mungkinkah terdapat atom jika elektron pada kulit ke 3 sebanyak 20? jelaskan dengan menggunakan 4 bilangan kuantum!

Kelas          : X
Pelajaran    : Kimia
Kategori      : Struktur Atom
Kata Kunci  : mekanika kuantum, bilangan kuantum, kulit, elektron, maksimum

Pembahasan

Berdasarkan teori Mekanika Kuantum, terdapat empat bilangan kuantum yakni:

a. Bilangan kuantum utama (n)
Bilangan kuantum yang mewakili kulit-kulit utama dari konfigurasi elektron serta menyatakan tingkat-tingkat energi. 
⇒ Kulit ke-1 atau kulit K adalah n = 1
⇒ Kulit ke-2 atau kulit L adalah n = 2
⇒ Kulit ke-3 atau kulit M adalah n = 3
dan seterusnya

b. Bilangan kuantum azimuth (l)
Bilangan kuantum yang mewakili subkulit dan menunjukan letak elektron dalam subkulit serta menggambarkan bentuk orbital.
⇒ l = 0 adalah subkulit s
⇒ l = 1 adalah subkulit p
⇒ l = 2 adalah subkulit d
⇒ l = 3 adalah subkulit f

c. Bilangan kuantum magnetik (m atau [tex]m_{l}[/tex])
Bilangan kuantum yang menyatakan orientasi orbital dalam ruang tiga dimensi serta menunjukkan letak pengisian elektron
⇒ l = 0 memiliki m = 0 dilambangkan sebuah kotak 
⇒ l = 1 memiliki m = -1, 0, +1 dilambangkan tiga buah kotak
⇒ l = 2 memiliki m = -2, -1, 0, +1, +2 dilambangkan lima buah kotak
dan seterusnya

d. Bilangan kuantum spin (s atau [tex]m_{s}[/tex])
Bilangan kuantum yang menyatakan arah spin elektron pada sebuah atom.
⇒ spin elektron berlawanan arah jarum jam dengan lambang panah ke atas, s = + ¹/₂
⇒ spin elektron searah jarum jam dengan lambang panah ke bawah, s = - ¹/₂

Penyelesaian

Jumlah maksimum elektron pada tiap kulit adalah 2n².
⇒ Kulit ke-1, n = 1, maksimum terdapat 2(1)² = 2 elektron
⇒ Kulit ke-2, n = 2, maksimum terdapat 2(2)² = 8 elektron
⇒ Kulit ke-3, n = 3, maksimum terdapat 2(3)² = 18 elektron
dan seterusnya.

Berdasarkan Aturan Aufbau, pengisian elektron pada subkulit harus dimulai dari orbital dengan tingkat energi terendah hingga orbital dengan tingkat energi tertinggi.

Kini kita coba untuk menyusun konfigurasi elektron sebuah unsur atom dengan pengisian elektron maksimum pada seluruh subkulit untuk kulit ke-3. 

|⇅|....|⇅|....|⇅|⇅|⇅|....|⇅|....|⇅|⇅|⇅|....|⇅|....|⇅|⇅|⇅|⇅|⇅|
1s²....2s²......2p⁶.......3s²........3p⁶.......4s²..........3d¹⁰

Perhatikan, seluruh subkulit pada kulit ke-3 sudah terisi penuh yakni pada subkulit-subkulit 3s², 3p⁶, dan 3d¹⁰. Jumlah elektron mencapai maksimum sebanyak 2 + 6 + 10 = 18 yang sesuai dengan prinsip 2n² pada pembahasan di atas.

Keempat bilangan kuantum dari elektron terakhir yang terdapat pada subkulit 3d¹⁰ adalah sebagai berikut:
n = 3
l = 2
m = +2
s = -¹/₂

Sesuai Larangan Pauli, elektron-elektron dalam suatu atom tidak boleh mempunyai 4 bilangan kuantum sama . Jika dua elektron mempunyai bilangan-bilangan kuantum utama, azimuth, dan magnetik yang sama, maka bilangan kuantum spinnya harus berlawanan. Berdasarkan Larangan Pauli inilah didapatkan bahwa jumlah maksimum elektron suatu kulit adalah 2n².

Apabila kita tetap berpikir untuk meletakkan 20 elektron pada kulit ke-3, seharusnya terdapat subkulit 3f sebagai tempat bagi dua elektron tersisa, namun hal itu tidak mungkin terjadi untuk n = 3 dan l = 3 di mana berlaku Larangan Pauli. Jadi tidak terdapat subkulit 3f.

Jadi, tidak mungkin terdapat sebuah unsur atom yang memiliki jumlah elektron pada kulit ke-3 sebanyak 20 elektron.