam atom.
Bilangan kuantum juga digunakan untuk menentukan karakteristik atom lainnya, seperti energi ionisasi dan jari-jari atom.
Bilangan kuantum menunjukkan kulit, subkulit, orbital, dan putaran elektron tertentu.
Ini berarti bahwa mereka mendeskripsikan sepenuhnya karakteristik elektron dalam atom, yaitu, menjelaskan setiap solusi unik pada persamaan Schrödinger, atau fungsi gelombang, elektron dalam atom.
Ada total empat bilangan kuantum: bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum momentum sudut orbital (l), bilangan kuantum magnetik (ml), dan bilangan kuantum spin elektron (ms).
Bilangan kuantum utama, nn, menggambarkan energi elektron dan jarak elektron yang paling memungkinkan dari inti. Dengan kata lain, ini mengacu pada ukuran orbital dan tingkat energi tempat elektron ditempatkan.
Jumlah subkulit, atau ll, menggambarkan bentuk orbital. Ini juga dapat digunakan untuk menentukan jumlah node sudut.
Bilangan kuantum magnetik, ml, menggambarkan tingkat energi di subkulit, dan ms mengacu pada putaran elektron, yang bisa naik atau turun.
Prinsip Aufbau
Aufbau berasal dari kata Jerman "Aufbauen" yang berarti "membangun." Intinya, dengan menulis konfigurasi elektron, kita membangun orbital elektron saat kita berpindah dari satu atom ke atom lainnya.
Saat kita menulis konfigurasi elektron sebuah atom, kita akan mengisi orbital dengan urutan nomor atom yang semakin meningkat.
Prinsip Aufbau berasal dari prinsip pengecualian Pauli yang menyatakan bahwa tidak ada dua fermion (misalnya elektron) dalam sebuah atom.
Mereka dapat memiliki kumpulan bilangan kuantum yang sama, sehingga mereka harus "menumpuk" pada tingkat energi yang lebih tinggi. Bagaimana elektron berakumulasi adalah masalah konfigurasi elektron.
Atom stabil memiliki elektron sebanyak proton di dalam nukleus. Elektron berkumpul di sekitar inti dalam orbital kuantum mengikuti empat aturan dasar yang disebut prinsip Aufbau.
- Tidak ada dua elektron dalam atom yang memiliki empat bilangan kuantum yang sama n, l, m, dan s.
- Elektron akan menempati orbital tingkat energi terendah terlebih dahulu.
- Elektron akan selalu mengisi orbital dengan nomor spin yang sama. Ketika orbital sudah penuh, orbital akan mulai.
- Elektron akan mengisi orbital dengan menjumlahkan bilangan kuantum n dan l. Orbital dengan nilai sama dari (n + l) akan diisi terlebih dahulu dengan nilai n yang lebih rendah.
Aturan kedua dan keempat pada dasarnya sama. Contoh aturan empat adalah orbital 2p dan 3s.
Orbital 2p adalah n = 2 dan l = 2 dan orbital 3s adalah n = 3 dan l = 1. (N + l) = 4 dalam kedua kasus, tetapi orbital 2p memiliki energi terendah atau nilai n terendah dan akan mengisi sebelum lapisan 3s.
Gambar 2: Diagram moeller pengisian konfigurasi elektron.
Untungnya, diagram Moeller yang ditunjukkan pada Gambar 2 dapat digunakan untuk melakukan pengisian elektron. Grafik dibaca dengan menjalankan diagonal dari 1s.
Gambar 2 menunjukkan orbital atom dan panah mengikuti jalan ke depan.
Sekarang urutan orbital diketahui terisi, satu-satunya yang tersisa adalah mengingat ukuran masing-masing orbital.
Orbital S memiliki 1 kemungkinan nilai m l untuk memuat 2 elektron
Orbital P memiliki 3 kemungkinan nilai ml yang mengandung 6 elektron
Orbital D memiliki 5 kemungkinan nilai µl untuk menampung 10 elektron
Orbital F memiliki 7 kemungkinan nilai m l untuk menampung 14 elektron
Ini semua yang diperlukan untuk menentukan konfigurasi elektronik dari atom stabil suatu unsur.
Misalnya, unsur nitrogen. Nitrogen memiliki tujuh proton dan karenanya tujuh elektron. Orbital pertama yang diisi adalah orbital 1s. Orbital s memiliki dua elektron, jadi tersisa lima elektron.
Orbital berikutnya adalah orbital 2s dan berisi dua orbital berikutnya. Tiga elektron terakhir akan menuju orbital 2p yang dapat menampung hingga enam elektron.
Aturan Hund
Bagian Aufbau membahas bagaimana elektron mengisi orbital berenergi terendah terlebih dahulu dan kemudian naik ke orbital berenergi tertinggi hanya setelah orbital berenergi terendah penuh.
Namun, ada masalah dengan aturan ini. Tentunya, orbital 1s harus diisi sebelum orbital 2s, karena orbital 1s memiliki nilai n yang lebih rendah, sehingga energinya lebih rendah.
Dan tiga orbital 2p yang berbeda? Dalam urutan apa mereka harus diisi? Jawaban atas pertanyaan ini melibatkan aturan Hund.
Aturan Hund menyatakan bahwa:
- Setiap orbital dalam sublevel ditempati secara individual sebelum orbital mana pun ditempati dua kali lipat.
- Semua elektron dalam orbital yang ditempati secara individual memiliki putaran yang sama (untuk memaksimalkan putaran total).
Ketika elektron ditempatkan ke orbital, sebuah elektron pertama-tama berusaha mengisi semua orbital dengan energi yang sama (juga disebut orbital degenerasi) sebelum dipasangkan dengan elektron lain dalam orbital setengah penuh.
Atom di keadaan dasar cenderung memiliki sebanyak mungkin elektron yang tidak berpasangan. Dalam memvisualisasikan proses ini, pertimbangkan bagaimana elektron menunjukkan perilaku yang sama dengan kutub yang sama dalam magnet jika mereka melakukan kontak.
Ketika elektron-elektron bermuatan negatif mengisi orbital, mereka pertama-tama mencoba menjauhi satu sama lain sejauh mungkin sebelum harus berpasangan.
Referensi
- Anastasiya Kamenko, TE (2017, 24 Maret). Bilangan Kuantum. Dipulihkan dari chem.libretexts.org.
- Prinsip Aufbau. (2015, 3 Juni). Dipulihkan dari chem.libretexts.org.
- Konfigurasi Elektron dan Sifat Atom. (SF). Dipulihkan dari oneonta.edu.
- Encyclopædia Britannica. (2011, 7 September). Konfigurasi elektronik. Dipulihkan dari britannica.com.
- Helmenstine, T. (2017, 7 Maret). Prinsip Aufbau - Struktur Elektronik dan Prinsip Aufbau. Dipulihkan dari thinkco.com.
- Aturan Hund. (2015, 18 Juli). Dipulihkan dari chem.libretexts.org.
- Notasi Spektroskopi. (SF). Dipulihkan dari bcs.whfreeman.com.