Ukuran Ion: Tarik Tambang Inti vs Elektron
Ronde 1: Ukuran Atom Netral
Pernahkah kamu mengiris bawang bombai? Semakin banyak lapisannya, pasti ukuran bawangnya semakin besar secara keseluruhan.
Konsep sederhana yang sama berlaku pada atom netral! Elektron-elektron dalam atom mengorbit inti dalam lintasan yang kita sebut kulit elektron. Semakin banyak jumlah kulitnya, elektron terluarnya semakin jauh dari inti pusat. Akibatnya, ukuran atom (jari-jari atom) menjadi semakin besar.
Mari kita tinjau konfigurasi elektron dasar dari unsur Fluorin (F), Belerang (S), dan Kalium (K):
F (nomor atom 9): 2, 7 (memiliki 2 kulit)
S (nomor atom 16): 2, 8, 6 (memiliki 3 kulit)
K (nomor atom 19): 2, 8, 8, 1 (memiliki 4 kulit)
Walaupun jumlah proton di intinya berbeda-beda pada ketiga atom ini, efek bertambahnya jumlah kulit elektron sangat mendominasi ukuran atom netral. Jadi, sangat logis jika urutan ukuran atom dari yang terkecil hingga terbesar murni mengikuti jumlah kulitnya, yaitu F < S < K.
Mengapa atom netral Kalium (K) memiliki ukuran yang lebih besar daripada atom Fluorin (F) dan Belerang (S)?
- A. Memiliki lebih banyak elektron valensi.
- B. Memiliki gaya tarik inti yang paling lemah.
- C. Memiliki jumlah kulit elektron terbanyak.
- D. Memiliki nomor atom terbesar.
Jawaban: C. Memiliki jumlah kulit elektron terbanyak.
Pada atom netral, ukuran atom sangat dipengaruhi oleh jumlah lapisan atau kulit elektron. Kalium memiliki 4 kulit, paling banyak dibanding F dan S, sehingga jari-jarinya paling besar mengalahkan faktor tarikan inti.
Jumlah kulit elektron adalah faktor dominan yang menentukan jari-jari atom netral dibanding muatan inti; atom dengan kulit lebih banyak berukuran lebih besar.
Transformasi Menjadi Ion Stabil
Bagaimana kalau atom-atom tadi bereaksi dan membentuk ion yang stabil?
Aturan praktisnya adalah aturan oktet: atom "senang" dan stabil jika kulit terluarnya terisi penuh oleh 8 elektron (atau 2 untuk kulit pertama). Untuk mencapai kondisi ini, atom bisa menangkap atau melepas elektron, dan proses ini seringkali mengubah strukturnya secara drastis!
F (2, 7) hanya butuh 1 elektron lagi. Ia menangkap 1 elektron membentuk $F^-$ (2, 8). Jumlah kulitnya tetap 2.
S (2, 8, 6) butuh 2 elektron. Ia menangkap 2 elektron membentuk $S^{2-}$ (2, 8, 8). Jumlah kulitnya tetap 3.
K (2, 8, 8, 1) secara energetik jauh lebih mudah membuang 1 elektron terluarnya ketimbang mencari 7 elektron. Ia melepas elektron itu membentuk $K^+$ (2, 8, 8).
Nah, perhatikan $K^+$! Karena 1 elektron terluarnya (di kulit ke-4) lepas semuanya, kulit keempat itu pun ikut kosong dan menghilang. Kalium yang tadinya punya 4 kulit gagah, sekarang saat menjadi ion hanya tersisa 3 kulit.
Tentukan apakah pernyataan mengenai perubahan kulit elektron saat membentuk ion stabil ini Benar atau Salah!
- Ion S2- tetap memiliki 3 kulit elektron seperti atom netralnya. — Benar
- Ion K+ memiliki jumlah kulit yang sama dengan atom netralnya. — Salah
- Ion F- kehilangan satu kulit elektron saat mencapai kestabilan. — Salah
S dan F membentuk anion sehingga kulitnya tetap, sementara K membentuk kation (melepas 1 elektron terluar) sehingga kulit ke-4 nya hilang tersisa 3.
Membentuk ion stabil dapat mempertahankan atau mengurangi jumlah kulit elektron, khususnya ion positif yang sering kehilangan kulit terluar.
Ronde 2: Tarik Tambang Isoelektronik
Sekarang kita dihadapkan pada masalah perbandingan baru. Berdasarkan langkah sebelumnya, ion $S^{2-}$ dan ion $K^+$ sekarang sama-sama punya konfigurasi (2, 8, 8). Artinya, mereka sama-sama memiliki total 18 elektron dan menempati 3 kulit. Kondisi memiliki jumlah elektron yang sama persis ini disebut deret isoelektronik.
Kalau jumlah kulitnya sama, siapa yang ukurannya lebih besar?
Di sinilah kita menggunakan analogi tarik tambang! Di dalam atom, inti atom (proton bermuatan positif) bertugas menarik awan elektron (bermuatan negatif).
Di dalam ion $K^+$, ada tim inti beranggotakan 19 proton yang menarik 18 elektron.
Di dalam ion $S^{2-}$, ada tim inti beranggotakan cuma 16 proton yang menarik 18 elektron yang sama.
Secara logika sederhana, 19 tarikan akan jauh lebih kuat daripada 16 tarikan! Karena ditarik dengan lebih kuat (efek muatan inti efektif yang lebih besar) ke pusat inti, awan elektron milik $K^+$ akan menjadi lebih "mengkerut" dan memadat. Akibatnya, ukuran ion $K^+$ LEBIH KECIL dibandingkan ion $S^{2-}$.
Di antara ion S2- dan K+ (keduanya 18 elektron), manakah yang ukurannya LEBIH KECIL dan mengapa?
- A. S2- karena ia menangkap elektron dari luar.
- B. K+ karena ia memiliki lebih banyak proton di inti (19+) yang menarik 18 elektronnya dengan lebih kuat.
- C. K+ karena jumlah elektronnya berkurang menjadi 18.
- D. S2- karena 16 proton di intinya menarik awan elektron lebih lemah.
Jawaban: B. K+ karena ia memiliki lebih banyak proton di inti (19+) yang menarik 18 elektronnya dengan lebih kuat.
Keduanya punya 3 kulit dan 18 elektron (isoelektronik). Kalium punya 19 proton, lebih banyak dari Belerang (16 proton). Tarikan 19 proton lebih kuat, membuat awan elektron mengkerut dan ukuran K+ menjadi yang lebih kecil.
Pada ion isoelektronik, jumlah proton (nomor atom) yang lebih besar menarik elektron lebih kuat sehingga jari-jari ionnya lebih kecil.