Menurut Teori Atom Bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada jalur-jalur lintasan tertentu yang disebut kulit (tingkat energi). Jumlah maksimum elektron yang dapat menempati satu kulit harus memenuhi rumus 2n² (n = nomor kulit).

Sehingga jika suatu atom memiliki 3 kulit serta 3 elektron valensi, maka konfigurasinya adalah 2, 8, 3.

Dari konfigurasi elektron dapat diperoleh jumlah elektron = jumlah proton = no. atom = 13

No. Massa = jumlah proton + jumlah neutron = 13 + 14 = 27

Jadi nomor atom (Z) dan nomor massa (A) unsur yang memiliki 14 neutron, memiliki 3 kulit, serta 3 elektron valensi adalah 13 dan 27.

Prinsip Aufbau

Pengisian elektron ke dalam subkulit mengikuti prinsip Aufbau, yakni elektron-elektron mengisi subkulit mulai dari yang berenergi rendah ke subkulit yang berenergi lebih tinggi, menurut bagan sebagai berikut:

Urutan pengisian elektron menurut prinsip Aufbau:

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s dst

Untuk mempermudah menghafal urutan pengisian elektron mengikuti prinsip Aufbau maka dapat dibuat jembatan keledainya sebagai berikut :

saya suka pisang suka pisang suka dengan pisang suka dengan pisang suka feeling donat pisang suka feeling donat pisang sekali

Huruf depan dari setiap kata merepresentasikan subkulit s, p, d dan f.

Aturan Hund

Pada tahun 1927, Friedrich Hund menyatakan aturan untuk menggambarkan arah rotasi elektron. Aturan ini dikenal sebagai aturan Hund yang berbunyi:

"Elektron-elektron yang berada di suatu orbital akan menempati orbital yang kosong dengan arah rotasi sejajar. Setelah itu, elektron-elektron lainnya menempati orbital tersebut dengan arah rotasi yang berlawanan".

Larangan Pauli

Prinsip larangan Pauli berkaitan dengan bilangan kuantum spin. Menurut Wolfgang Pauli, tidak ada elektron di dalam atom yang mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama. Oleh karena itu, dua elektron dalam 1 orbital harus mempunyai spin yang berlawanan, yaitu +1/2 dan -1/2.

Jadi, pernyataan dua elektron dalam 1 orbital harus mempunyai spin yang berlawanan sesuai dengan pernyataan larangan Pauli.

*Adapun azas Heisenberg dan hipotesis de Broglie merupakan penemuan pada teori atom modern / mekanika kuantum.

Menurut Teori Atom Bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada jalur-jalur lintasan tertentu yang disebut kulit (tingkat energi). Jumlah maksimum elektron yang dapat menempati satu kulit harus memenuhi rumus 2n² (n = nomor kulit).

Berdasarkan soal, atom memiliki 2 elektron dalam kulit pertama, 8 elektron dalam kulit kedua, 8 elektron dalam kulit ketiga dan 2 elektron dalam kulit keempat. Jika diterjemahkan dalam konfigurasi elektron Bohr makan konfigurasinya adalah sebagai berikut.

Kulit K L M N = 2 8 8 2 ⟶ Jumlah e^- yang dimiliki atom dalam soal = 20.

Dari konfigurasi elektron menurut teori Bohr, kita hanya dapat mengetahui jumlah elektron pada setiap kulit. Untuk mengetahui elektron pada setiap subkulit, harus menggunakan konfigurasi elektron menurut prinsip Aufbau.

TEORI ATOM MODERN / TEORI ATOM MEKANIKA KUANTUM

Menurut Teori Atom Mekanika Kuantum (Teori Atom Modern) ternyata suatu kulit (tingkat energi) terdiri dari subkulit-subkulit (sub tingkat energi) dan suatu subkulit terdiri dari orbital.

1. Subkulit s memiliki 1 orbital ⟶ maksimum ditempati 2 elektron
2. Subkulit p memiliki 3 orbital ⟶ maksimum ditempati 6 elektron
3. Subkulit d memiliki 5 orbital ⟶ maksimum ditempati 10 elektron
4. Subkulit f memiliki 7 orbital ⟶ maksimum ditempati 14 elektron

Pengisian elektron ke dalam subkulit mengikuti prinsip Aufbau, yakni elektron-elektron mengisi subkulit mulai dari yang berenergi rendah ke subkulit yang berenergi lebih tinggi, menurut bagan sebagai berikut :

Urutan pengisian elektron menurut prinsip Aufbau:

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s ...dst

Untuk mempermudah menghafal urutan pengisian elektron mengikuti prinsip Aufbau maka dapat dibuat jembatan keledainya sebagai berikut :

saya suka pisang suka pisang suka dengan pisang suka dengan pisang suka feeling donat pisang suka feeling donat pisang sekali

Huruf depan dari setiap kata merepresentasikan subkulit s, p, d dan f.

Untuk atom dengan jumlah elektron 20, konfigurasi elektron menurut prinsip Aufbau adalah

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²

Untuk mengetahui jumlah elektron pada subkulit p, maka kita jumlahkan elektron pada setiap subkulit p.

2p⁶ 3p⁶ ⟶ 6e^- + 6e^- = 12e^-

Jadi jumlah total elektron dalam subkulit p untuk atom dalam soal adalah 12e^-.

Bilangan kuantum adalah bilangan-bilangan yang menyatakan keadaan energi suatu elektron dalam atom, sehingga elektron tersebut eksklusif (dapat dibedakan) dari yang lainnya. Setiap elektron mempunyai empat buah bilangan kuantum, yaitu: n, l, m dan s. 

Bilangan kuantum magnetik (m) menunjukkan orientasi orbital dalam ruang (nomor orbital).

Syarat: nilai m berkisar antara (–l) sampai dengan (+l)

untuk atom yang memiliki nilai m = -3 ⟶ nilai l = 3

Bilangan kuantum azimut (l) menunjukkan bentuk orbital (nomor subkulit).

• subkulit s (l = 0)                  
• subkulit p (l = 1) 
• subkulit d (l = 2)
• subkulit f (l = 3)

Syarat: l harus lebih kecil dari n (l < n)

untuk atom yang memiliki nilai l = 3, maka nilai n minimal adalah 4.

Sehingga,

Nilai m = -3 akan dimiliki oleh atom yang memiliki kulit minimal sebanyak 4.

Model Atom Niels Bohr (1913)

Pada tahun 1913, didasarkan pada analisis spektrum atom dan teori kuantum, Niels Bohr mengajukan model atom hidrogen sebagai berikut.

1. Dalam atom terdapat lintasan-lintasan tertentu tempat elektron dapat mengorbit inti tanpa disertai pemancaran atau penyerapan energi. Lintasan tersebut disebut kulit atom, yakni orbit berbentuk lingkaran dengan jari-jari tertentu. Tiap lintasan ditandai dengan satu bilangan bulat yang disebut bilangan kuantum utama (n), mulai dari 1, 2, 3, 4, dan seterusnya, yang dinyatakan dengan lambang K, L, M, N, dan seterusnya. Lintasan pertama, dengan n = 1, dinamai kulit K. Lintasan kedua, dengan n = 2, dinamai kulit L, dan seterusnya. Makin besar harga n (makin jauh dari inti), makin besar energi elektron yang mengorbit pada kulit itu.
2. Elektron hanya boleh berada pada lintasan-lintasan yang diperbolehkan dan tidak boleh berada di antara dua lintasan. Lintasan yang akan ditempati oleh elektron bergantung pada energinya. Pada keadaan normal (tanpa pengaruh luar), elektron menempati tingkat terendah. Keadaan seperti itu disebut tingkat dasar (ground state).
3. Elektron dapat berpindah dari satu kulit ke kulit lain disertai pemancaran atau penyerapan sejumlah tertentu energi. Perpindahan elektron ke kulit lebih luar akan disertai penyerapan energi. Sebaliknya, perpindahan elektron ke kulit lebih dalam akan disertai pelepasan energi.

Model atom Niels Bohr ini dapat menjelaskan kelemahan dari teori atom Rutherford tentang alasan elektron tidak jatuh ke intinya.

Jadi teori yang menyempurnakan teori atom Rutherford dikemukakan oleh Niels Bohr.

Perkembangan Model Atom

• Model Atom John Dalton (1803)

Atom merupakan partikel terkecil suatu materi yang berbentuk bola pejal.

• Model Atom J. J. Thomson (1897)

Berdasarkan percobaan menggunakan sinar katoda, Thomson menemukan adanya pembelokan sinar katoda oleh muatan listrik ke arah kutub positif. Berdasarkan percobaan tersebut, Thomson berkesimpulan bahwa sinar katoda merupakan partikel penyusun atom yang bermuatan negatif yang selanjutnya disebut elektron. Berdasarkan hal ini maka menurut Thomson, atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan elektron di seluruh bagian atom seperti roti kismis.

• Model Atom Rutherford (1910)

Berdasarkan percobaan penembakan lempengan tipis emas dengan partikel alfa, Rutherford menemukan bahwa sebagian besar partikel alfa dapat menembus lempengan emas, partikel alfa yang mendekati inti atom dibelokkan gaya tolak inti dan yang menuju inti atom dipantulkan karena inti atom bermuatan positif.

Menurut Rutherford, atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan positif, dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif seperti tata surya.

• Model Atom Niels Bohr (1913)

Melalui percobaan mengenai spektrum atom hidrogen berhasil memberikan penjelasan bagaimana elektron-elektron berada di daerah sekitar inti atom. Menurut model atom Bohr, elektron-elektron mengelilingi inti pada lintasan-lintasan tertentu yang disebut dengan kulit elektron atau tingkat energi. Penjelasan Bohr didasarkan pada dua postulat.

1. Elektron mengelilingi inti atom pada lintasan tertentu yang disebut orbit atau kulit
2. Elektron dapat berpindah dari kulit yang satu ke kulit yang lain dengan memancarkan atau menyerap energi

Sehingga tokoh yang mengemukakan elektron-elektron beredar mengelilingi atom seperti sistem tata surya dan memiliki lintasan-lintasan tertentu adalah Niels Bohr.

Percobaan penembakan lempengan tipis emas dengan partikel alfa

Ernest Rutherford melakukan percobaan penembakan lempengan tipis emas dengan partikel alfa (partikel bermuatan positif). Rutherford menemukan sebagian besar partikel alfa dapat menembus lempengan emas, partikel alfa yang mendekati inti atom dibelokkan, dan yang menuju inti atom dipantulkan karena inti bermuatan positif.

Berdasarkan penjelasan tersebut, maka partikel alfa yang dibelokkan yakni partikel alfa yang mendekati inti atom.

Konfigurasi elektron untuk :

₁₈Ar : 2, 8, 8

₅₄Xe : 2, 8, 18, 18, 8

Berdasarkan konfigurasi elektron di atas dapat disimpulkan bahwa Ar dan Xe memiliki elektron valensi yang sama yakni 8. Hal ini juga menunjukkan bahwa Ar dan Xe terletak pada golongan yang sama yakni golongan VIIIA atau disebut juga golongan gas mulia.

H. G. Moseley, mengelompokkan unsur-unsur berdasarkan kenaikan nomor atom dan kemiripan sifat.

• Baris-baris horizontal (dari kiri ke kanan) disebut periode. Unsur yang jumlah kulitnya sama, terletak pada periode yang sama.
• Baris-baris vertikal (dari atas ke bawah) disebut golongan. Unsur yang struktur elektron terluarnya (elektron valensi) sama terletak pada golongan yang sama.

Penentuan Periode dan Golongan Berdasarkan Konfigurasi Subkulit

Sistem periodik modern disusun berdasarkan konfigurasi elektron (nomor atom) yang dituangkan dalam bentuk tabel. Tabel periodik terdiri atas baris dan kolom. Baris disebut dengan periode, sedangkan kolom disebut golongan. Unsur yang jumlah kulitnya sama diletakkan pada periode yang sama.

Untuk konfigurasi elektron 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ ⟶ Berakhir di subkulit p ⟶ Unsur golongan utama (A).

Unsur utama (A) adalah unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir pada subkulit s atau subkulit p. Struktur elektron valensi golongan utama.

ns^x atau ns² np^y

⟶ n = periode

⟶ x = nomor golongan atau 2 + y = nomor golongan

Elektron valensinya: 3s² 3p⁶

⟶ jumlah elektron valensi = 2 + 6 = 8 ⟶ golongan VIIIA.

⟶ jumlah kulit = periode = 3

Jadi, unsur pada soal terletak pada golongan VIIIA dan periode 3.

TEORI ATOM MODERN / TEORI ATOM MEKANIKA KUANTUM

Menurut Teori Atom Mekanika Kuantum (Teori Atom Modern), suatu kulit (tingkat energi) terdiri dari subkulit-subkulit (sub tingkat energi) dan suatu subkulit terdiri dari orbital.

1. Subkulit s memiliki 1 orbital ⟶ maksimum ditempati 2 elektron
2. Subkulit p memiliki 3 orbital ⟶ maksimum ditempati 6 elektron
3. Subkulit d memiliki 5 orbital ⟶ maksimum ditempati 10 elektron
4. Subkulit f memiliki 7 orbital ⟶ maksimum ditempati 14 elektron

Pengisian elektron ke dalam subkulit mengikuti prinsip Aufbau, yakni elektron-elektron mengisi subkulit mulai dari yang berenergi rendah ke subkulit yang berenergi lebih tinggi, menurut bagan sebagai berikut:

Urutan pengisian elektron menurut prinsip Aufbau:

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s ...dst

Untuk mempermudah menghafal urutan pengisian elektron mengikuti prinsip Aufbau, maka dapat dibuat jembatan keledainya sebagai berikut:

saya suka pisang suka pisang suka dengan pisang suka dengan pisang suka feeling donat pisang suka feeling donat pisang sekali

Huruf depan dari setiap kata merepresentasikan subkulit s, p, d dan f.

Aturan Hund

Pada tahun 1927, Friedrich Hund menyatakan aturan untuk menggambarkan arah rotasi elektron. Aturan ini dikenal sebagai aturan Hund yang berbunyi:

"Elektron-elektron yang berada di suatu orbital akan menempati orbital yang kosong dengan arah rotasi sejajar. Setelah itu, elektron-elektron lainnya menempati orbital tersebut dengan arah rotasi yang berlawanan".

1) [Ar] ⟶ Mengikuti aturan Hund

• Konfigurasi e^- = [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ ⟶ Mengikuti prinsip Aufbau dan prinsip pengisian orbital d

Pada pengisian elektron subkulit d cenderung penuh (berisi 10 elektron) atau setengah penuh (berisi 5 elektron), sehingga dalam atom dengan struktur ns² (n-1)d⁹ akan berubah menjadi ns¹ (n-1)d¹⁰_.

2) [Ar] ⟶ Mengikuti aturan Hund

• Konfigurasi e^- = [Ar] 4s¹ 3d⁶ ⟶ Tidak mengikuti prinsip Aufbau. Harusnya kulit s diisi penuh terlebih dahulu, baru kemudian elektron diisikan pada subkulit d. Konfigurasi yang benar adalah 4s² 3d⁵.

3) [Ar] ⟶ Mengikuti aturan Hund

• Konfigurasi e^- = [Ar] 4s² 3d⁶ ⟶ Mengikuti prinsip Aufbau.

4) [Ar] ⟶ Tidak mengikuti aturan Hund. Pada orbital di subkulit d, pengisian elektron harusnya dimulai dengan menempati orbital yang kosong dengan arah rotasi sejajar (ke atas) bila sudah tidak ada orbital kosong kemudian dilanjutkan dengan pengisian elektron arah rotasi berlawanan (ke bawah). Pengisian elektron ini dimulai dari orbital dengan energi paling rendah (paling kiri) terlebih dahulu.

Jadi, pengisian elektron yang sesuai dengan prinsip Aufbau dan aturan Hund adalah 1) dan 3).