Sifat Magnetik Atom dan Aturan Hund
Mengenal 'Kotak' Orbital Subkulit d
Dalam mekanika kuantum, elektron tidak beredar di lintasan garis yang kaku seperti planet mengitari matahari, melainkan berada di area probabilitas yang disebut orbital.
Setiap subkulit dalam atom memiliki jumlah orbital yang berbeda-beda. Biasanya kita menggambarkannya sebagai deretan "kotak". Subkulit s memiliki 1 orbital, p memiliki 3 orbital, dan subkulit d memiliki tepat 5 orbital. Kelima orbital di subkulit d ini memiliki tingkat energi yang sama (disebut degenerate).
Pada unsur dengan konfigurasi elektron terakhir $3\text{d}^5$, ini berarti ada 5 elektron yang harus didistribusikan ke dalam 5 kotak orbital milik subkulit $3\text{d}$ tersebut. Tapi, bagaimana urutan pengisian yang benar?
Aturan Hund: Dilarang Langsung Berpasangan
Elektron sama-sama bermuatan negatif, sehingga mereka secara alami akan saling tolak-menolak. Jika dipaksa berada di satu ruang yang sempit (berpasangan dalam 1 kotak) padahal masih ada ruang lain yang kosong, energinya akan naik dan atom menjadi tidak stabil.
Ini dirangkum dalam asas fundamental yang disebut Aturan Hund. Aturan ini menegaskan bahwa dalam subkulit yang punya energi setingkat (seperti 5 kotak di subkulit d), elektron akan mengisi kotak-kotak tersebut satu per satu secara terpisah dengan putaran (spin) yang sejajar, sebelum mulai berpasangan.
Karena konfigurasi kita adalah $3\text{d}^5$, cara paling stabil untuk menata kelima elektron tersebut adalah membagikannya satu per satu ke tiap kotak. Hasilnya: terdapat 5 elektron yang masing-masing sendirian (tidak berpasangan).
Berdasarkan Aturan Hund, bagaimana seharusnya susunan konfigurasi 5 elektron ke dalam 5 kotak orbital pada subkulit 3d?
- A. 2 kotak diisi secara berpasangan, 1 kotak berisi 1 elektron, dan 2 kotak dibiarkan kosong
- B. 5 kotak masing-masing terisi 1 elektron dengan spin paralel (searah)
- C. 3 kotak diisi 5 elektron, sementara 2 kotak sisa dibiarkan kosong
- D. Elektron bebas diisi ke kotak mana saja asalkan totalnya ada 5 elektron
Jawaban: B. 5 kotak masing-masing terisi 1 elektron dengan spin paralel (searah)
Elektron saling tolak-menolak, sehingga berdasarkan Aturan Hund, mereka harus disebar ke setiap kotak yang setingkat satu per satu (spin paralel) sebelum mulai berpasangan.
Aturan Hund menyatakan elektron mengisi orbital satu per satu secara paralel untuk meminimalkan tolakan.
Paramagnetik vs Diamagnetik
Gerakan putaran (spin) setiap elektron menghasilkan medan magnet berukuran sangat kecil.
Jika dua elektron berpasangan dalam satu kotak yang sama, mereka harus punya arah putaran berlawanan (atas dan bawah). Akibatnya, medan magnet keduanya akan saling meniadakan menjadi nol. Kondisi di mana seluruh elektron berpasangan sempurna ini disebut Diamagnetik (akan ditolak perlahan oleh magnet).
Sebaliknya, jika ada elektron yang TIDAK berpasangan (sendirian) dalam kotaknya, medan magnetnya tidak ada yang membatalkan. Ini membuat zat tersebut bersifat Paramagnetik (dapat ditarik oleh medan magnet).
Berdasarkan Aturan Hund sebelumnya, konfigurasi $3\text{d}^5$ memiliki 5 elektron tunggal. Oleh karena itu, unsur tersebut bersifat paramagnetik kuat.
Tentukan apakah pernyataan berikut Benar atau Salah terkait sifat magnetik unsur X!
- Unsur paramagnetik pasti memiliki elektron yang menjomblo atau tidak berpasangan di dalam orbitalnya. — Benar
- Sifat paramagnetik terjadi karena seluruh elektron saling berpasangan sehingga medan magnetnya saling meniadakan. — Salah
Pernyataan pertama benar (itu syarat paramagnetik). Pernyataan kedua salah karena elektron berpasangan yang saling meniadakan medan magnetnya akan menghasilkan sifat diamagnetik, BUKAN paramagnetik.
Sifat paramagnetik murni disebabkan oleh elektron yang tidak berpasangan; sebaliknya, elektron berpasangan justru membuat sifat magnet batal (diamagnetik).