Menghitung Alamat Elektron Titanium

Kulit, Subkulit, dan Orbital

Atom bisa dibayangkan seperti lemari gudang bertingkat yang di dalamnya terbagi menjadi laci dan kotak-kotak kecil untuk menyimpan elektron.

Analogi lemari gudang ini membantu memetakan tiga tingkatan utama struktur atom:

• Kulit Atom: Tingkat rak besar di dalam lemari, diberi label nomor ($n = 1, 2, 3, \dots$). Semakin tinggi nomornya, semakin tinggi tingkat energinya.

• Subkulit: Blok laci khusus yang ada di rak tersebut, dinamai dengan huruf seperti $s$, $p$, dan $d$.

• Orbital: Kotak penyimpanan kecil di dalam laci. Inilah ruangan tempat elektron sebenarnya bermukim.

Kapasitas kotak di tiap blok laci bersifat tetap:

• Blok $s$ selalu terdiri dari $1$ kotak (orbital).

• Blok $p$ selalu terdiri dari $3$ kotak (orbital).

• Blok $d$ selalu terdiri dari $5$ kotak (orbital).

Aturan dasarnya: setiap satu kotak (orbital) maksimal hanya dapat menampung $2$ barang (elektron). Sebagai contoh, jika kita melihat isi blok $p$, blok ini memiliki $3$ kotak orbital sehingga daya tampung maksimalnya adalah $3 \times 2 = 6$ elektron.

Menata Elektron Titanium

Pengisian elektron pada atom mengikuti aturan khusus, di mana blok 4s diisi lebih dulu sebelum blok 3d.

Prinsip dasar pengisian elektron (dikenal sebagai prinsip Aufbau) menyatakan bahwa elektron ditata mulai dari laci yang memiliki tingkat energi paling rendah:

1. $1s$ ($2$ elektron)

2. $2s$ ($2$ elektron) $\rightarrow 2p$ ($6$ elektron)

3. $3s$ ($2$ elektron) $\rightarrow 3p$ ($6$ elektron)

Setelah subkulit $3p$ terisi penuh oleh $18$ elektron, muncul urutan khusus: subkulit $4s$ memiliki tingkat energi yang sedikit lebih rendah daripada $3d$. Akibatnya, $2$ elektron berikutnya akan mengisi penuh subkulit $4s$ terlebih dahulu (mencapai $20$ elektron).

Untuk atom Titanium ($_{22}\text{Ti}$) yang memiliki $22$ elektron, sisa $2$ elektron terakhir barulah ditaruh ke dalam subkulit $3d$. Susunan lengkapnya menjadi:

Meskipun $4s$ diisi lebih dahulu saat menyusun konfigurasi, secara alamat rak, subkulit $3d$ tetap merupakan bagian dari kulit ke-$3$ (rak tingkat $3$).

Aturan Hund di Kotak 3d

Elektron akan menempati kotak kosong secara mandiri terlebih dahulu sebelum dipaksa berpasangan.

Pada atom Titanium, tersisa $2$ elektron di subkulit $3d$ ($3d^2$). Subkulit $d$ memiliki $5$ kotak orbital yang berjejer setara. Bagaimana kedua elektron ini menempatinya?

Perilaku elektron ini diatur oleh Aturan Hund, yang mirip dengan penumpang yang baru naik bus:

• Penumpang bus yang saling tidak kenal akan memilih duduk sendiri di kursi ganda yang masih kosong.

• Mereka baru akan duduk berdampingan jika semua baris kursi sudah terisi satu orang.

Demikian pula dengan elektron di subkulit $3d^2$. Karena ada $5$ kotak orbital yang tersedia dan semuanya masih kosong, kedua elektron tersebut tidak akan menumpuk di satu kotak yang sama. Masing-masing elektron akan menempati kotak yang berbeda secara mandiri.

Akibatnya, dari total $5$ orbital yang ada di subkulit $3d$:

• $2$ orbital terisi (masing-masing memuat $1$ elektron tunggal).

• $3$ orbital tetap kosong.