Konfigurasi elektron

Daripada Wikipedia, ensiklopedia bebas.
Lompat ke: pandu arah, cari

Dalam fizik atom dan kimia kuantum, konfigurasi elektron merupakan susunan elektron dalam atom, molekul, atau struktur fizikal lain (cth, hablur). Seperti zarah keunsuran, elektron adalah terikat kepada hukum mekanik kuantum, dan memaparkan ciri gelombang dan zarah. Biasanya, keadaan kuantum bagi elektron tertentu ditakrifkan oleh fungsi gelombang, fungsi ruang-masa bernilai kompleks. Menurut tafsiran Copenhagen bagi mekanik kuantum, kedudukan elektron tertentu tidak ditentukan sehingga pengukuran menyebabkan ia dikesan. Kebarangkalian pengukuran akan mengesan elektron pada titik dalam ruang tertentu adalah berkadaran kepada nilai mutlak fungsi gelombang yang dikuasa duakan pada titik tersebut.

Elektron mampu bergerak dari satu aras tenaga ke aras yang lain melalui pancaran atau serapan tenaga kuantum, dalam bentuk foton. Disebabkan Prinsip pengecualian Pauli, tiada lebih dari dua elektron yang mampu wujud dalam satu-satu orbit atom; maka elektron hanya boleh beranjak ke orbit lain sekiranya terdapat kekosongan.

Pengetahuan tentang konfigurasi elektron bagi atom yang berbeza berguna untuk memahami struktur jadual berkala unsur. Konsep tersebut juga berguna untuk menerangkan ikatan kimia yang memegang atom-atom. Dalam bahan yang banyak, idea ini membantu untuk menerangkan ciri laser dan semikonduktor.

Konfigurasi elektron dalam atom[sunting | sunting sumber]

Perbincangan di bawah melibatkan maklumat dari Orbit atom.

Ringkasan nombor kuantum[sunting | sunting sumber]

Keadaan elektron di dalam atom diberikan oleh empat nombor atom. Tiga daripadanya adalah integer dan merupakan ciri orbit atom tempat terletaknya elektron itu.

nombor pernyataan julat dibenarkan mewakili
nombor kuantum utama n integer, 1 atau lebih Sebahagiannya adalah keseluruhan tenaga orbit, dan menunjukkan jarak dari nukleus secara am. Dipendekkan, aras tenaga ada di dalamnya. (1+)
nombor kuantum azimut l integer, 0 ke n-1 MOmentum sudut orbit, juuga dilihat sebagai bilangan nod dalam plot ketumpatan. Selain itu, ia dikenali sebagai orbitnya. (s=0, p=1...)
nombor kuantum magnet m integer, -l ke +l, termasuk sifar. Menentukan anjakan tenaga orbit atom disebabkan medan magnet luaran (kesan Zeeman). Menunjukkan orientasi spatial.
nombor kuantum spin ms +½ atau -½ (kadang kala dipanggil "atas" dan "bawah") Spin merupakan ciri dalaman elektron dan tidak bergantung kepada nombor lain. s dan l merupakan sebahagian dalam menentukan elektron momen dwikutub magnet.

Tiada dua elektron dalam satu atom mempunyai satu set empat nombor kuantum yang sama (Prinsip Pengecualian Pauli).

Cangkerang dan subcangkerang[sunting | sunting sumber]

Cangkerang dan subcangkerang (juga dikenali sebagai aras dan subaras) ditakrifkan oleh nombor kuantum, bukan oleh jarak elektronnya dari nukleus, atau keseluruhan tenaganya. Dalam atom besar, cangkerang di atas cangkerang kedua adalah bertindih (lihat prinsip Aufbau).

Keadaan yang sama nilai n adalah berkaitan, dan dikatakan berada dalam cangkerang elektron yang sama.
Keadaan yang sama nilai n dan l dikatakan berada dalam subcangkerang elektron yang sama, dan electron yang mempunyai n dan l yang sama dipanggil elektron setara.
Jika keadaan juga berkongsi nilai m yang sama dikatakan berada dalam orbit atom yang sama.
Disebabkan elektron hanya mempunyai dua keadaan spin yang mungkin, orbit atom tidak boleh mempunyai lebih dari dua elektron (prinsip pengecualian Pauli).

Subcangkerang boleh mempunyai hingga 4l+2 elektron; cangkerang boleh mempunyai hingga 2n² elektron; iaitu n sama dengan bilangan cangkerang.

Contoh[sunting | sunting sumber]

Di sini adalah konfigurasi elektron bagi cangkerang kelima yang terisi:

Cangkerang Subshell Orbitals   Elektron
n = 5 l = 0 m = 0 → 1 jenis orbit s → maks 2 elektron
  l = 1 m = -1, 0, +1 → 3 jenis orbit p → maks 6 elektron
  l = 2 m = -2, -1, 0, +1, +2 → 5 jenis orbit d → maks 10 elektron
  l = 3 m = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 → 7 jenis orbit f → maks 14 elektron
  l = 4 m = -4, -3 -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4 → 9 jenis orbit g → maks 18 elektron
        Jumlah: maks 50 elektron

Elektron berada dalam semua atom

Maklumat ini boleh ditulis sebagai 5s2 5p6 5d10 5f14 5g18 (lihat bawah untuk perincian tatatanda).

Tatatanda[sunting | sunting sumber]

Ahli fizik dan kimia menggunakan untuk menerangkan konfiguurasi elektron. Dalam tatatanda ini, subcangkerang ditulis dalam bentuk nxy, iaitu n merupakan bilangan cangkerang, x merupakan label subcangkerang dan y merupakan bilangan elektron dalam subcangkerang. Subcangkerang atom ditulis susunan mengikut kenaikan tenaga – dalam kata lain, kedudukan elektron diisi (lihat prinsip Aufbau).

Sebagai contoh, hidrogen berkeadaan asas mempunyai satu elektron dalam orbit s dalam cangkerang pertama, maka konfigurasinya ditulis 1s1. Litium mempunyai dua elektron dalam subcangkerang 1s dan satu dalam subcangkerang 2s (bertenaga tinggi), maka konfigurasi keadaan asasnya ditulis 1s2 2s1. Fosforus (bilangan atom 15), adalah seperti berikut: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3.

Bagi atom dengan bilangan elektron yang banyak, tatatanda ini akan menjadi lebih panjang. Ia sering dipendekkan dengan menyatakan beberapa subcangkerang yang pertama sama dengan salah satu gas adi. Fosforus, sebagai contoh, berbeza dengan neon (1s2 2s2 2p6) hanya dengan kehadiran cangkerang ketiga. Maka, konfigurasi elektron neon digantikan, dan fosforus ditulis sebagai: [Ne]3s2 3p3.

Malah, ada juga pernyataan yang hanya menulis bilangan elektron dalam setiap cangkerang, cth. (fosforus): 2-8-5.

Prinsip Aufbau[sunting | sunting sumber]

Dalam keadaan asas dalam atom (syarat untuk ia ditemui), konfigurasi elektron lazimnya mengikut prinsip Aufbau. Menurut prinsip ini, elektron memasuki ke dalam keadaan mengikut kenaikan tenaga keadaan iaitu elektron pertama akan memasuki keadaan bertenaga rendah dahulu, yang kedua akan memasuki keadaan bertenaga kedua terendah dan seterusnya. Kedudukan yang keadaan itu terisi adalah seperti berikut:

s p d f g
1   1
2   2 3
3   4 5 7
4   6 8 10 13
5   9 11 14 17 21
6   12 15 18 22
7   16 19 23
8   20 24

Susunan kenaikan tenaga subcangkerang boleh dibina dengan menurun secara menyerong ke kiri bawah, dari atas menyerong ke bawah. Pepenjuru yang pertama akan melalui 1s; pepenjuru kedua akan melalui 2s; pepenjuru ketiga akan melalui 2p dan 3s; pepenjuru keempat melalui 3p dan 4s; pepenjuru kelima akan melalui 3d, 4p, dan 5s; dan seterusnya. Secara umum, subcangkerang yang bukan "s" sering diikuti oleh subcangkerang yang lebih "rendah" bagi cangkerang berikutnya; cth. 2p diikuti oleh 3s; 3d diikuti oleh 4p, yang diikuti oleh 5s, 4f yang diikuti oleh 5d, yang diikuti oleh 6p, dan kemudian 7s. Ini menerangkan susunan blok dalam jadual berkala.

Sepasang elektron dengan spin serupa mempunyai tenaga yang lebih kecil daripada sepasang elektron yang mempunyai spin yang berbeza. Memandangkan dua elektron dalam orbit yang sama haruslah mempunyai spin yang berbeza, ini menyebabkan elektron lebih cenderung untuk mengisi orbit yang berbeza (yang kurang tenaganya). Tatarajah ini menunjukkan bahawa sekiranya subcangkerang dengan l>0 (mengandungi lebih dari satu orbit), ia akan kurang penuh. Sebagai contoh, jika subcangkerang p mengandungi empat elektron, dua elektron akan dipaksa mengisi satu orbit, tetapi dua elektron yang lain akan mengisi kedua-dua orbit yang lain, dan spinnya akan menjadi sama. Fenomena ini dipanggil Petua Hund.

Prinsip Aufbau boleh digunakan, dalam bentuk yang diubah, kepada proton dan neutron dalam nukleus atom (lihat model cangkerang fizik nuklear).

Jadual orbit[sunting | sunting sumber]

Jadual ini menunjukkan konfigurasi semua orbit hingga 7s, maka ia meliputi konfigurasi elektron mudah bagi semua unsur dalam jadual berkala hingga Ununbium (unsur 112) dengan pengecualian Lawrensium (unsur 103), yang memerlukan orbit 7p.

s (l=0) p (l=1) d (l=2) f (l=3)
n=1 AtomicOrbital n1 l0.png
n=2 AtomicOrbital n2 l0.png AtomicOrbital n2 l1.png
n=3 AtomicOrbital n3 l0.png AtomicOrbital n3 l1.png AtomicOrbital n3 l2.png
n=4 AtomicOrbital n4 l0.png AtomicOrbital n4 l1.png AtomicOrbital n4 l2.png AtomicOrbital n4 l3.png
n=5 AtomicOrbital n5 l0.png AtomicOrbital n5 l1.png AtomicOrbital n5 l2.png
n=6 AtomicOrbital n6 l0.png AtomicOrbital n6 l1.png
n=7 AtomicOrbital n7 l0.png

Pengecualian dalam 3d, 4d, 5d[sunting | sunting sumber]

Subcangkerang d yang terri separuh atau penuh (5 atau 10 elektron) adalah lebih stabil berbanding subcangkerang s dalam cangkerang seterusnya. Ini disebabkan kurang tenaga yang diperlukan untuk mengekalkan satu elektron dalam subcangkerang d yang terisi separuh berbanding subcangkerang s yang terisi. Sebagai contoh, kuprum (nombor atom 29) mempunyai konfigurasi [Ar]4s1 3d10, bukan [Ar]4s2 3d9 seperti yang dijangka oleh Prinsip Aufbau. Begitu juga kromium (nombor atom 24) mempunyai konfigurasi [Ar]4s1 3d5, bukan [Ar]4s2 3d4 dan [Ar] adalah mewakili argon.

Pengecualian dalam Kala 4:

Unsur Z Konfigurasi Elektron Konfigurasi Gas Adi
Skandium 21 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 [Ar] 4s2 3d1
Titanium 22 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2 [Ar] 4s2 3d2
Vanadium 23 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3 [Ar] 4s2 3d3
Kromium 24 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 [Ar] 4s1 3d5
Mangan 25 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 [Ar] 4s2 3d5
Ferum 26 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 [Ar] 4s2 3d6
Kobalt 27 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7 [Ar] 4s2 3d7
Nikel 28 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8 [Ar] 4s2 3d8
Kuprum 29 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 [Ar] 4s1 3d10
Zink 30 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 [Ar] 4s2 3d10
Galium 31 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p1 [Ar] 3d10 4s2 4p1

Pengecualian dalam Kala 5:

Unsur Z Konfigurasi Elektron Konfigurasi Gas Adi
Ytrium 39 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d1 [Kr] 5s2 4d1
Zirkonium 40 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d2 [Kr] 5s2 4d2
Niobium 41 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d4 [Kr] 5s1 4d4
Molibdenum 42 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d5 [Kr] 5s1 4d5
Teknetium 43 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d5 [Kr] 5s2 4d5
Rutenium 44 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d7 [Kr] 5s1 4d7
Rodium 45 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d8 [Kr] 5s1 4d8
Paladium 46 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 4d10 [Kr] 4d10
Argentum 47 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d10 [Kr] 5s1 4d10
Cadmium 48 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 [Kr] 5s2 4d10
Indium 49 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p1 [Kr] 5s2 4d10 5p1

Pengecualian dalam Kala 6:

Unsur Z Konfigurasi Gas Adi
Iridium 77 [Xe] 6s2 4f14 5d7
Platinum 78 [Xe] 6s1 4f14 5d9
Aurum 79 [Xe] 6s1 4f14 5d10
Raksa 80 [Xe] 6s2 4f14 5d10
Talium 81 [Xe] 6s2 4f14 5d10 6p1

Lihat juga[sunting | sunting sumber]