Konfigurasi elektron

Dari Wikipedia Bahasa Melayu, ensiklopedia bebas.

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.

[sunting] Konfigurasi elektron dalam atom

Perbincangan di bawah melibatkan maklumat dari Orbit atom.

[sunting] Ringkasan nombor kuantum

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

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

[sunting] Cangkerang dan subcangkerang

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.

[sunting] Contoh

Di sini adalah konfigurasi elektron bagi cangkerang kelima yang terisi:

Elektron berada dalam semua atom

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

[sunting] Tatatanda

Ahli fizik dan kimia menggunakan untuk menerangkan konfiguurasi elektron. Dalam tatatanda ini, subcangkerang ditulis dalam bentuk nx^y, 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.

[sunting] Prinsip Aufbau

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:

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).

[sunting] Jadual orbit

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
n=2
n=3
n=4
n=5
n=6
n=7

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

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:

Pengecualian dalam Kala 5:

Pengecualian dalam Kala 6:

[sunting] Lihat juga

• Jadual konfigurasi elektron atom
• Jadual berkala (konfigurasi elektron)
• Orbit atom
• Aras tenaga
• Kumpulan jadual berkala