Prinsip Aufbau untuk Subkulit 3d dan 4s

Kalau subkulit 3d dan 4s masih kosong, seperti pada atom belerang atau atom fosfor, subkulit 3d masih lebih rendah dari 4s. Perhatikan konfigurasi elektron atom S pada keadaan dasar belum mencapai 3d dan 4s yaitu 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴. Jadi, selama elektron belum mengisi subkulit tersebut, urutan tingkat energinya masih ke kanan pada diagram di bawah ini.
1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
5s 5p .. dst.
 yang berarti energi 3s < 3p < 3d < 4s < 4p < 4d < 4f < 5s dst.
Ketika elektron telah mengisi subkulit-subkulit tersebut, barulah urutannya sesuai prinsip Aufbau yang difahami siswa SMA, yaitu 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s dst. Mengapa? Karena tolakan antar-elektron menyebabkan splitting energi antara subkulit 3s 3p 3d menjadi semakin lebar, sehingga terjadi "crossing" tingkat energi subkulit, dan tingkat energi 3d dan 4s bertukar urutan. Karena itulah konfigurasi elektron Fe adalah 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s², dengan subkulit 4s lebih rendah dari subkulit 3d. Jika subkulit 4s lebih tinggi dari 3d, tentulah elektron 4s akan jatuh ke 3d.

Untuk apa memahami urutan tingkat energi, pada subkulit-subkulit yang belum terisi elektron? Dengan adanya gelombang elekromagnetik di sekitar kita, maka setiap saat bisa terjadi perpindahan elektron ke subkulit yang kosong di tingkat energi yang lebih tinggi, akibat penyerapan energi foton oleh elektron. Dengan demikan, kita mengetahui subkulit terdekat untuk tujuan eksitasi elektron. Bahasan di atas juga sesuai dengan fenomena hibridisasi sp³d² pada pembentukan SF₆. Karena pada atom S dan P urutannya masih 3s < 3p < 3d < 4s, maka tentunya elektron 3p lebih mudah tereksitasi ke subkulit 3d daripada ke 4s. Kalau urutannya sesuai Aufbau yang dikenal oleh siswa SMA, tentulah elektron 3p lebih mudah tereksitasi ke subkulit 4s, bukan 3d, dan hibridisasi pada SF₆ bukan sp³d² tapi sp³sd!

Bagaimana dengan konfigurasi elektron ion Fe(II)? Sebaliknya dari penambahan elektron yang menyebabkan splitting energi yang lebih besar, yang mengakibatkan crossing tingkat energi orbital. Pada pembentukan Fe(II) dari atom Fe, pengurangan elektron akan menyebabkan tingkat energi 3s 3p 3d menjadi lebih rapat, sehingga urutan berubah dari 3s < 3p < 4s < 3d menjadi 3s < 3p < 3d < 4s. Hal ini menjelaskan konfigurasi elektron ion Fe(II) menjadi 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ (2 elektron lenyap dari 4s) dan bukan 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁴ (2 elektron lenyap dari 3d). Jadi, urutan tingkat energi subkulit pada atom Fe berbeda dengan urutan tingkat energi pada ion Fe(II). Pada atom Fe, 3p < 4s < 3d, sedangkan pada ion Fe(II), 3p < 3d < 4s. Bagaimana dengan urutan tingkat energi subkulit pada logam besi padat? Pada logam besi padat, 2 elektron harus kita pandang telah meninggalkan atom Fe, karena telah bebas bergerak dalam padatan, yang menyebabkan logam tersebut dapat menghantarkan listrik. Karena itulah kita sering mengatakan, atom logam besi pada dasarnya kumpulan ion-ion Fe(II) yang berada di tengah lautan elektron yang berasal dari 2 elektron valensinya.

Sebagai kesimpulan, urutan tingkat energi subkulit akan sesuai diagram subkulit-subkulit yang digambar anak SMA selama ini, dengan panah-panah miringnya, HANYA BERLAKU JIKA atom-atom itu telah memiliki elektron dalam subkulit-subkulit itu pada keadaan dasarnya. Untuk subkulit-subkulit yang belum terisi elektron, urutan tingkat energinya ke arah kanan dalam diagram tersebut. Tapi tidak tepat jika kita menyatakan, prinsip Aufbau hanya berlaku pada subkulit yang terisi elektron. Prinsip Aufbau SELALU berlaku, yaitu elektron mengisi subkulit, dimulai dengan tingkat energi yang lebih rendah. Pemahaman tambahan yang diperlukan adalah: urutan tingkat energi subkulit tersebut BERBEDA antara subkulit yang terisi elektron, dengan subkulit yang tidak terisi elektron.

Terakhir, bagaimana menuliskan konfigurasi elektron atom Fe, 3d ditulis sebelum 4s atau sebaliknya? Kedua penulisan di bawah ini benar, sepanjang jumlah elektron pada subkulit itu benar. Fe: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s² Fe: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶
Silakan kembangkan cara sederhana untuk menjelaskannya pada siswa.
Semoga bermanfaat.

Tulisan ini dibuat oleh Pak Muhamad Abdulkadir Martoprawiro 
di grup Asosiasi Guru Kimia Indonesia di Facebook

2 komentar

Jadi untuk 3d>4s hanya pada unsur tertentu?

Balas

Pada umumnya unsur yang berakhir di sub kulit 3D yaitu unsur transisi

Balas

Posting Komentar

go top