Struktur Elektron dari Atom

Unsur-unsur yang paling penting bagi ahli kimia organik adalah karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen. Keempat unsur ini ada di kedua periode pertama dari susunan berkala dan elektronnya terdapat dalam dua kulit elektron yang terdekat dengan inti.

Setiap kulit elektron berhubungan dengan jumlah energi tertentu. Elektron yang dekat dengan inti lebih tertarik oleh proton dalam inti elektron yang lebih jauh kedudukannya. Karena itu, semakin dekat elektron ke inti maka semakin rendah energinya, dan elektron tersebut sukar berpindah dalam reaksi kimia. Kulit elektron yang terdekat dengan inti adalah kulit yang terendah energinya, dan elektron dalam kulit tersebut dikatakan berada pada tingkat energi pertama. Elektron dalam kulit kedua, yaitu pada tingkat energi kedua, mempunyai energi yang lebih tinggi daripada elektron dalam tingkat pertama. Elektron dalam tingkat ketiga, yaitu pada tingkat energi ketiga, mempunyai energi yang lebih tinggi lagi.

1. Orbital Atom

Tiap kulit elektron suatu atom dibagi menjadi orbital atom. Orbital atom adalah bagian dari ruang dimana ditemukannya sebuah elektron dengan tingkat energi yang tinggi. Rapat elektron adalah istilah lain yang digunakan untuk menggambarkan keberadaan elektron pada titik tertentu. Rapat elektron yang lebih tinggi, maka tingkat energi elektron semakin tinggi, sedangkan rapat elektron yang lebih rendah maka energi elektron juga rendah.

Kulit elektron pertama hanya mengandung orbital 1s. energi untuk elektron 1s adalah yang tertinggi. Kulit kedua sedikit jauh letaknya dengan kulit pertama, mengandung satu orbital 2s dan tiga orbital 2p. bentuk orbital 2s seperti orbital 1s yakni berbentuk bulat.

Gambar 1 menunjukkan grafik rapat elektron pada orbital 1s dan 2s. pada gambar tersebut terlihat bahwa orbital 1s dan 2s tidak mempunyai permukaan yang tajam, tetapi rapat elektronnya bertambah dan berkurang melalui jarak dari inti. Hasilnya orbital 1s dan 2s saling tumpang tindih.

Hubungan grafik antara orbital 1s dan 2s

Gambar 1. Hubungan grafik antara orbital 1s dan 2s

Kurva rapat elektron; yakni jarak untuk orbital 2s terdapat dua daerah dengan rapat elektron yang tinggi terpisah dari titik nol. Titil nol tersebut disebut simpul yang menyatakan daerah dalam ruang sebuah elektron sangat kecil. Semua orbital kecuali orbital 1s mempunyai simpul. Ilustrasi orbital 1s dan 2s dapat dilihat pada Gambar 2.

Orbital 1s dan 2s

Gambar 2. Orbital 1s dan 2s

Tingkat energi kedua mengandung tiga orbital atom 2p. orbital 2p memiliki jarak sedikit lebih jauh dibandingkan orbital 2s dan mempunyai energi yang sedikit lebih tinggi. Orbital p berbentuk seperti halter (berbentuk bulat lonjong dengan 2 ujung tajam). Pada orbital p mempunyai dua ujung tajam yang terpisah oleh simpul pada inti. Ilustrasi orbital p dapat dilihat pada Gambar 3.

Orbital s adalah berbentuk bolat artinya akan terlihat sama dilihat dari segala arah. Namun untuk orbital p dikarenakan berbentuk bulat lonjong dan memiliki dua ujung tajam pada kutub utara dan selatan dan berbentuk tegak lurus sehingga terdapat jarak maksimum antara elektron dan ketiga orbtal p. Hal tersebut menyebabkan berkurangnya gaya tolak antar elektron pada orbital p yang berlainan. Orbital p yang saling tegal lurus dilambangkan dengan px, py, dan pz. Ilustrasi simbolĀ  px, py, dan pz juga dapat dilihat pada Gambar 3.

Bentuk orbital 2p

Gambar 3. Bentuk orbital 2p

Dikarenakan ketiga orbital 2p sama dengan bentuk dan pada jarak dari inti memiliki energi yang sama, maka disebut terdegenerasi. Kulit ketiga elektron mempunyai satu orbital 3s, tiga orbital 3p, juga lima orbital 3d.

2. Pengisian Orbital

Elektron mempunyai spin (s), yang berputar sesuai arah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam (+1/2 atau -1/2). Spin dari partikel bermuatan, menimbulkan medan magnet kecil atau disebut momen magnet. Dua elektron dengan spin berlawanan mempunyai momen magnet berlawanan. Gaya tolak antara muatan negatif dari spin yang berlawanan dikurangi oleh momen magnet yang berlawanan memungkinkan dua elektron saling berpasangan dalam orbital. Dikarenakan hal tersebut satu orbital hanya dapat diisi maksimum dua elektron, namun elektron tersebut harus berlawanan spin.

Prinsip Aufbau menyebutkan apabila 1 elektron hendak berpindah ke nomor atom yang lebih tinggi, maka agar orbital atom tersebut agar tersisi maka elektron dengan energi yang rendah harus terisi lebih dahulu.

Suatu gambaran dalam penempatan elektron disebut dengan konfigurasi elektron. Konfigurasi elektron untuk ataom H adalah 1s1, berarti satu elektron dalam orbital 1s. Pada atom He memiliki konfigurasi elektron 1s2, berarti dua elektron pada orbital 1s. Atom Li mempunyai konfigurasi 1s2 2s1, berarti memiliki dua elektron pada orbital 1s dan satu elektron pada orbital 2s. Angka pangkat pada orbital menunjukkan jumlah elektron. 1s1 memiliki pangkat 1 berarti memiliki 1 elektron pada orbital 1s. 2p6 berarti memiliki 6 elektron pada orbital 2p.

Pada atom karbon (C), orbital 2p menerima satu elektron sebelum setiap orbital 2p menerima elektron kedua. Ini adalah conton dari aturan Hund. Dalam pengisian orbital atom, pengisian dua elektron dalam orbital tidak terjadi, sebelum masing-masing orbital terisi satu elektron. Karena hal tersebut, atom karbon mempunyai konfigurasi elektron 1s2 2s2 2px1 2py1.