Jari-jari Atom dan Ion: Tarik-menarik Inti

Siapa Menang: Kulit atau Inti?

Jumlah kulit elektron menentukan ukuran atom jauh lebih besar daripada sekadar kekuatan tarikan jumlah proton.

Bayangkan permainan tarik tambang melingkar: tim penarik di tengah lapangan adalah inti atom (proton), barisan lingkaran kerumunan yang mengelilingi mereka adalah kulit elektron, dan orang-orang di dalam kerumunan adalah elektron. Setiap kali sebuah atom menambah kulit elektron, itu sama seperti menambahkan baris lingkaran baru di luar kerumunan yang sudah ada. Meskipun tim penarik di tengah bertambah anggotanya, barisan lingkaran baru posisinya berada di luar lingkaran sebelumnya. Penambahan kulit selalu mengalahkan tarikan inti dalam menentukan bentang jari-jari atom.

Mari kita bedah konfigurasi elektron atom netral pada soal:

• $\mathrm{F}$ ($Z=9$): $2, 7$ (memiliki $2$ kulit)

• $\mathrm{S}$ ($Z=16$): $2, 8, 6$ (memiliki $3$ kulit)

• $\mathrm{K}$ ($Z=19$): $2, 8, 8, 1$ (memiliki $4$ kulit)

Atom $\mathrm{K}$ memang memiliki $19$ proton penarik di intinya, tetapi karena elektron terluarnya berada pada kulit keempat, ukuran atomnya menjadi paling lebar. Sebaliknya, atom $\mathrm{F}$ hanya memiliki $2$ kulit sehingga lingkarannya paling sempit.

Urutan ukuran atom dari yang terkecil adalah $\mathrm{F < S < K}$. Fakta ini langsung menggugurkan Opsi E yang menganggap atom $\mathrm{K}$ paling kecil akibat tarikan $19$ proton, serta menggugurkan Opsi B dan Opsi D yang menempatkan ukuran atom $\mathrm{K}$ lebih kecil dari $\mathrm{S}$.

Saat Kerumunan Berubah (Ionisasi)

Membentuk ion stabil berarti mengubah jumlah elektron, tetapi patokan pertama penentu ukuran tetap pada jumlah kulitnya.

Untuk mencapai susunan yang stabil, atom menyesuaikan jumlah orang di lingkarannya:

• $\mathrm{F}\ (2, 7)$ menangkap $1$ elektron membentuk ion $\mathrm{F^-}\ (2, 8)$ dengan total $10$ elektron. Jumlah lapisannya tetap $2$ kulit.

• $\mathrm{S}\ (2, 8, 6)$ menangkap $2$ elektron membentuk ion $\mathrm{S^{2-}}\ (2, 8, 8)$ dengan total $18$ elektron. Jumlah lapisannya tetap $3$ kulit.

• $\mathrm{K}\ (2, 8, 8, 1)$ melepas $1$ elektron terluarnya membentuk ion $\mathrm{K^+}\ (2, 8, 8)$ dengan total $18$ elektron. Akibatnya, lapisan terluar kosong sehingga formasi menyusut menjadi $3$ kulit.

Dari perbandingan di atas, ion $\mathrm{F^-}$ hanya memiliki $2$ lapis kulit elektron, sedangkan $\mathrm{S^{2-}}$ dan $\mathrm{K^+}$ masing-masing menyisakan $3$ lapis kulit. Karena lapisannya paling sedikit, $\mathrm{F^-}$ sudah dipastikan berukuran paling kecil di antara ketiga ion tersebut.

Hal ini memperlihatkan kelemahan pada Opsi A (yang menyatakan ukuran ion $\mathrm{F < S < K}$), karena opsi tersebut hanya menyalin mentah-mentah urutan atom netral tanpa memperhitungkan pelepasan satu kulit penuh pada atom $\mathrm{K}$.

Kerumunan Sama, Siapa Terkuat?

Pada ion isoelektronik (jumlah elektron dan kulit sama), spesi dengan jumlah proton lebih banyak ukurannya lebih kecil.

Setelah atom $\mathrm{S}$ menangkap $2$ elektron dan atom $\mathrm{K}$ melepas $1$ elektron, kedua ion yang terbentuk ($\mathrm{S^{2-}}$ dan $\mathrm{K^+}$) memiliki konfigurasi yang identik, yaitu $(2, 8, 8)$ dengan total $18$ elektron dan $3$ kulit. Kondisi kesamaan jumlah elektron ini disebut sebagai isoelektronik.

Karena jumlah baris lingkaran kerumunannya sama persis ($3$ lapis), penentu ukuran kini bergeser ke kekuatan tim penarik di pusat lapangan:

• Inti ion $\mathrm{S^{2-}}$ hanya memiliki $16$ proton.

• Inti ion $\mathrm{K^+}$ memiliki $19$ proton.

Tim dengan $19$ proton menghasilkan gaya tarikan inti yang lebih kuat terhadap $18$ elektron di sekelilingnya. Akibatnya, formasi kerumunan pada $\mathrm{K^+}$ ditarik lebih merapat ke pusat dibandingkan pada $\mathrm{S^{2-}}$. Oleh sebab itu, ukuran ion $\mathrm{K^+}$ lebih kecil daripada ion $\mathrm{S^{2-}}$.

Ketika digabungkan dengan ion $\mathrm{F^-}$ yang sejak awal hanya memiliki $2$ kulit, urutan ukuran ion stabil dari yang terkecil adalah $\mathrm{F^- < K^+ < S^{2-}}$. Dipadukan dengan urutan ukuran atom netralnya ($\mathrm{F < S < K}$), kita mendapatkan kecocokan mutlak pada Opsi C.