Magnetisme Kation Transisi: Alur 4 Langkah

Peta Jalan Magnetisme

Pernah merasa bingung pas ditanya soal sifat magnetik suatu ion? Kadang jawabannya paramagnetik, kadang diamagnetik, dan rasanya kayak harus nebak-nebak buah manggis. Padahal, menentukan sifat magnetik itu bukan tebakan.

Sifat magnetik adalah hasil akhir dari sebuah proses logis. Kalau kamu tahu langkah-langkahnya, kamu bisa membedah kation logam transisi apa pun tanpa takut salah.

Untuk membongkar sifat magnetik dari $\text{Sc}^{3+}$, $\text{Mn}^{2+}$, dan $\text{Cu}^+$ pada soal tadi, kita harus disiplin mengikuti 4 langkah di atas. Gak boleh ada yang dilompati atau ditukar urutannya!

1. Langkah 1: Mulai dari identitas asli atomnya saat masih netral.

2. Langkah 2: 'Gunting' elektronnya untuk membentuk kation (ion positif). Di sini ada jebakan maut yang sering bikin salah!

3. Langkah 3: Buka 'kamar' subkulit $d$ dan hitung berapa jumlah elektron yang sendirian (elektron bebas/jomblo).

4. Langkah 4: Jadikan jumlah elektron jomblo itu sebagai penentu akhir sifat magnetiknya.

Mari kita jalankan algoritma ini satu per satu di halaman berikutnya.

Langkah 1 & 2: Aturan 'First Out'

Di sinilah jebakan paling mematikan sering memakan korban. Ingat aturan pengisian elektron (Aufbau)? Elektron masuk ke subkulit $4\text{s}$ dulu, baru mengisi $3\text{d}$, karena $4\text{s}$ punya energi lebih rendah.

TAPI, saat atom logam transisi berubah menjadi kation (melepas elektron), ceritanya terbalik. Elektron yang dilepas lebih dulu bukanlah yang terakhir masuk, melainkan elektron dari kulit terluar. Secara fisik, kulit ke-4 letaknya lebih di pinggir luar daripada kulit ke-3. Jadi, elektron $4\text{s}$ wajib "digunting" duluan!

Mari kita terapkan pada kation dari soal:

• Kasus $\text{Mn}^{2+}$:

  • Netral (Langkah 1): $\text{Mn}$ punya 25 elektron $\rightarrow [\text{Ar}] 4\text{s}^2 3\text{d}^5$

  • Kation (Langkah 2): Untuk jadi $+2$, lepas 2 elektron. Buang dari $4\text{s}$ dulu! Sisa konfigurasi menjadi $[\text{Ar}] \mathbf{3\text{d}^5}$.

• Kasus $\text{Sc}^{3+}$:

  • Netral (Langkah 1): $\text{Sc}$ (nomor atom 21) $\rightarrow [\text{Ar}] 4\text{s}^2 3\text{d}^1$

  • Kation (Langkah 2): Butuh lepas 3 elektron. Habiskan $4\text{s}$ (2 buah), baru sisanya ambil dari $3\text{d}$ (1 buah). Sisa konfigurasi melompong jadi $[\text{Ar}] \mathbf{3\text{d}^0}$.

• Kasus $\text{Cu}^+$:

  • Netral (Langkah 1): $\text{Cu}$ (pengecualian kestabilan, nomor 29) $\rightarrow [\text{Ar}] 4\text{s}^1 3\text{d}^{10}$

  • Kation (Langkah 2): Lepas 1 elektron. Buang $4\text{s}$-nya. Sisa konfigurasi penuh $[\text{Ar}] \mathbf{3\text{d}^{10}}$.

Langkah 3: Hitung Si 'Jomblo'

Setelah punya konfigurasi kation yang benar, saatnya masuk ke kamar elektron. Subkulit $d$ itu ibarat rumah yang punya 5 kamar (orbital). Aturan pengisian kamarnya diatur oleh Aturan Hund.

Aturan Hund bilang: Elektron itu suka privasi. Kalau ada kamar kosong dengan energi sama, mereka akan mengisi kamar sendiri-sendiri dulu dengan arah putaran (spin) yang sama, baru berpasangan kalau kamarnya udah habis. Elektron yang sendirian di kamarnya inilah yang kita sebut sebagai elektron bebas atau tidak berpasangan.

Jumlah elektron bebas inilah yang menentukan momen magnet si kation:

• $\text{Mn}^{2+}$ ($3\text{d}^5$): Karena ada 5 elektron, semuanya asyik di kamar sendiri-sendiri. Ada 5 elektron jomblo.

• $\text{Cu}^+$ ($3\text{d}^{10}$): Ada 10 elektron. Semua kamar terisi penuh sehingga mereka berpasangan. Jumlah jomblo = 0.

• $\text{Sc}^{3+}$ ($3\text{d}^0$): Kamarnya kosong melompong. Nggak ada elektron sama sekali. Jumlah jomblo = 0.