Struktur Elektron dan Orbital

Kata Kunci: orbital, struktur elektron

Ditulis oleh ramadhan wahyu

Kilasan singkat
Di dalam setiap pembukaan kimia anda pasti melewati struktur elektron dari hidrogen dan karbon yang digambarkan seperti berikut ini:

Lingkaran menggambarkan tingkat energi –yang juga melambangkan jarak dari nukleus. Dari lingkaran tersebut struktur elektron bisa digambarkan dalam bentuk diagram energi seperti diagram berikut ini:

Orbital Atom
Orbit dan orbital kedengarannya serupa, padahal keduanya memiliki arti yang agak berbeda. Merupakan hal yang  ukup penting untuk mengerti perbedaan tersebut.
  Ketidakmungkinan menggambar orbit dari elektron
Untuk menggambar jalur dari sesuatu anda perlu tahu dengan tepat dimana objek tersebut berada dan akan berada dimana objek tersebut beberapa saat kemudian. Hal ini tidak dapat dilakukan untuk elektron.
Prinsip ketidakpastian Heisenberg mengatakan bahwa tidak dapat ditentukan dengan tepat dimana dan akan kemana sebuah elektron. Itu menjadikan tidak mungkin untuk menggambar orbit dari elektron di sekitar nukleus. Tapi, apakah ini masalah yang besar? Tidak. Jika sesuatu tidak mungkin anda harus menerimanya dan mencari pemecahan dari masalah tersebut.
Elektron hidrogen -orbital 1s
Anggap anda memiliki sebuah atom hydrogen dan pada suatu saat tertentu anda menggambar posisi dari satu elektron tersebut. Beberapa saat kemudian anda melakukan hal yang sama dan menemukannya sudah berada di posisi yang baru. Anda mungkin tidak mengerti bagaimana ele tron tersebut berpindah dari posisi pertama ke posisi kedua.
 Anda melakukan hal ini berulang-ulang kali dan pelan-pelan anda akan dapat menemukan suatu peta 3D dari letak elektron tersebut.
Pada kasus hidrogen Elektron dapat ditemukan dimanapun di dalam ruangan bola disekitar nukleus. Diagram diatas menggambarkan potongan melintang dari ruangan bola tersebut.
95% dari keseluruhan waktu (atau mungkin persentase lain yang anda pilih) elektron dapat ditemukan dengan mudah di daerah dekat dengan nu leus. Daerah seperti itu yang disebut dengan orbital. Anda dapat membayangkannya sebagai suatu daerah dimana elekron berada.
Apa yang elektron lakukan di orbital? Kita tidak tahu dan kita tidak bisa tahu. Jadi kita tidak akan membahas tentang hal tersebut. Yang bisa kita katakan hanyalah bila elektron berada di suatu orbital tertentu elektron tersebut akan memiliki tingkat energi tertentu. Tiap tingkat energi memiliki nama masing- masing.
Orbital yang dimiliki oleh ele tron hydrogen disebut sebagai orbital 1s. Angka 1 melambangkan bahwa orbital tersebut berada pada level energi terdekat dari nukleus. Dan huruf s melambangkan bentuk dari orbital tersebut. Orbital s berbentuk sebuah bola yang simetris di sekitar nukleus yang pada kasus tertentu seperti bola dengan isi yang kosong dengan nukleus sebagai pusatnya.
Orbital pada gambar diatas adalah orbital 2s. Sama seperti orbital 1s kecuali daerah dimana elektron mungkin berada lebih jauh dari nukleus orbital ini berada pada tingkat energi kedua.
Jika anda mengamati dengan seksama anda akan menemukan adanya suatu daerah dengan kepadatan elektron yang lebih besar (dimana titik-titik menjadi padat) disekitar nukleus. (“Kepadatan elektron” adalah  cara lain menemkan elektron pada daerah tertentu.)
2s (juga  3s, 4s, dsb) elektron menghabiskan waktu di daerah  yang lebih dekat dengan nukleus lebih dari yang anda bayangkan. Efek ini untuk sedikit mengurangi energi yang dipakai oleh elektron pada orbital s. Makin dekat dengan nukleus. Makin kecil energi yang diperlukan.
Orbital 3s, 4s (dsb) secara progresif makin jauh dari nukleus.
Orbital p
Tidak semua elektron berada pada orbital s. (Bahkan hanya sedikit). Pada tingkat energi yang pertama, satu-satunya orbital hanya  cukup untuk orbital 1s. Tetapi pada tingkat 2, selain orbital 2s ada juga orbital lain yang disebut orbital 2p.
Orbital p seperti dua balon identik yang diikat pada bagian tengah. Diagram disamping adalah potongan melintang dari struktur 3D daerah tersebut. Sekali lagi orbital tersebut menunjukkan daerah dimana elektron 95% dapat ditemukan.
Tidak seperti orbital s, orbital  p menunjuk ke arah arah tertentu.
Pada setiap tingkat energi ada tiga kemungkinan dari orbital p yang sama yang sama yang saling tegak lurus. Secara acak diberi nama sebagai p_x, p_y dan p_z.   Nama ini semata-mata hanya untuk memudahkan apa yang anda pikir sebagai arah x,y,z berganti secara terus menerus karena rotasi atom di ruang.
Orbital p pada tingkat dua disebut sebagai 2p_x, 2p_y dan 2p_z. Dan pada tingkat yang lain disebut sebagai 3p_x, 3p_y, 3p_z, 4p_x, 4p_y, 4p_z dan seterusnya.
Semua level memiliki orbital p kecuali level satu. Pada level yang lebih tinggi elekton lebih banyak ditemukan pada jarak yang jauh dari nukleus.
Memasukkan elektron kedalam orbital.
Karena pada saat ini kita hanya tertarik pada struktur elektron dari hydrogen dan karbon, kita tidak perlu memikirkan apa yang terjadi diatas level energi tingkat dua.
Ingat:
Pada level 1 hanya ada satu orbital – orbital 1s.
Pada level empat ada empat orbital -orbital  2s, 2p_x, 2p_y and 2p_z.
Tiap orbital mengandung 1 atau 2 elektron. Tidak lebih dari itu.
Elektron dalam kotak
Orbital dapat diwakili dengan kotak dan elektron dengan anak panah. Arah anak panah menunjukkan arah elektron yang berlawanan.
Orbital 1s yang memiliki 2 elektron dapat ditunjukkan seperti gambar disamping, atau bisa juga ditulis lebih ringkas dengan 1s². Dibaca “satu s dua”, bukan “satu s kuadrat”.

Urutan dalam mengisi orbital
Elektron mengisi orbital energi rendah (yang dekat dengan nukleus) sebelum mengisi orbital di tingkat energi yang lebih tinggi. Saat ada pilihan antara orbital dengan tingkat energi yang sama elektron mengisi orbital satu satu sejauh mungkin.
Diagram berikut menunjukkan energi dari orbital di tingkat satu dan tingkat dua.

Perhatikan bahwa orbital 2s memiliki energi yang sedikit lebih rendah dari orbital 2p. Ini berarti bahwarbital 2s akan penuh dengan elektron terlebih dahulu sebelum orbital 2p. Semua orbital 2p memiliki tingkat energi yang sama.
Struktur elektron dari Hidrogen
Hidrogen hanya memiliki satu elektron dan itu akan mengisi orbital dengan tingkat energi terendah yaitu orbital 1s.
Struktur elektron hydrogen adalah 1s¹. Kita telah bahas hal ini sebelumnya.
Struktur Elektron dari Karbon
Karbon memiliki enam buah elektron. Dua pada orbital 1s dari molekul. Lalu dua yang selanjutnya pada orbital 2s. Sisanya akan terbagi satu satu dalam orbital 2p. Hal ini karena orbital 2p memiliki tingkat energi yang sama dan stabil pada keadaan sendiri.
Struktur elektron Karbon biasanya ditulis sebagai 1s²2s²2p_x¹2p_y¹.

Posted in: