Prestasi Belajar, Mata Pelajaran, Matematika, Kurikulum Berbasis Kompetensi

Artikel dan Makalah tentang Prestasi Belajar, Mata Pelajaran, Matematika, Kurikulum Berbasis Kompetensi - Pendidikan pada hakikatnya merupakan suatu proses memanusiakan manusia melalui pengembangan seluruh potensinya sesuai dengan tuntutan yang berkembang di lingkungannya. “Pendidikan adalah usaha sadar dan terencana untuk mewujudkan suasana belajar dan proses pembelajaran agar peserta didik secara aktif mengembangkan potensi dirinya untuk memiliki kekuatan spiritual keagamaan, pengendalian diri, kepribadian, kecerdasan, akhlak mulia, serta keterampilan yang diperlukan dirinya, masyarakat, bangsa dan negara (UU RI No. 20 tahun 2003).” Upaya meningkatkan kualitas pendidikan dalam mencapai tujuan pendidikan nasional terus menerus dilakukan baik secara konvensional maupun inovatif. Pemerintah telah melakukan upaya penyempurnaan sistem pendidikan nasional, salah satunya dengan pembaharuan dalam bidang kurikulum, yaitu mengganti kurikulum 1994 dengan Kurikulum Berbasis Kompetensi (KBK).


Usep Kosasih, Rani Suminar, Roswita, Jajang Hirdiyana, Tita Rosdiana

Jurusan Pendidikan Matematika dan IPA, Universitas Islam Nusantara Bandung
(Jalan Soekarno-Hatta No. 530 Bandung 40286 Tlp. (022)7509655)

ABSTRAK

Pendidikan pada hakikatnya merupakan proses memanusiakan manusia melalui pengembangan seluruh potensinya sesuai dengan tuntutan yang berkembang di lingkungannya. Pemerintah telah berupaya menyempurnakan sistem pendidikan nasional, antara lain dengan pembaharuan kurikulum yang merubah tataran paradigma pembelajaran. Pembelajaran matematika sampai saat ini masih dihadapkan pada masalah besar yaitu siswa tidak mampu mencapai nilai minimum yang disyaratkan dalam ketuntasan belajar. Pembelajaran berdasarkan Kurikulum Berbasis Kompetensi (KBK), menyebabkan terjadinya pergeseran dari penekanan isi (apa yang tertuang) ke kompetensi (bagaimana harus berpikir, belajar dan melakukan), perubahan ini diharapkan memberikan hasil yang lebih baik. Bertitik tolak dari hal tersebut, penulis tertarik untuk meneliti prestasi belajar siswa dalam mata pelajaran matematika antara yang menggunakan KBK dengan kurikulum 1994. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui ada tidaknya perbedaan prestasi belajar siswa dalam mata pelajaran matematika antara yang menggunakan KBK dengan kurikulum 1994. Metode yang digunakan adalah metode deskriptif, dengan objek penelitian nilai raport siswa kelas 1 tahun ajaran 2003/2004 dan 2004/2005, sumber data dari Pembantu Kepala Sekolah (PKS) bidang kurikulum dan hasil wawancara dengan guru matematika. Teknik pengumpulan data dengan cara meminta nilai raport kepada PKS bidang kurikulum dan mewawancarai guru matematika. Teknik analisis data menggunakan statistik penelitian untuk dua perlakuan. Berdasarkan hasil pengolahan data diperoleh rata-rata nilai raport kelas yang menggunakan KBK 5,89 dan deviasi standar 0,62, sedangkan kelas yang menggunakan kurikulum 1994 memiliki rata-rata nilai 6,83 dan deviasi standar 0,74. Hasil pengujian hipotesis diperoleh nilai W<W0,01(80) atau 0<1082, berarti terdapat perbedaan prestasi belajar siswa dalam mata pelajaran matematika antara yang menggunakan KBK dengan kurikulum 1994.

Kata kunci : Kurikulum 1994, KBK, Prestasi Belajar.

PENDAHULUAN

Kurikulum 1994 merupakan kurikulum yang berbasis kepada pencapaian tujuan. Pembelajaran yang sering digunakan dalam kurikulum 1994 adalah pembelajaran aktif atau sering disebut Cara Belajar Siswa Aktif (CBSA). Pengertian CBSA sendiri tidak mudah didefinisikan secara tegas, sebab kadar keaktifan siswa untuk disebut siswa aktif itu tidak sama. “T. Raka Jono (dalam Kusnanto, 2004) menjelaskan bahwa hakikat CBSA menunjuk kepada keaktifan mental, meskipun untuk maksud ini dalam banyak hal dipersyaratkan keterlibatan langsung dalam berbagai keaktifan fisik”. “Mc. Keachi (dalam Kusnanto, 2004) mengemukakan kadar keaktifan CBSA ditentukan oleh tujuh dimensi yaitu: (1) Partisipasi siswa dalam menetapkan kegiatan pembelajaran, (2) Tekanan pada afektif dalam pembelajaran, (3) Partisipasi siswa dalam pelaksanaan pembelajaran terutama interaksi antar siswa, (4) Penerimaan guru terhadap perbuatan dan konstribusi siswa yang kurang relevan bahkan salah sama sekali, (5) Kekohesian kelas sebagai kelompok, (6) Kesempatan yang diberikan kepada siswa untuk mengambil keputusan, (7) Jumlah waktu yang dipergunakan untuk menanggulangi masalah pribadi.”

Sejalan dengan perkembangan zaman, maka kurikulum pun mengalami penyesuaian. Kurikulum 1994 dikaji ulang dan diperbaharui sehingga diberlakukannya Kurikulum Berbasis Kompetensi (KBK) pada tahun 2004 sebagai pengganti kurikulum 1994. Sebagai hasil revisi KBK diharapkan dapat memenuhi tuntutan perkembangan zaman. KBK merupakan seperangkat rencana dan pengaturan tentang kompetensi yang dibakukan dengan penerapannya disesuaikan dengan keadaan (kontekstual). KBK dapat diartikan sebagai suatu konsep yang menekankan pada pengembangan kemampuan melakukan (kompetensi) tugas-tugas dengan standar performansi tertentu, sehingga hasilnya dapat dirasakan oleh peserta didik berupa penguasaan terhadap seperangkat kompetensi tertentu. “untuk mengimplementasikan KBK mencakup tiga kegiatan pokok, yaitu : (1) Pengembangan program pengajaran, (2) Pelaksanaan pembelajaran, (3) Evaluasi hasil belajar, (Mulyasa 2002).”

Perbedaan Kurikulum 1994 dengan KBK (Depdiknas 2003) adalah sebagai berikut: (1) Pendekatan penguasaan pengetahuan pada kurikulum 1994 menekankan pada materi berupa kecakapan kognitif, sedangkan KBK menekankan kepada pemahaman, kemampuan atau kompetensi tertentu yang berkaitan dengan pekerjaan di masyarakat. (2) Standar akademis pada kurikulum 1994 diterapkan secara seragam bagi setiap peserta didik, sedangkan pada KBK memperhatikan perbedaan individu. (3) Kurikulum 1994 berbasis konten, sehingga peserta didik dipandang sebagai kertas putih yang perlu ditulisi dengan sejumlah pengetahuan, sedangkan KBK berbasis kompetensi, sehingga peserta didik berada dalam proses perkembangan yang berkelanjutan dari seluruh aspek kepribadian. (4) Pengembangan kurikulum pada kurikulum 1994 dilakukan secara sentralisasi, sedangkan KBK dilakukan secara desentralisasi. (5) Materi yang dikembangkan pada kurikulum 1994 seringkali tidak sesuai dengan potensi sekolah, kebutuhan dan kemampuan peserta didik, serta kebutuhan masyarakat sekitar sekolah, sedangkan pada KBK sekolah diberi keleluasaan untuk mengembangkan silabus mata pelajaran sehingga dapat mengakomodasi potensi sekolah, kebutuhan dan kemampuan peserta didik serta kebutuhan masyarakat sekitar sekolah. (6) Peran guru pada kurikulum 1994 menentukan segala sesuatu yang terjadi di kelas, sedangkan pada KBK bertugas mengkondisikan lingkungan belajar peserta didik. (7) Kecakapan pada kurikulum 1994 dikembangkan melalui latihan, sedangkan pada KBK dikembangkan berdasarkan pemahaman yang membentuk kompetensi individual. (8) Pembelajaran pada kurikulum 1994 cenderung hanya dilakukan di dalam kelas, sedangkan pada KBK mendorong terjalinnya kerja sama antara sekolah, masyarakat dan dunia kerja dalam membentuk kompetensi peserta didik. (9) Evaluasi nasional pada kurikulum 1994 tidak dapat menyentuh aspek-aspek kepribadian peserta didik, sedangkan pada KBK evaluasi berbasis kelas.

Pemberlakuan KBK diharapkan dapat meningkatkan prestasi belajar siswa sehingga dapat mencapai kompetensi yang diharapkan. “Kata prestasi belajar berasal dari bahasa Belanda yaitu practice, kemudian diterjemahkan kedalam bahasa Indonesia menjadi “prestasi” yang berarti hasil usaha. Arifin (dalam Herdiyana, 2004)”. Menurut “Abas Nurudin (dalam Herdiyana, 2004) pengertian prestasi belajar yaitu hasil belajar dari individu yang dimanifestasikan kedalam pola tingkah laku dan perbuatan, skill dan pengetahuan serta dapat dilihat dari hasil belajar itu sendiri”. “Dalam KBK, penilaian hasil belajar siswa dilihat dari tiga aspek kompetensi, yaitu: (1) Kompetensi kognitif, (2) Kompetensi afektif, (3) Kompetensi psikomotorik (Bloom dalam Depdiknas, 2003).”

Peningkatan prestasi belajar khususnya dalam mata pelajaran matematika, sampai saat ini masih dihadapkan pada masalah besar yaitu sulitnya siswa untuk mencapai nilai minimum yang disyaratkan dalam ketuntasan belajar. Hal ini dikarenakan kurang siapnya sekolah untuk menerapkan KBK. Oleh karena itu, implementasi KBK masih perlu dikaji oleh semua pihak. Bertitik tolak dari hal tersebut, penulis tertarik untuk meneliti prestasi belajar siswa dalam mata pelajaran matematika antara yang menggunakan KBK dengan kurikulum 1994. Rumusan masalah pada penelitian ini adalah “Apakah ada perbedaan antara prestasi belajar siswa SMA dalam mata pelajaran matematika yang menggunakan KBK dengan kurikulum 1994?”.

Penelitian ini bertujuan untuk: (1) Mengetahui ada atau tidak adanya perbedaan prestasi belajar siswa dalam mata pelajaran matematika antara yang menggunakan KBK dengan kurikulum 1994. (2) Mengetahui kesulitan-kesulitan yang dihadapi oleh guru matematika dalam menerapkan KBK. Sedangkan manfaat dari penelitian ini adalah memberi gambaran tentang implementasi KBK dalam pembelajaran matematika di sekolah.

HIPOTESIS

Hipotesis keberadaannya sangat perlu dalam suatu penelitian karena merupakan suatu rumusan yang menunjang tercapainya tujuan penelitian yang berfungsi untuk mengarahkan kegiatan di dalam penelitian. Hipotesis dalam penelitian ini adalah adanya perbedaan prestasi belajar siswa dalam mata pelajaran matematika antara yang menggunakan KBK dengan kurikulum 1994.

METODE PENELITIAN

Penelitian ini menggunakan metode deskriptif yang bertujuan untuk mengetahui bagaimana perbandingan prestasi belajar siswa dalam mata pelajaran matematika antara yang menggunakan KBK dengan Kurikulum 1994. Penelitian dilaksanakan selama dua bulan yaitu pada bulan Mei dan bulan Juni tahun 2005. 

Populasi dalam penelitian ini adalah seluruh siswa kelas 1 SMA PGRI Rancaekek Kabupaten Bandung tahun ajaran 2003-2004 dan tahun ajaran 2004-2005. Sedangkan sampelnya berupa sampel total yaitu seluruh populasi dijadikan sampel.

Data yang digunakan berupa nilai raport mata pelajaran matematika siswa kelas 1 tahun ajaran 2003-2004 yang menggunakan kurikulum 1994 dan nilai raport siswa kelas 1 tahun ajaran 2004-2005 yang menggunakan KBK serta hasil wawancara yang diperoleh dari guru mata pelajaran matematika. Data nilai raport diperoleh dari pembantu kepala sekolah (PKS) bidang kurikulum. Data-data yang diperoleh digunakan untuk mencari perbandingan antara kedua variabel yang diteliti.

Instrumen yang digunakan dalam penelitian ini adalah Pedoman Wawancara dengan guru mata pelajaran matematika yang bertujuan untuk mengetahui kesulitan-kesulitan yang dihadapi dalam melaksanakan pembelajaran berdasarkan pada KBK. Hasil pengolahan data nilai raport siswa digunakan untuk melihat ada atau tidaknya perbedaan prestasi belajar.

Data-data yang telah diperoleh diolah dan dianalisis untuk menguji kebenaran dari hipotesis yang diajukan. “Teknik pengolahan data dilakukan dengan menggunakan statistik penelitian untuk dua perlakuan, langkah-langkahnya yaitu: (1) Mengetes normalitas dari distribusi masing-masing; (2) Jika ternyata keduanya berdistribusi normal dilanjutkan dengan pengetesan tentang homogenitas variansinya; (3) Jika ternyata kedua variansinya homogen dilanjutkan dengan tes t; (4) Jika ternyata minimal satu dari dua distribusi tersebut tidak normal, langkah selanjutnya diteruskan dengan menggunakan statistik tak parametrik, yaitu tes wilcoxon; (5) Jika keduanya berdistribusi normal, tetapi variansinya tidak homogen, dilanjutkan dengan tes t’ (Nurgana 1993).”

Langkah-langkah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: (1) Melakukan observasi awal. (2) Membuat instrumen penelitian dan mengkonsultasikannya dengan pembimbing . (3) Mengumpulkan data nilai raport siswa dari Pembantu Kepala Sekolah Bidang Kurikulum (PKS) dan melakukan wawancara dengan guru mata pelajaran matematika. (4) Mengolah dan menganalisis data hasil penelitian serta melakukan pembahasan. (5) Menentukan kesimpulan hasil penelitian.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pengolahan data diperoleh rata-rata nilai raport untuk kelas yang menggunakan KBK 5,89 dan deviasi standar 0,62, sedangkan untuk kelas yang menggunakan kurikulum 1994 memiliki rata-rata nilai 6,83 dan deviasi standar 0,74. Data nilai raport siswa kelas 1 yang menggunakan kurikulum 1994 dan kelas 1 yang menggunakan KBK dapat dilihat pada tabel 1 dibawah ini. (tabel 1)

Tabel 1. Data Prestasi Siswa

Nilai Raport
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
8
Banyak Siswa








Kurikulum 1994
0
0
0
0
24
0
47
11
KBK
2
1
3
28
26
14
6
0

Berikut adalah hasil pengolahan data secara statistik: Kelas 1 yang menggunakan KBK: Rata-rata:  = 5,89; deviasi standar: σn–1 = 0,62; Chi-Kuadrat: χ2 = 44,1; derajat kebebasan: db = 77; nilai χ2 dari daftar: χ2 0,99 (77) = 100,4; normalitas: χ2 < χ2 0,99 (77) atau 44,1 < 100,4, maka nilai pada kelas 1 yang menggunakan KBK berdistribusi normal. Sedangkan kelas Satu yang menggunakan Kurikulum 1994: Rata-rata: x = 6,83; deviasi standar: σn – 1 = 0,74; Chi-Kuadrat: χ2 = 175,57; derajat kebebasan: db = 80; nilai χ2 dari daftar: χ2 0,99 (80) = 112,3; normalitas: χ2 > χ2 0,99 (80) atau 175,57 > 112,3, maka nilai pada kelas satu yang menggunakan kurikulum 1994 berdistribusi tidak normal. Karena salah satu data berdistribusi tidak normal, maka digunakan tes Wilcoxon (statistik tak parametrik). Tes Wilcoxon diperoleh: (1) daftar rank, (2) nilai W = 0, (3) nilai W dari daftar: W0,01(80) = 1082, (4) Pengujian hipotesis: W<W0,01(80) atau 0<1082.

Hasil dari pengujian hipotesis: W < W0,01(80) atau 0 < 1082 menunjukkan adanya perbedaan prestasi belajar siswa dalam mata pelajaran matematika antara yang menggunakan KBK dengan kurikulum 1994, sehingga hipotesis diterima.

Berdasarkan hasil wawancara dengan salah seorang guru matematika kelas 1 SMA PGRI Rancaekek, kesulitan penerapan KBK dalam pembelajaran adalah adanya Syarat Ketuntasan Belajar Minimun (SKBM) yang disesuaikan dengan (1) sulit tidaknya suatu materi, (2) esensial tidaknya suatu materi, (3) daya dukung sekolah, (4) kemampuan siswa. Nilai SKBM pada mata pelajaran matematika di kelas 1 SMA PGRI Rancaekek adalah 5,0, sehingga apabila ada siswa yang nilainya kurang dari 5,0, maka guru memberikan remedial maksimal tiga kali.

Meskipun nilai rata-rata raport mata pelajaran matematika untuk kelas yang menggunakan KBK lebih kecil dari pada kelas yang menggunakan kurikulum 1994, akan tetapi pada pembelajaran yang menggunakan KBK ketuntasan belajar siswa telah tercapai. Beberapa hal yang menyebabkannya yaitu: (1) Kurangnya pemahaman guru terhadap aplikasi KBK, (2) Guru hanya menggunakan tes sebagai alat penilaiannya, (3) Kurangnya sarana dan prasarana yang dapat membantu mengaplikasikan KBK. Sedangkan kendala-kendala yang dihadapi oleh guru matematika SMA PGRI Rancaekek adalah: (1) Kurangnya alat peraga atau media pembelajaran matematika, (2) Kebijakan pemerintah yang belum jelas seperti SKBM yang selalu berubah, (3) Penilaian pada KBK yang rumit, (4) Adanya kesalahan pada buku laporan siswa.

Berdasarkan hasil pengujian hipotesis, ditemukan perbedaan prestasi belajar siswa antara yang menggunakan KBK dengan kurikulum 1994. Nilai rata-rata pada KBK lebih rendah daripada kurikulum 1994. Kurikulum 1994 menunjukkan hasil yang lebih baik dibandingkan dengan KBK. Hal ini terjadi karena KBK baru dimplementasikan sehingga masih menghadapi berbagai macam kendala dalam penerapannya. Kurang siapnya sekolah dalam memenuhi tuntutan KBK menjadi kendala dalam mengimplementasikan KBK, seperti fasilitas sumber belajar yang kurang memadai, kurang memahaminya guru terhadap prinsip pelakasanaan pengajaran berdasarkan KBK termasuk cara mengevaluasi hasil belajar siswa. Kendala lain adalah kurangnya sosialisasi KBK kepada sekolah atau guru sehingga sekolah menemui hambatan dalam menentukkan SKBM terutama dalam mata pelajaran matematika.

Sedangkan kurikulum 1994 telah diterapkan lebih dari sepuluh tahun, sehingga sekolah sudah dapat menyesuaikan dengan tuntutan kurikulum tersebut. Guru sebagai pelaksana kurikulum pun sudah tidak asing lagi dengan prinsip CBSA, sehingga penerapannya tidak menemui bayak kendala Selain itu Selain itu prinsip-prinsip pengajaran matematika lebih sesuai dengan prisip-prinsip pengajaran CBSA atau kurikulum 1994, sehingga hasilnya lebih baik dibandingkan dengan KBK. Temuan ini menguatkan pendapat Ruseffendi yang mengemukakan “Pembelajaran matematika dengan menggunakan CBSA baik digunakan karena CBSA sudah sesuai dengan prinsip pengajaran matematika modern dan dianjurkan untuk diterapkan (Russeffendi 1991)”

KBK merupakan salah satu hasil pembaharuan dalam bidang kurikulum yang diharapkan dapat meningkatkan prestasi belajar siswa. Kenyataannya, prestasi belajar siswa dengan menggunakan kurikulum 1994 lebih baik apabila dibandingkan dengan KBK. Kondisi ini menunjukan bahwa CBSA masih relevan untuk diterapkan dalam pembelajaran matematika. Hal ini sesuai dengan pendapat yang diungkapakn oleh “Russeffendi (1991) Pembelajaran matematika dengan menggunakan CBSA baik digunakan karena CBSA sudah sesuai dengan prinsip pengajaran matematika modern dan dianjurkan untuk diterapkan”.

KESIMPULAN

Kesimpulan dari penelitian ini adalah: (1) Adanya perbedaan prestasi belajar siswa antara yang menggunakan kurikulum 1994 dengan yang menggunakan KBK. (2) Prestasi belajar siswa pada mata pelajaran matematika yang menggunakan kurikulum 1994 lebih baik dari pada yang menggunakan KBK. (3) Penerapan KBK masih menghadapi kendala yakni kurang siapnya sekolah untuk memenuhi tuntutan KBK tarmasuk kurang pahamnya guru mata pelajaran matematika terhadap teknik evaluasi pada KBK.

DAFTAR PUSTAKA

Direktoriat Dikmenum (2003). Pengembangan Kurikulum dan Sistem Penilaian Berbasis Kompetensi. Jakarta: Depdiknas.

Herdiyana, Yana. (2004). Skripsi Perbandingan Prestasi Belajar Siswa dalam Matematika Antara yang Pembelajarannya Menggunakan Metode Permainan Kartu dengan Metode Ekspositori di Kelas II SLTP Warungkondang Kabupaten Bandung. Bandung: Uninus.

Kusnanto, Imam. (2002). Skripsi Perbandingan Prestasi Belajar Siswa dalam Matematika Antara yang Mendapat Pelajaran pada Jam Awal dengan Jam Akhir di Kelas 1 SMU Pasundan 9 Bandung. Bandung: Uninus.

Mulyasa, E. (2002). Kurikulum Berbasis Kompetensi. Bandung: PT Remaja Rosdakarya.

Nurgana, Endi. (1993). Statistik untuk Penelitian. Bandung: CV. Permadi.

Ruseffendi, ET. (1991). Pengantar kepada Membatu Guru Mengembangkan Kompetensinya dalam Pengajaran Matematika untuk Meningkatkan CBSA. Bandung: Tarsito.

Undang-Undang Sistem Pendidikan Nasional (UU RI No. 20 Tahun 2003). Jakarta : Absolut.

Anda sekarang sudah mengetahui Artikel dan Makalah mengenai Prestasi BelajarMata PelajaranMatematika, dan Kurikulum Berbasis Kompetensi. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.
Read More

Teori Atom Modern, Bentuk Orbital, Konfigurasi Elektron, Bilangan Kuantum

Leave a Comment
Teori Atom Modern, Bentuk Orbital, Konfigurasi Elektron, Bilangan Kuantum - Hukum-hukum mekanika klasik seperti Hukum Newton dapat menjelaskan materi berukuran makro dengan akurat. Akan tetapi, hukum tersebut tidak mampu menjelaskan gejala yang ditimbulkan oleh materi berukuran mikro, seperti elektron, atom, atau molekul. Materi berukuran mikro hanya dapat dijelaskan dengan teori mekanika kuantum. Teori atom berdasarkan mekanika kuantum dirumuskan oleh  Werner Heisenberg dan Erwin Schrodinger. Selain itu, sumbangan pemikiran terhadap teori ini diberikan juga oleh  Paul Dirac,  Max Born, dan  Pauli. Keunggulan teori atom mekanika kuantum dapat menjelaskan materi berskala mikro seperti elektron dalam atom sehingga penyusunan (keberadaan) elektron dalam atom dapat digambarkan melalui penulisan konfigurasi elektron dan diagram orbital. Bagaimanakah menuliskan konfigurasi elektron dan diagram orbital? Bagaimanakah menentukan letak unsur dalam sistem periodik? Anda akan mengetahui jawabannya setelah menyimak bab ini.

A. Teori Atom Modern

Teori atom Bohr cukup berhasil dalam menjelaskan gejala spektrum atom hidrogen, bahkan dapat menentukan jari-jari atom hidrogen dan tingkat energi atom hidrogen pada keadaan dasar berdasarkan postulat momentum sudut elektron. Seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan, ditemukan fakta-fakta baru yang menunjukkan adanya kelemahan pada teori atom Bohr. Oleh karena itu, dikembangkan teori atom mekanika kuantum.

1. Teori Atom Bohr

Sebagaimana telah Anda ketahui, teori atom Bohr didasarkan pada empat postulat sebagai berikut.

a. Elektron-elektron dalam mengelilingi inti atom berada pada tingkat-tingkat energi atau orbit tertentu. Tingkat-tingkat energi ini dilambangkan dengan n=1, n=2, n=3, dan seterusnya. Bilangan bulat ini dinamakan bilangan kuantum (perhatikan  Gambar 1.).
elektron
Gambar 1. Menurut Bohr, elektron berada pada tingkat energi tertentu. Jika elektron turun ke tingkat energi yang lebih rendah, akan disertai emisi cahaya dengan spketrum yang khas.
b. Selama elektron berada pada tingkat energi tertentu, misalnya n=1, energi elektron tetap. Artinya, tidak ada energi yang diemisikan (dipancarkan) maupun diserap.
c. Elektron dapat beralih dari satu tingkat energi ke tingkat energi lain disertai perubahan energi. Besarnya perubahan energi sesuai dengan persamaan Planck,  ΔE=hv.
d. Tingkat energi elektron yang dibolehkan memiliki momentum sudut tertentu. Besar momen tum sudut ini merupakan kelipatan dari  h/2p atau  nh/2p, n adalah bilangan kuantum dan h tetapan Planck.

a. Peralihan Antar Tingkat Energi

Model atom Bohr dapat menerangkan spektrum atom hidrogen secara memuaskan. Menurut Bohr, cahaya akan diserap atau diemisikan dengan frekuensi tertentu (sesuai persamaan Planck) melalui peralihan elektron dari satu tingkat energi ke tingkat energi yang lain. Jika atom hidrogen menyerap energi dalam bentuk cahaya maka elektron akan beralih ke tingkat energi yang lebih tinggi. Sebaliknya, jika atom hidrogen mengemisikan cahaya maka elektron akan beralih ke tingkat energi yang lebih rendah.

Pada keadaan stabil, atom hidrogen memiliki energi terendah, yakni elektron berada pada tingkat energi dasar (n=1). Jika elektron menghuni n>1, dinamakan keadaan tereksitasi. Keadaan tereksitasi ini tidak stabil dan terjadi jika atom hidrogen menyerap sejumlah energi. Atom hidrogen pada keadaan tereksitasi tidak stabil sehingga energi yang diserap akan diemisikan kembali menghasilkan garis-garis spektrum (perhatikan Gambar 2). 
Lampu hidrogen
Gambar 2. Lampu hidrogen dialiri listrik hingga menyala. Cahaya dari nyala lampu dilewatkan kepada prisma melalui celah menghasilkan spektrum garis yang dapat dideteksi dengan pelat film.
Kemudian, elektron akan turun ke tingkat energi yang lebih rendah. Nilai energi yang diserap atau diemisikan dalam transisi elektron bergantung pada transisi antartingkat energi elektron.

Persamaannya dirumuskan sebagai berikut :


Keterangan :

ΔE = Energi yang diemisikan atau diserap
R = Tetapan Rydberg (2,178 × 10–18 J)
n = Bilangan kuantum

Contoh Soal 1 :

Peralihan Tingkat Energi Elektron Menurut Model Atom Bohr

Bagaimanakah peralihan tingkat energi elektron atom hidrogen dan energi yang terlibat pada keadaan dasar ke tingkat energi n=3 dan pada keadaan tereksitasi, dengan n=2 ke keadaan dasar?

Kunci Jawaban :

a. Atom hidrogen pada keadaan dasar memiliki n=1 (n1=1). Jika elektron beralih ke tingkat energi n=3 (n2=3) maka atom hidrogen menyerap energi :
atom hidrogen menyerap energi


ΔE = 1,936 × 10–18 J

b. Peralihan tingkat energi dari keadaan tereksitasi (n1=2) ke keadaan dasar (n2=1) akan diemisikan energi (melepas energi) :
atom hidrogen melepas energi


ΔE = –1,633 × 10–18 J

Tanda negatif menyatakan energi dilepaskan.

b. Kelemahan Model Atom Bohr

Gagasan Bohr tentang pergerakan elektron mengitari inti atom seperti sistem tata surya membuat teori atom Bohr mudah dipahami dan dapat diterima pada waktu itu. Akan tetapi, teori atom Bohr memiliki beberapa kelemahan, di antaranya sebagai berikut.
  1. Jika atom ditempatkan dalam medan magnet maka akan terbentuk spektrum emisi yang rumit. Gejala ini disebut efek Zeeman (perhatikan Gambar 3).
  2. Jika atom ditempatkan dalam medan listrik maka akan menghasilkan spektrum halus yang rumit. Gejala ini disebut efek Strack.

Spektrum atom hidrogen terurai dalam medan magnet (efek Zeeman).
Gambar 3. Spektrum atom hidrogen terurai dalam medan magnet (efek Zeeman).
Pakar fisika Jerman, Sommerfeld menyarankan, disamping orbit berbentuk lingkaran juga harus mencakup orbit berbentuk elips. Hasilnya, efek Zeeman dapat dijelaskan dengan model tersebut, tetapi model atom Bohr-Sommerfeld tidak mampu menjelaskan spektrum dari atom berelektron banyak.

Sepuluh tahun setelah teori Bohr lahir, muncul gagasan de Broglie tentang dualisme materi, disusul Heisenberg tentang ketidakpastian posisi dan momentum partikel. Berdasarkan gagasan tersebut dan teori kuantum dari Planck, Schrodinger berhasil meletakkan dasar-dasar teori atom terkini, dinamakan teori atom mekanika kuantum.

2. Teori Atom Mekanika Kuantum

Kegagalan teori atom Bohr dalam menerangkan spektra atom hidrogen dalam medan magnet dan medan listrik, mendorong Erwin Schrodinger mengembangkan teori atom yang didasarkan pada prinsip-prinsip mekanika kuantum. Teori atom mekanika kuantum mirip dengan yang diajukan oleh model atom Bohr, yaitu atom memiliki inti bermuatan positif dikelilingi oleh elektron-elektron bermuatan negatif. Perbedaannya terletak pada posisi elektron dalam mengelilingi inti atom.

Menurut Bohr, keberadaan elektron-elektron dalam mengelilingi inti atom berada dalam orbit dengan jarak tertentu dari inti atom, yang disebut jari-jari atom (perhatikan Gambar 4). 
jari-jari atom
Gambar 4. Menurut Bohr, jarak elektron dari inti atom hidrogen adalah 0,529 Å.
Menurut teori atom mekanika kuantum, posisi elektron dalam mengelilingi inti atom tidak dapat diketahui secara pasti sesuai prinsip ketidakpastian Heisenberg. Oleh karena itu, kebolehjadian (peluang) terbesar ditemukannya elektron berada pada orbit atom tersebut. Dengan kata lain, orbital adalah daerah kebolehjadian terbesar ditemukannya elektron dalam atom.

Menurut model atom mekanika kuantum, gerakan elektron dalam mengelilingi inti atom memiliki sifat dualisme sebagaimana diajukan oleh de Broglie. Oleh karena gerakan elektron dalam mengelilingi inti memiliki sifat seperti gelombang maka persamaan gerak elektron dalam mengelilingi inti harus terkait dengan fungsi gelombang. Dengan kata lain, energi gerak (kinetik) elektron harus diungkapkan dalam bentuk persamaan fungsi gelombang.

Persamaan yang menyatakan gerakan elektron dalam mengelilingi inti atom dihubungkan dengan sifat dualisme materi yang diungkapkan dalam bentuk koordinat Cartesius. Persamaan ini dikenal sebagai persamaan Schrodinger.

Dari persamaan Schrodinger ini dihasilkan tiga bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimut (), dan bilangan kuantum magnetik(m). Ketiga bilangan kuantum ini merupakan bilangan bulat sederhana yang menunjukkan peluang adanya elektron di sekeliling inti atom. Penyelesaian persamaan Schrodinger menghasilkan tiga bilangan kuantum. Orbital diturunkan dari persamaan Schrodinger sehingga terdapat hubungan antara orbital dan ketiga bilangan kuantum tersebut.

Catatan Kimia :

Prinsip ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa posisi dan momentum suatu partikel tidak dapat diukur secara bersamaan. Ketika posisi diketahui pasti, momentumnya sudah berubah, demikian juga sebaliknya.

a. Bilangan Kuantum Utama (n)

Bilangan kuantum utama (n) memiliki nilai n = 1, 2, 3, ..., n. Bilangan kuantum ini menyatakan tingkat energi utama elektron dan sebagai ukuran kebolehjadian ditemukannya elektron dari inti atom. Jadi, bilangan kuantum utama serupa dengan tingkat-tingkat energi elektron atau orbit menurut teori atom Bohr. Bilangan kuantum utama merupakan fungsi jarak yang dihitung dari inti atom (sebagai titik nol). Jadi, semakin besar nilai n, semakin jauh jaraknya dari inti.

Oleh karena peluang menemukan elektron dinyatakan dengan orbital maka dapat dikatakan bahwa orbital berada dalam tingkat-tingkat energi sesuai dengan bilangan kuantum utama (n). Pada setiap tingkat energi terdapat satu atau lebih bentuk orbital. Semua bentuk orbital ini membentuk kulit (shell). Kulit adalah kumpulan bentuk orbital dalam bilangan kuantum utama yang sama.

Kulit-kulit ini diberi lambang mulai dari K, L, M, N, ..., dan seterusnya. Hubungan bilangan kuantum utama dengan lambang kulit sebagai berikut. Jumlah orbital dalam setiap kulit sama dengan n2, n adalah bilangan
kuantum utama.

Contoh Soal 2 :

Berapa jumlah orbital pada kulit L?

Kunci Jawaban :

Jumlah orbital dalam kulit L (n=2) adalah 22=4.

b. Bilangan Kuantum Azimut ()

Bilangan kuantum azimut disebut juga bilangan kuantum momentum sudut, dilambangkan dengan . Bilangan kuantum azimut menentukan bentuk orbital. Nilai bilangan kuantum azimut adalah ℓ = n–1. Oleh karena nilai n merupakan bilangan bulat dan terkecil sama dengan satu maka harga ℓ juga merupakan deret bilangan bulat 0, 1, 2, …, (n–1). Jadi, untuk n=1 hanya ada satu harga bilangan kuantum azimut, yaitu 0. Berarti, pada kulit K (n=1) hanya terdapat satu bentuk orbital. Untuk n=2 ada dua harga bilangan kuantum azimut, yaitu 0 dan 1. Artinya, pada kulit L (n=2) terdapat dua bentuk orbital, yaitu orbital yang memiliki nilai =0 dan orbital yang memiliki nilai =1.

Tabel 1. Bilangan Kuantum Azimut pada Kulit Atom

n
Kulit
1.
K
0 (s)
2.
L
0 (s), 1 (p)
3.
M
0 (s), 1(p), 2(d)

Pada pembahasan sebelumnya, dinyatakan bahwa bentuk-bentuk orbital yang memiliki bilangan kuantum utama sama membentuk kulit. Bentuk orbital dengan bilangan kuantum azimut sama dinamakan subkulit. Jadi, bilangan kuantum azimut dapat juga menunjukkan jumlah subkulit dalam setiap kulit. Masing-masing subkulit diberi lambang dengan s, p, d, f, …, dan seterusnya. Hubungan subkulit dengan lambangnya adalah sebagai berikut. 

Bilangan kuantum azimut (ℓ)
0
1
2
3
...
Lambang subkulit
s
p
d
f
...


Contoh :

Pada kulit K (n=1), nilai memiliki harga 0 maka pada kulit K hanya ada satu subkulit atau satu bentuk orbital, yaitu orbital s. Pada kulit L (n=2), nilai memiliki harga 0 dan 1 maka pada kulit L ada dua subkulit, yaitu orbital s dan orbital p (jumlahnya lebih dari satu).

Catatan Kimia :

Pada tingkat energi tertentu terdapat daerah dengan peluang terbesar ditemukannya elektron. Daerah ini dinamakan kulit (shell).

• Di dalam kulit terdapat ruang-ruang dengan bentuk tertentu. Bentuk ini dinamakan subkulit.
• Di dalam subkulit terdapat tempat elektron berada. Tempat ini dinamakan orbital.

c. Bilangan Kuantum Magnetik (m)

Bilangan kuantum magnetik disebut juga bilangan kuantum orientasi sebab bilangan kuantum ini menunjukkan orientasi (arah orbital) dalam ruang atau orientasi subkulit dalam kulit. Nilai bilangan kuantum magnetik berupa deret bilangan bulat dari –m melalui nol sampai +m. Untuk  1, nilai m=0, ±l. Jadi, nilai bilangan kuantum magnetik untuk =1 adalah –l melalui 0 sampai +l.

Contoh :

Untuk =1, nilai bilangan kuantum magnetik, m=0, ± 1, atau m= –1, 0, +1. Untuk =2, nilai bilangan kuantum magnetik adalah m= 0, ± 1, ± 2, atau m= –2, –1, 0, +1, +2. Subkulit-s ( =0) memiliki harga m=0, artinya subkulit-s hanya memiliki satu buah orbital. Oleh karena m=0, orbital-s tidak memiliki orientasi dalam ruang sehingga bentuk orbital-s dikukuhkan berupa bola yang simetris.

Subkulit-p (=1) memiliki nilai m= –1, 0, +1. Artinya, subkulit-p memiliki tiga buah orientasi dalam ruang (3 orbital), yaitu orientasi pada sumbu-x dinamakan orbital px, orientasi pada sumbu-y dinamakan orbital py, dan orientasi pada sumbu-z dinamakan orbital pz.

Subkulit-d ( =2) memiliki harga m= –2, –1, 0, +1, +2. Artinya, subkulit-d memiliki lima buah orientasi dalam ruang (5 orbital), yaitu pada bidang-xy dinamakan orbital dxy  pada bidang-xz dinamakan orbital dxz  pada bidang-yz dinamakan orbital dyz, pada sumbu x2–y2 dinamakan orbital dx2− y2, dan orientasi pada sumbu z2 dinamakan orbital dz2. Contoh orientasi orbital dapat dilihat pada Gambar 5.

Contoh Soal 3 :
Menentukan Jumlah Orbital

Tentukan nilai n, , dan m dalam kulit M? Berapakah jumlah orbital dalam kulit tersebut?

Kunci Jawaban :

Kulit M berada pada tingkat energi ke-3 sehingga:
n=3,
 = 0, 1, 2.
Pada =0, nilai m= 0. Jadi, hanya ada 1 orbital-s
Pada =1, nilai m= –1, 0, +1. Jadi, ada 3 orbital -p, yakni px, py, pz.
Pada = , nilai m= –2, –1, 0, +1, +2. Jadi, ada 5 orbital-d, yakni dxy, dxz, dyzdx2− y2, dan dz2.
Jadi, dalam kulit M terdapat 9 orbital. Hal ini sesuai dengan rumus n2, yaitu 32= 9.

d. Bilangan Kuantum Spin (s)

Di samping bilangan kuantum n, , dan m, masih terdapat satu bilangan kuantum lain. Bilangan kuantum ini dinamakan bilangan kuantum spin, dilambangkan dengan s. Bilangan kuantum ini ditemukan dari hasil pengamatan radiasi uap perak yang dilewatkan melalui medan magnet, oleh Otto Stern dan W. Gerlach.

Pada medan magnet, berkas cahaya dari uap atom perak terurai menjadi dua berkas. Satu berkas membelok ke kutub utara magnet dan satu berkas lagi ke kutub selatan magnet (perhatikan Gambar 6).
Penguraian berkas uap atom perak (percobaan Stern-Gerlach)
Gambar 6. Penguraian berkas uap atom perak (percobaan Stern-Gerlach).
Berdasarkan pengamatan tersebut, disimpulkan bahwa atom-atom perak memiliki sifat magnet. Pengamatan terhadap atom-atom unsur lain, seperti atom Li, Na, Cu, dan Au selalu menghasilkan gejala yang serupa. Atom-atom tersebut memiliki jumlah elektron ganjil. Munculnya sifat magnet dari berkas uap atom disebabkan oleh spin atau putaran elektron pada porosnya.

Berdasarkan percobaan Stern-Gerlach, dapat disimpulkan bahwa ada dua macam spin elektron yang berlawanan arah dan saling meniadakan. Pada atom yang jumlah elektronnya ganjil, terdapat sebuah elektron yang spinnya tidak ada yang meniadakan. Akibatnya, atom tersebut memiliki medan magnet.

Spin elektron dinyatakan dengan bilangan kuantum spin. Bilangan kuantum ini memiliki dua harga yang berlawanan tanda, yaitu +1/2 dan – 1/2. Tanda (+) menunjukkan putaran searah jarum jam dan tanda (–) arah sebaliknya (perhatikan Gambar 7). Adapun harga 1/2, menyatakan fraksi elektron.
Spin elektron dengan arah berlawanan
Gambar 7. Spin elektron dengan arah berlawanan.
B. Bentuk Orbital

Bentuk orbital ditentukan oleh bilangan kuantum azimut. Bilangan kuantum ini diperoleh dari suatu persamaan matematika yang mengandung trigonometri (sinus dan cosinus). Akibatnya, bentuk orbital ditentukan oleh bentuk trigonometri dalam ruang.

1. Orbital-s

Orbital-s memiliki bilangan kuantum azimut, = 0 dan m= 0. Oleh karena nilai m sesungguhnya suatu tetapan (tidak mengandung trigonometri) maka orbital-s tidak memiliki orientasi dalam ruang sehingga orbital-s ditetapkan berupa bola simetris di sekeliling inti. Permukaan bola menyatakan peluang terbesar ditemukannya elektron dalam orbital-s. Hal ini bukan berarti semua elektron dalam orbital-s berada di permukaan bola, tetapi pada permukaan bola itu peluangnya tertinggi (≈ 99,99%), sisanya boleh jadi tersebar di dalam bola, lihat Gambar 8.
Peluang keberadaan elektron dalam atom
Gambar 8. Peluang keberadaan elektron dalam atom. Peluang terbesar ( ≈ 99,99%) berada pada permukaan bola.
2. Orbital-p

Orbital-p memiliki bilangan kuantum azimut,   1 dan m= 0, ±l. Oleh karena itu, orbital-p memiliki tiga orientasi dalam ruang sesuai dengan bilangan kuantum magnetiknya. Oleh karena nilai m sesungguhnya mengandung sinus maka bentuk orbital-p menyerupai bentuk sinus dalam ruang, seperti ditunjukkan pada Gambar 9.
Kumpulan orbital p dengan berbagai orientasi
Gambar 9. Kumpulan orbital p dengan berbagai orientasi.
Ketiga orbital-p memiliki bentuk yang sama, tetapi berbeda dalam orientasinya. Orbital-px memiliki orientasi ruang pada sumbu-x, orbital-pmemiliki orientasi pada sumbu-y, dan orbital-pz memiliki orientasi pada sumbu-z. Makna dari bentuk orbital-p adalah peluang terbesar ditemukannya elektron dalam ruang berada di sekitar sumbu x, y, dan z. Adapun pada bidang xy, xz, dan yz, peluangnya terkecil.

3. Orbital-d

Orbital-d memiliki bilangan kuantum azimut  = 2 dan m = 0, ±1, ±2. Akibatnya, terdapat lima orbital-d yang melibatkan sumbu dan bidang, sesuai dengan jumlah bilangan kuantum magnetiknya. Orbital-d terdiri atas orbital-dz2, orbital-dxz , orbital-dxy, orbital-dyz, dan orbital-dx2− y2 (perhatikan Gambar 10).
Kumpulan orbital d dengan berbagai orientasi
Gambar 10. Kumpulan orbital d dengan berbagai orientasi.
Orbital -dxydxzdyz, dan dx2− ymemiliki bentuk yang sama, tetapi orientasi dalam ruang berbeda. Orientasi orbital-dxy berada dalam bidang xy, demikian juga orientasi orbital-orbital lainnya sesuai dengan tandanya. Orbital dx2− y2 memiliki orientasi pada sumbu x dan sumbu y. Adapun orbital dz2 memiliki bentuk berbeda dari keempat orbital yang lain.

Orientasi orbital ini berada pada sumbu z dan terdapat “donat” kecil pada bidang-xy. Makna dari orbital-d adalah, pada daerah-daerah sesuai tanda dalam orbital (xy, xz, yz, x2–y2, z2  menunjukkan peluang terbesar ditemukannya elektron, sedangkan pada simpul-simpul di luar bidang memiliki peluang paling kecil.

Bentuk orbital-f dan yang lebih tinggi dapat dihitung secara matematika, tetapi sukar untuk digambarkan atau diungkapkan kebolehjadiannya sebagaimana orbital-s, p, dan d.

Kesimpulan umum dari hasil penyelesaian persamaan Schrodinger dapat dirangkum sebagai berikut.

Setiap orbital dicirikan oleh tiga bilangan kuantum n, , dan m yang memiliki ukuran, bentuk, dan orientasi tertentu dalam ruang kebolehjadian. Elektron-elektron yang menghuni orbital memiliki spin berlawanan sesuai temuan Stern-Gerlach. Secara lengkap, peluang keberadaan elektron dalam atom dapat Anda lihat pada Tabel 2.

Tabel 2. Bilangan Kuantum dan Orbital Atom

n
m
Orbital
s
Jumlah Maksimum
Elektron
1
0
0
1s
 
2
2
2
0
0
2s
 
2
8
1
–1, 0, +1
2p
 
6
3
0
0
3s
 
2
18
1
–1, 0, +1
3p
 
6
2
–2, –1, 0, +1, +2
3d
 
10
4
0
0
4s
 
2
32
1
–1, 0, +1
4p
 
6
2
–2, –1, 0, +1, +2
4d
 
10
3
–3, –2, –1, 0, +1, +2, +3
4f
 
14

Contoh Soal 3 :

Nomor atom S=16. Jadi, konfigurasi ion sulfida, S2– adalah ....

A. 1s22s22p63s23p2
B. 1s22s22p63s23p4
C. 1s22s22p63s23p6
D. 1s22s22p63s23p43d2
E. 1s22s22p63s23p44s2

Kunci Jawaban :

Konfigurasi elektron 16S = 1s22s22p63s23p4  ion S2- adalah atom S yang telah memperoleh 2 elektron. Elektron tambahan ini akan mengisi orbital dengan tingkat energi terendah yaitu 3p. Jadi, konfigurasi elekron 16S = 1s22s22p63s23p6(C)

Contoh Soal 4 :

Menentukan Bilangan Kuantum Di antara set bilangan kuantum berikut, manakah set bilangan kuantum yang diizinkan?

a. n= 4, = 4, m= +3, s= +1/2

b. n= 3, = 2, m= –3, s= –1/2

c. n= 1, = 0, m= 0, s= +1/2

Kunci Jawaban :

a. Terlarang sebab untuk n = 4 maka nilai  yang dibolehkan adalah n – 1 atau  = 3.
b. Terlarang sebab untuk  = 2 maka nilai m yang mungkin adalah –2, –1, 0, +1, +2.
c. Diizinkan sebab untuk n = 1 maka nilai  = 0.

C. Konfigurasi Elektron Atom Polielektron

Persamaan Schrodinger hanya dapat diterapkan secara eksak untuk atom berelektron tunggal seperti hidrogen, sedangkan pada atom berelektron banyak tidak dapat diselesaikan. Kesulitan utama pada atom berelektron banyak adalah bertambahnya jumlah elektron sehingga menimbulkan tarik-menarik antara elektron-inti dan tolak-menolak antara elektron-elektron semakin rumit. Oleh karena itu, untuk atom berlektron banyak digunakan metode pendekatan berdasarkan hasil penelitian dan teori para ahli.

1. Tingkat Energi Orbital

Pada atom berelektron banyak, setiap orbital ditandai oleh bilangan kuantum n, ℓ, m, dan s. Bilangan kuantum ini memiliki arti sama dengan yang dibahas sebelumnya. Perbedaannya terletak pada jarak orbital dari inti. Pada atom hidrogen, setiap orbital dengan nilai bilangan kuantum utama sama memiliki tingkat-tingkat energi sama atau terdegenerasi. Misalnya, orbital 2s dan 2p memiliki tingkat energi yang sama. Demikian pula untuk orbital 3s, 3p, dan 3d.

Pada atom berelektron banyak, orbital-orbital dengan nilai bilangan kuantum utama sama memiliki tingkat energi yang sedikit berbeda. Misalnya, orbital 2s dan 2p memiliki tingkat energi berbeda, yaitu energi orbital 2p lebih tinggi. Perbedaan tingkat energi elektron pada atom hidrogen dan atom berelektron banyak ditunjukkan pada Gambar 11.
Diagram tingkat energi orbital
Gambar 11. Diagram tingkat energi orbital (a) Atom hidrogen. Tingkat energi orbital atom mengalami degenerasi. (b) Atom berelektron banyak
Perbedaan tingkat energi ini disebabkan oleh elektron yang berada pada kulit dalam menghalangi elektron-elektron pada kulit bagian luar. Sebagai contoh, elektron pada orbital 1s akan tolak-menolak dengan elektron pada orbital-2s dan 2p sehingga orbital-2s dan 2p tidak lagi sejajar (terdegenerasi) seperti pada atom hidrogen. Hal ini menyebabkan elektron-elektron dalam orbital-2s memiliki peluang lebih besar ditemukan di dekat inti daripada orbital-2p (orbital-2s lebih dekat dengan inti).

Catatan Kimia :

Hasil penyelesaian persamaan Schrodinger pada atom hidrogen menunjukkan orbital-orbital yang terdegenerasi (orbital dalam kulit yang sama memiliki energi yang sama).

2. Distribusi Elektron dalam Atom

Kulit terdiri atas subkulit yang berisi orbital-orbital dengan bilangan kuantum utama yang sama. Jumlah orbital dalam setiap kulit dinyatakan dengan rumus n2 dan jumlah maksimum elektron yang dapat menempati setiap kulit dinyatakan dengan rumus 2n2.

Contoh Soal 5 :

Berapa jumlah orbital dan jumlah maksimum elektron dalam kulit M?

Kunci Jawaban :

Kulit M memiliki bilangan kuantum, n = 3 maka jumlah orbital dalam kulit M adalah 32 = 9 orbital dan jumlah maksimum elektronnya sebanyak 2(3)2 = 18 elektron

Subkulit terdiri atas orbital-orbital yang memiliki bilangan kuantum azimut yang sama. Jumlah orbital, dalam setiap subkulit dinyatakan dengan rumus (2 + 1). Oleh karena setiap orbital maksimum dihuni oleh dua elektron maka jumlah elektron dalam setiap subkulit dinyatakan dengan rumus 2(2 + 1).

Contoh Soal 6 :

Berapa jumlah orbital dalam subkulit-p dan berapa jumlah elektron dalam subkulit itu?

Kunci Jawaban :

Sub kulit p memiliki harga = 1 maka jumlah orbitalnya sama dengan {2(1) + 1} = 3 orbital. Sebaran elektron dalam subkulit-p adalah 2{2(1) + 1} = 6 elektron.

Catatan :

Pada atom-atom berelektron banyak, orbital dalam kulit yang sama tidak mengalami degenerasi.

Bagaimana sebaran orbital dan sebaran elektron dalam setiap tingkat energi? Untuk mengetahui masalah ini, simak contoh soal berikut.

Contoh Soal 7 :
Menentukan Sebaran Elektron dalam Kulit

Berapa jumlah orbital dan jumlah maksimum elektron yang menghuni tingkat energi ke-3 (kulit M)? Bagaimana sebaran orbital dalam setiap subkulit dan sebaran elektronnya pada tingkat energi itu?

Kunci Jawaban :

a. Jumlah orbital pada kulit M (n= 3) dihitung dengan rumus n2. Jadi, pada kulit M ada 9 orbital.
b. Jumlah maksimum elektron yang dapat menghuni kulit M sebanyak 2n2 = 18 elektron.
c. Sebaran orbital dalam setiap subkulit pada n= 3 dihitung dari rumus (2 + 1).

Untuk n= 3, nilai = n–1 = 0, 1, 2. Oleh karena ada 3 subkulit, sebaran orbital dalam tiap subkulit adalah sebagai berikut.

[2(0) + 1)] = 1
[2(1) + 1)] = 3
[2(2) + 1)] = 5

Pada subkulit s (=0) terdapat 1 orbital-s
Pada subkulit p (=1) terdapat 3 orbital-p
Pada subkulit d (=2) terdapat 5 orbital-d

d. Sebaran elektron yang menghuni tiap-tiap subkulit ditentukan dari rumus 2(2  + 1), yaitu :

2(2(0) + 1) = 2 elektron
2(2(1) + 1) = 6 elektron
2(2(2) + 1) = 10 elektron
Jadi, orbital-s ( = 0) maksimum ditempati oleh 2 elektron,
orbital-p ( = 1) maksimum ditempati oleh 6 elektron, dan
orbital-d (ℓ = 2) maksimum ditempati oleh 10 elektron.

3. Aturan dalam Konfigurasi Elektron

Penulisan konfigurasi elektron untuk atom berelektron banyak didasarkan pada aturan aufbau, aturan Hund, dan prinsip larangan Pauli. Untuk menentukan jumlah elektron dalam atom, perlu diketahui nomor atom unsur bersangkutan.

a. Aturan Membangun (Aufbau)

Aturan pengisian elektron ke dalam orbital-orbital dikenal dengan prinsip Aufbau (bahasa Jerman, artinya membangun). Menurut aturan ini, elektron dalam atom harus memiliki energi terendah, artinya elektron harus terlebih dahulu menghuni orbital dengan energi terendah (lihat diagram tingkat energi orbital pada Gambar 12).
Diagram tingkat energi orbital
Gambar 12. Diagram tingkat energi orbital.
Tingkat energi elektron ditentukan oleh bilangan kuantum utama. Bilangan kuantum utama dengan n = 1 merupakan tingkat energi paling rendah, kemudian meningkat ke tingkat energi yang lebih tinggi, yaitu n = 2, n = 3, dan seterusnya. Jadi, urutan kenaikan tingkat energi elektron adalah (n = 1) < (n = 2) < (n =3) < … < (n = n).

Setelah tingkat energi elektron diurutkan berdasarkan bilangan kuantum utama, kemudian diurutkan lagi berdasarkan bilangan kuantum azimut sebab orbital-orbital dalam atom berelektron banyak tidak terdegenerasi. Berdasarkan bilangan kuantum azimut, tingkat energi terendah adalah orbital dengan bilangan kuantum azimut terkecil atau = 0. Jadi, urutan tingkat energinya adalah s < p < d < f < [  = (n–1)].

Terdapat aturan tambahan, yaitu aturan (n+). Menurut aturan ini, untuk nilai (n+) sama, orbital yang memiliki energi lebih rendah adalah orbital dengan bilangan kuantum utama lebih kecil, contoh: 2p (2+1 = 3) < 3s (3+0 =3), 3p (3+1 = 4) < 4s (4+0 =4), dan seterusnya. Jika nilai (n+) berbeda maka orbital yang memiliki energi lebih rendah adalah orbital dengan jumlah (n+) lebih kecil, contoh: 4s (4+0 = 4) < 3d (3+2 =5).

Dengan mengacu pada aturan aufbau maka urutan kenaikan tingkat energi elektron-elektron dalam orbital adalah sebagai berikut. 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < …

b. Aturan Hund

Aturan Hund disusun berdasarkan data spektroskopi atom. Aturan ini menyatakan sebagai berikut.
  1. Pengisian elektron ke dalam orbital-orbital yang tingkat energinya sama, misalnya ketiga orbital-p atau kelima orbital-d. Oleh karena itu, elektron-elektron tidak berpasangan sebelum semua orbital dihuni.
  2. Elektron-elektron yang menghuni orbital-orbital dengan tingkat energi sama, misalnya orbital pz, px, py  Oleh karena itu, energi paling rendah dicapai jika spin elektron searah.
c. Prinsip Larangan Pauli

Menurut Wolfgang Pauli, elektron-elektron tidak boleh memiliki empat bilangan kuantum yang sama. Aturan ini disebut Prinsip larangan Pauli. Makna dari larangan Pauli adalah jika elektron-elektron memiliki ketiga bilangan kuantum (n, , m) sama maka elektron-elektron tersebut tidak boleh berada dalam orbital yang sama pada waktu bersamaan.

Akibatnya, setiap orbital hanya dapat dihuni maksimum dua elektron dan arah spinnya harus berlawanan. Sebagai konsekuensi dari larangan Pauli maka jumlah elektron yang dapat menghuni subkulit s, p, d, f, …, dan seterusnya berturut-turut adalah 2, 6, 10, 14, ..., dan seterusnya. Hal ini sesuai dengan rumus: 2(2  + 1).

Tokoh :


Wolfgang Pauli
(1900–1958)
Wolfgang Pauli

Pauli adalah seorang ahli teori. Menggunakan hasil observasi ilmuwan lain, dia menemukan spin elektron dan mengemukakan asas larangan Pauli. Hal ini membawanya memenangkan hadiah Nobel di bidang Fisika pada 1945. Lahir pada 1900, Pauli hidup sampai pada 1958 dan membuat penemuan terkenal pada usia 25 tahun. (Sumber:Chemistry The Molecular Science, 1997.)

4. Penulisan Konfigurasi Elektron

Untuk menuliskan konfigurasi elektron, bayangkan bahwa inti atom memiliki tingkat-tingkat energi, dan setiap tingkat energi memiliki orbital-orbital yang masih kosong. Kemudian, elektron-elektron ditempatkan pada orbital-orbital sesuai dengan urutan tingkat energinya (aturan Aufbau), dan tingkat energi paling rendah diisi terlebih dahulu.

Pengisian orbital dengan tingkat energi sama, seperti px, py, pz  diusahakan tidak berpasangan sesuai aturan Hund, tempatnya boleh di mana saja, px, py, atau pz. Jika setelah masing-masing orbital dihuni oleh satu elektron masih ada elektron lain maka elektron ditambahkan untuk membentuk pasangan dengan spin berlawanan. Dalam setiap orbital maksimum dihuni oleh dua elektron, sesuai aturan Pauli (perhatikan Gambar 13).
Penulisan konfigurasi elektron menurut aturan Hund
Gambar 13. Penulisan konfigurasi elektron menurut aturan Hund.
Penulisan konfigurasi elektron dapat diringkas sebab dalam kimia yang penting adalah konfigurasi elektron pada kulit terluar atau elektron valensi. Contoh konfigurasi elektron atom natrium dapat ditulis sebagai: 11Na: [Ne] 3s1. Lambang [Ne] menggantikan penulisan konfigurasi elektron bagian dalam (10Ne: 1s2 2s2 2p6).

Catatan Kimia :

n
m
s


-1
 
2
1
0
 


+2
 

Jika dua elektron menghuni orbital, misalnya 2px2 (n,   m sama), bilangan kuantum spinnya harus berbeda, yakni +1/2 atau –1/2. Secara visual dapat digambarkan sebagai anak panah yang berlawanan.

Contoh Soal 8 :
Penulisan Konfigurasi Elektron Poliatomik

Tuliskan konfigurasi elektron (biasa dan ringkas) atom periode ke-3 (11Na, 12Mg, 13Al, 14Si, 15P, 16S, 17Cl)?

Kunci Jawaban :

Prinsip aufbau: elektron harus menghuni orbital atom dengan energi terendah dulu, yaitu 1s 2s 2p 3s 3p 4s … dan seterusnya. Prinsip Pauli: setiap orbital maksimum dihuni oleh dua elektron dengan spin berlawanan. Prinsip Hund: pengisian elektron dalam orbital yang tingkat energinya sama, tidak berpasangan dulu sebelum semua orbital dihuni dulu.

Dengan demikian, konfigurasi elektron atom poliatomik dapat dituliskan sebagai berikut.

11Na = 1s2 2s2 2p6 3s1
11Na = [Ne] 3s1
12Mg = 1s2 2s2 2 p6 3s2
12Mg = [Ne] 3s2
13Al = 1s2 2s2 2 p6 3s2 3p1
13Al = [Ne] 3s2 3p1
14Si = 1s2 2s2 2 p6 3s2 3p2
14Si = [Ne] 3s2 3p2
15P = 1s2 2s2 2 p6 3s2 3p3
15P = [Ne] 3s2 3p3
16S = 1s2 2s2 2 p6 3s2 3p4
16S = [Ne] 3s2 3p4
17Cl = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
17Cl = [Ne] 3s2 3p5

Beberapa konfigurasi elektron atom dengan nomor atom 1 sampai nomor atom 20 ditunjukkan pada tabel berikut.

Tabel 3. Beberapa Konfigurasi Elektron (Z=1–20)

Z
Unsur
Konfigurasi
Z
Unsur
Konfigurasi
1.
H
1s1
11.
Na
1s2 2s2 2p6 3s1
2.
He
1s2
12.
Mg
1s2 2s2 2p6 3s2
3.
Li
1s2 2s1
13.
Al
1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
4.
Be
1s2 2s2
14.
Si
1s2 2s2 2p6 3s2 3p2
5.
B
1s2 2s2 2p1
15.
P
1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
6.
C
1s2 2s2 2p2
16.
S
1s2 2s2 2p6 3s2 3p4
7.
N
1s2 2s2 2p3
17.
Cl
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
8.
O
1s2 2s2 2p4
18.
Ar
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
9.
F
1s2 2s2 2p5
19.
K
[Ar] 4s1
10.
Ne
1s2 2s2 2p6
20
Ca
[Ar] 4s2

a. Konfigurasi Elektron dan Bilangan Kuantum

Berdasarkan konfigurasi elektron, Anda dapat menentukan bilangan kuantum suatu elektron. Contoh: atom oksigen memiliki 8 elektron, konfigurasi elektron atom oksigen adalah 8O: 1s2 2s2 2p4 atau diuraikan sebagai berikut.

1) 1s2 2s2 2px2 2py1 2pz1;
2) 1s2 2s2 2px1 2py2 2pz1;
3) 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz2.

Ketiga penulisan konfigurasi tersebut benar sebab atom terakhir dapat berpasangan di mana saja dalam orbital 2p. Mengapa? Pada subkulit p, terdapat tiga orbital dengan tingkat energi sama (px= py = pz) sehingga kita tidak dapat menentukan secara pasti pada orbital mana elektron berpasangan. Dengan kata lain, kebolehjadian pasangan elektron dalam ketiga orbital-p adalah sama.

Akibat dari peluang yang sama dalam menemukan elektron pada suatu orbital maka Anda tidak dapat menentukan bilangan kuantum magnetiknya. Pada contoh tersebut, elektron terakhir dari atom oksigen memiliki bilangan kuantum sebagai berikut.
  1. Bilangan kuantum utama, n= 2
  2. Bilangan kuantum azimut,  = 1
  3. Bilangan kuantum spin, s= –1/2
  4. Bilangan kuantum magnetik, m= –1, +1, atau 0? (tidak pasti, semua orbital memiliki peluang yang sama untuk dihuni).
Dengan demikian, pada kasus atom oksigen terdapat ketidakpastian dalam bilangan kuantum magnetik atau momentum sudut. Kasus tersebut benar-benar membuktikan bahwa keberadaan elektron-elektron di dalam atom tidak dapat diketahui secara pasti, yang paling mungkin hanyalah peluang menemukan elektron pada daerah tertentu di dalam ruang, sedangkan posisi pastinya tidak dapat diketahui.

Contoh Soal 9 :

Ketidakpastian Momentum Elektron dalam Atom

Tuliskan konfigurasi elektron dari atom 12Mg. Tentukan bilangan kuantum elektron terakhirnya dan bilangan kuantum manakah yang tidak pasti?

Kunci Jawaban :

12Mg= [Ne] 3s2

Elektron terakhir menghuni orbital 3s. Jadi, bilangan kuantumnya adalah bilangan kuantum utama (n = 3), bilangan kuatum azimut ( �� = 0), bilangan kuantum magnetik (m = 0), dan bilangan kuantum spin (s = +1/2atau –1/2) ?

Anda tidak akan pernah tahu secara pasti elektron mana yang terakhir, apakah yang memiliki spin ke atas atau ke bawah. Jadi, dalam hal ini ada ketidakpastian dalam momentum spin.

b. Kestabilan Konfigurasi Elektron

Berdasarkan pengamatan, orbital yang terisi penuh dan terisi setengah penuh menunjukkan kondisi yang relatif stabil, terutama bagi atom unsur-unsur gas mulia dan unsur-unsur transisi.

Contoh :

Atom-atom unsur gas mulia relatif stabil disebabkan orbital kulit valensinya terisi penuh oleh elektron.

2He : 1s2
10Ne : 1s2 2s2 2p6
18Ar : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
36Kr : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6

Hasil pengamatan menunjukkan bahwa unsur-unsur dengan orbital kulit valensi terisi setengah penuh relatif stabil.

Contoh :

Konfigurasi elektron atom 24Cr dapat ditulis sebagai berikut:

(a) 24Cr : [Ar] 3d5 4s1 lebih stabil.
(b) 24Cr : [Ar] 3d4 4s2

Menurut data empirik, konfigurasi elektron pertama (a) relatif lebih stabil daripada konfigurasi elektron kedua (b), mengapa? Pada konfigurasi elektron (a), orbital 3d terisi lima elektron dan orbital 4s terisi satu elektron, keduanya setengah penuh. Pada konfigurasi elektron (b), walaupun orbital 4s terisi penuh, tetapi orbital 3d tidak terisi setengah penuh sehingga kurang stabil.

c. Konfigurasi Elektron Unsur-Unsur Transisi

Pada diagram tingkat energi orbital, orbital 4s memiliki energi lebih rendah daripada orbital 3d. Akibatnya, dalam konfigurasi elektron unsurunsur utama orbital 4s dihuni terlebih dahulu. Pada unsur-unsur transisi pertama, elektron kulit terluar menghuni orbital-d dan orbital-s, yakni ns (n–1)d. Jika mengikuti aturan tersebut, orbital ns dihuni terlebih dahulu baru menghuni orbital (n–1)d. Apakah konfigurasi elektron untuk unsur-unsur transisi seperti itu? Jika demikian, elektron akan mudah lepas ketika unsur transisi membentuk kation (bersenyawa) berasal dari orbital (n–1)d.

Berdasarkan data empirik, diketahui bahwa semua unsur transisi ketika membentuk kation melepaskan elektron valensi dari orbital ns. Jika muatan kation yang dibentuknya lebih tinggi maka elektron dari orbital (n–1)d dilepaskan. Data berikut ini artinya, elektron terluar berasal dari orbital ns.

Fakta empirik:
  1. Mangan dapat membentuk kation Mn2+ (MnCl2) dan Mn7+ (KMnO4)
  2. Besi dapat membentuk kation Fe2+ (FeSO4) dan Fe3+ (FeCl3)
  3. Tembaga dapat membentuk kation Cu+ (CuCl) dan Cu2+ (CuSO4).
Konfigurasi elektronnya:
  1. 25Mn : [Ar] 3d5 4s2
  2. 26Fe : [Ar] 3d6 4s2
  3. 29Cu : [Ar] 3d10 4s1
Jika fakta empirik dan konfigurasi elektronnya dihubungkan maka Anda dapat mengatakan Mn2+ dibentuk melalui pelepasan 2 elektron dari orbital 4s. Ion Fe2+ dibentuk dengan melepaskan 2 elektron dari orbital 4s, demikian juga ion Cu+  Bagaimana menjelaskan data empirik ini? Berdasarkan hasil perhitungan dan pengukuran, energi orbital dapat disimpulkan sebagai berikut.
  1. Unsur-unsur ringan dengan nomor atom 1 (H) sampai dengan 20 (Ca) memiliki konfigurasi elektron sebagaimana uraian tersebut.
  2. Untuk unsur-unsur berat dengan nomor atom 21 ke atas, terjadi transisi energi orbital.
Apa yang dimaksud transisi energi orbital? Setelah orbital 4s terisi penuh (atom 20Ca) maka elektron mulai mengisi orbital 3d (21Sc – 30Zn). Dalam keadaan tidak terhuni, orbital 3d memiliki energi lebih tinggi dari 4s. Akan tetapi, ketika orbital 3d terhuni elektron maka energi orbital 3d turun drastis dan mencapai kestabilan dengan energi yang lebih rendah daripada orbital 4s. Dengan demikian, mudah dipahami bahwa orbital paling luar dari kulit valensi adalah orbital ns, bukan orbital (n-1)d. Gejala ini berlaku untuk semua atom-atom unsur dengan nomor atom di atas 20.

Catatan Kimia :

Nyatakah Orbital Itu?

Orbital adalah fungsi gelombang yang tidak bisa langsung diamati. Jadi, apakah orbital hanya model teori tanpa bentuk fisik yang nyata? Penelitian akan hal ini dilakukan para ilmuwan di Arizona State University (ASU) pada 1999. Para ilmuwan ini mempelajari ikatan dalam senyawa tembaga(I) oksida Cu2O pada fasa padat. Konfigurasi elektron ion Cu+ adalah [Ar] 3d10  Para ilmuwan ASU mengukur kerapatan elektron dari senyawa Cu2O dengan menggunakan teknik difraksi elektron dan difraksi sinar-X. Hasilnya, mereka memperoleh peta kerapatan elektron yang berbentuk orbital 3dz2  Dari penelitian tersebut, terjawablah keberadaan orbital 3dz2. Jadi, orbital itu nyata.

Apa yang dimaksud transisi energi orbital? Setelah orbital 4s terisi penuh (atom 20Ca  maka elektron mulai mengisi orbital 3d (21Sc – 30Zn). Dalam keadaan tidak terhuni, orbital 3d memiliki energi lebih tinggi dari 4s. Akan tetapi, ketika orbital 3d terhuni elektron maka energi orbital 3d turun drastis dan mencapai kestabilan dengan energi yang lebih rendah daripada orbital 4s. Dengan demikian, mudah dipahami bahwa orbital paling luar dari kulit valensi adalah orbital ns, bukan orbital (n-1)d. Gejala ini berlaku untuk semua atom-atom unsur dengan nomor atom di atas 20.

Contoh Soal 10 :
Konfigurasi Elektron Unsur Transisi

Tuliskan konfigurasi elektron enam unsur transisi pertama.

Kunci Jawaban :

21Sc = [Ar] 3d1 4s2
24Cr = [Ar] 3d5 4s1
22Ti = [Ar] 3d2 4s2
25Mn = [Ar] 3d5 4s2
23V = [Ar] 3d3 4s2
26Fe = [Ar] 3d6 4s2

Contoh Soal 11 :
Konfigurasi Elektron Unsur Transisi

Manakah konfigurasi elektron yang benar dari Ag?

(a) 47Ag = [Kr] 4d10 5s1
(b) 47Ag = [Kr] 4d9 5s2
(c) 47Ag = [Kr] 5s1 4d10

Kunci Jawaban :

Jawaban yang tepat adalah (a) sebab orbital 4d lebih rendah dari 5s dan orbital setengah penuh lebih stabil.

Contoh Soal 12 :


Cu=29, K=19, Ti=22, dan Zn=30. Ion-ion di bawah ini memiliki elektron berpasangan, kecuali...

A. Ca2+ D. Ti4+
B. Cu+ E. Zn2+
C. Cu2+

Kunci Jawaban :

Konfigurasi elektron 29Cu= [Ar] 4s1 3d10
Konfigurasi elektron 29Cu2+= [Ar] 3d9
Dalam ion Cu2+ terdapat satu buah elektron yang tidak berpasangan. Jadi, jawabannya (C)

D. Tabel Periodik Unsur-Unsur

Di Kelas X, Anda telah belajar sistem periodik modern. Pada sistem periodik modern, penyusunan unsur-unsur didasarkan pada kenaikan nomor atom. Pada atom netral, nomor atom menyatakan jumlah elektron sehingga ada hubungan antara penyusunan unsur-unsur dan konfigurasi elektron.

1. Konfigurasi Elektron dan Sifat Periodik

Anda sudah mengetahui bahwa dalam golongan yang sama, unsurunsur memiliki sifat yang mirip. Kemiripan sifat ini berhubungan dengan konfigurasi elektronnya. Bagaimana hubungan tersebut ditinjau berdasarkan teori atom mekanika kuantum? Simak unsur-unsur ringan dengan nomor atom 1 sampai dengan 20 dalam tabel periodik berikut (perhatikan Gambar 14).
Tabel periodik golongan utama (z ≤ 20)
Gambar 14. Tabel periodik golongan utama (z ≤ 20).
Bagaimanakah Anda menyimpulkan konfigurasi elektron dalam golongan yang sama?

a. Golongan IA → ns1
b. Golongan IIA → ns2
c. Golongan IIIA → ns2 np1

Jadi, kemiripan sifat-sifat unsur dalam golongan yang sama berhubungan dengan konfigurasi elektron dalam kulit valensi. Simak kembali tabel periodik tersebut. Dapatkah Anda menemukan sesuatu yang memiliki keteraturan? Jika Anda cerdik, Anda akan menemukan unsur-unsur berada dalam blok-blok tertentu, yaitu unsur-unsur blok s, blok p, blok d, dan blok f (perhatikan Gambar 15).
Pembagian blok pada tabel periodik
Gambar 15. Pembagian blok pada tabel periodik.
Orbital-s maksimum dihuni oleh 2 elektron sehingga hanya ada dua golongan dalam blok s. Orbital-p maksimum 6 elektron sehingga ada enam golongan yang termasuk blok-p. Unsur-unsur transisi pertama mencakup golongan IB – VIIIB dan VIIIB mencakup tiga golongan. Jadi, semuanya ada 10 golongan. Hal ini sesuai dengan orbital-d yang dapat dihuni maksimum 10 elektron.

Setelah Anda memahami hubungan golongan dan konfigurasi elektron, sekarang tinjau hubungan periode dan konfigurasi elektron. Perhatikan konfigurasi elekton unsur-unsur periode ke-3 berikut.

a. Na : 1s2 2s2 2p6 3s1 
b. Mg : 1s2 2s2 2p6 3s2 
c. Al : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
d. Si : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

Apakah yang dapat Anda simpulkan dari konfigurasi elektron untuk unsur-unsur dalam periode ke-3? Jika Anda kritis, Anda akan menemukan hubungan antara nomor periode dan bilangan kuantum utama dari konfigurasi elektron tersebut.

Sepanjang periode dari kiri ke kanan, jumlah proton dalam inti bertambah (volume inti mengembang), sedangkan kulit terluar tetap. Akibatnya, tarikan inti terhadap elektron valensi semakin kuat yang berdampak pada pengerutan ukuran atom. Pengerutan jari-jari atom menimbulkan kecenderungan perubahan sifat dari kiri ke kanan secara berkala, seperti sifat logam berkurang, keelektronegatifan dan afinitas elektron meningkat.

Contoh Soal 13 :

Konfigurasi elektron unsur X yang dalam sistem periodik terdapat pada golongan VA dan periode ke- 3 adalah....

A. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3
B. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
C. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2
D. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5
E. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 3d2

Kunci Jawaban :

Unsur yang terletak pada golongan A memiliki elekron valensi pada orbital nsx atau nsx npy  dengan (x+y) menunjukkan golongan dan n menunjukkan periode. Jadi, untuk golongan VA periode ke-3, elektron valensinya adalah 3s2 3p3 Jadi, jawabannya (B)

2. Posisi Unsur-Unsur dalam Tabel Periodik

Hubungan konfigurasi elektron dan nomor golongan dalam tabel periodik ditunjukkan oleh jumlah elektron pada kulit valensi. Contohnya, sebagai berikut.

4Be : 1s2 2s2
12Mg : 1s2 2s2 2p6 3s2
20Ca : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

Kulit valensi ditunjukkan oleh bilangan kuantum utama paling besar dalam konfigurasi elektron. Pada unsur-unsur tersebut, bilangan kuantum utama paling besar berturut-turut adalah n = 2, n = 3, dan n = 4 dengan jumlah elektron yang menghuni kulit terluar 2 elektron. Oleh karena itu, unsur-unsur tersebut berada dalam golongan IIA. Hubungan konfigurasi elektron dengan periode ditunjukkan oleh bilangan kuantum utama paling besar.

Contoh :

19K : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
20Ca : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
21Sc : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d1 4s2
22Ti : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2

Unsur-unsur tesebut memiliki bilangan kuantum utama paling besar 4 (n=4) sehingga unsur-unsur tersebut dikelompokkan ke dalam periode ke-4. Jadi, nomor periode berhubungan dengan bilangan kuantum utama paling besar yang dihuni oleh elektron valensi.

Catatan Kimia :

Unsur-unsur transisi memiliki konfigurasi elektron (n-1) d1–10 ns1–2.

Contoh Soal 14 :
Penentuan Letak Unsur dalam Tabel Periodik

Tanpa melihat tabel periodik, tentukan pada golongan dan periode berapa unsur-unsur: 17X; 31Y; 44Z; dan 39A.

Kunci Jawaban :

Dalam konfigurasi elektron, elektron valensi menunjukkan golongan dan bilangan kuantum utama menunjukkan periode. 17X: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 , jumlah elektron valensi 7 dan bilangan kuantum utama paling tinggi 3.

Jadi, posisi unsur 17X dalam sistem periodik terdapat pada golongan VIIA dan periode ke-3. 

31Y: [Ar] 3d10 4s2 4p1, jumlah elektron valensi 3 dan bilangan kuantum utama terbesar paling tinggi 4.

Jadi, unsur Y berada pada golongan IIIA dan periode ke-4.

44Z: [Kr] 4d6 5s2

Jadi, unsur 44Z berada pada golongan VIIIB dan periode ke-5.

39Z: [Kr] 4d1 5s2

Jadi, unsur 39A berada pada golongan IIIB dan periode ke-5.

Rangkuman :
  1. Teori atom Bohr dikembangkan berdasarkan postulat yang memadukan teori atom Rutherford dan teori gelombang dari Planck.
  2. Kelemahan teori atom Bohr, yaitu tidak dapat menerangkan gejala spektrum atom hidrogen dalam medan magnet dan medan listrik.
  3. Menurut teori atom mekanika kuantum, elektron dalam mengelilingi inti memiliki sifat seperti gelombang dan berada dalam daerah kebolehjadian yang disebut orbital.
  4. Orbital adalah ruang kebolehjadian ditemukannya elektron di sekeliling inti atom.
  5. Terdapat empat bilangan kantum untuk mengkarakterisasi keberadaan elektron di dalam atom, yaitu bilangan kuantum utama, bilangan kuantum azimut, bilangan kuantum magnetik, dan bilangan kuantum spin.
  6. Bilangan kuantum utama (n) menyatakan tingkat energi utama orbital. Bilangan kuantum azimut () menyatakan bentuk orbital. Bilangan kuantum magnetik (m) menyatakan orientasi orbital dalam ruang kebolehjadian. Bilangan kuantum spin (s) menyatakan arah putaran elektron pada porosnya.
  7. Kulit (shell) adalah kumpulan orbital-orbital yang memiliki tingkat energi utama sama. Subkulit adalah kumpulan orbital-orbital yang memiliki bilangan kuantum azimut sama.
  8. Orbital-orbital atom berelektron banyak memiliki tingkat energi berbeda, yaitu: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < … < dst.
  9. Penulisan konfigurasi elektron atom-atom berelektron banyak mengikuti kaidah-kaidah: (1) aufbau; (2) Hund, dan (3) Pauli.
  10. Menurut aturan aufbau, pengisian elektron ke dalam orbital-orbital dimulai dengan orbital yang memiliki energi paling rendah sesuai diagram tingkat energi orbital.
  11. Menurut Hund, pengisian elektron ke dalam orbital yang memiliki tingkat energi yang sama, memiliki energi paling rendah jika elektron tersebut tidak berpasangan dengan spin searah.
  12. Menurut Pauli, tidak ada elektron yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama. Jika n, ℓ,  m sama maka bilangan kuantum spinnya (s) harus berbeda.
  13. Pada tabel periodik, unsur-unsur dalam satu golongan memiliki sifat yang mirip disebabkan oleh kesamaan konfigurasi elektronnya (elektron valensi).
  14. Pada periode yang sama, sifat-sifat unsur berubah secara berkala sejalan dengan perubahan dalam ukuran atom yang disebabkan oleh kulit valensi tetap, sedangkan volume inti mengembang.
  15. Unsur-unsur dapat ditentukan letaknya dalam sistem periodik dari konfigurasi elektronnya. Elektron valensi menunjukkan golongan dan nomor kulit valensi menunjukkan nomor periode.
Anda sekarang sudah mengetahui Teori Atom Modern, Bentuk Orbital, Konfigurasi Elektron, Bilangan Kuantum. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Sunarya, N. dan A. Setiabudi. 2009. Mudah dan Aktif Belajar Kimia untuk Kelas XI Sekolah Menengah Atas/Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 250.
Read More
Next PostNewer Posts Previous PostOlder Posts Home