Kimia bisa menjadi sangat rumit, jadi alat apa pun yang memfasilitasi pembelajaran bagi mereka yang diperkenalkan dipersilakan.
Salah satu metode yang paling populer untuk menjadi akrab dengan aturan Madelung dan konfigurasi elektron atom adalah diagram Moeller, aturan mnemonik grafis yang membuatnya sangat mudah untuk melihat di mana elektron berada orbital.
Selanjutnya, kita akan menemukan diagram Moeller yang terdiri dari , bagaimana kaitannya dengan aturan Madelung, bagaimana penerapannya melalui beberapa contoh yang diselesaikan, dan unsur kimia mana yang tidak mematuhi strategi ini.
- Artikel terkait: “5 jenis ikatan kimia: beginilah cara materi tersusun”
Apa itu diagram Moeller?
Diagram Moeller, juga dikenal sebagai metode hujan atau aturan diagonal, adalah metode grafis dan mnemonik untuk mempelajari aturan Madelung, teknik untuk mengetahui dan menulis konfigurasi elektronik unsur kimia .
Diagram ini ditandai dengan menggambar diagonal melalui kolom orbital, dari atas ke bawah dari kanan ke kiri. Melalui diagram Moeller, urutan pengisian orbital didefinisikan, yang akan ditentukan oleh tiga bilangan kuantum: n, l dan ml.
Diagram Moeller bekerja sesuai dengan berikut:
Setiap kolom sesuai dengan orbital yang berbeda di mana elektron dari atom beredar, partikel subatom yang memiliki muatan negatif. Orbital yang dimaksud adalah: s, p, d dan f, masing-masing dengan ruang khusus untuk menampung elektron dan, oleh karena itu, memiliki tingkat energi yang berbeda .
Jika kita menggambar diagonal atau panah dalam pengertian yang disebutkan di atas, kita memiliki bahwa orbital pertama adalah 1s. Panah kedua dimulai dengan orbital 2s. Panah ketiga memotong 2p dan 3s. Diagonal keempat adalah 3p dan 4s. Diagonal kelima adalah 3d, 4p dan 5s dan seterusnya. Diagram Moeller adalah teknik pengantar bagi mereka yang mulai mempelajari konfigurasi elektronik unsur-unsur tabel periodik dalam kimia.
- Anda mungkin tertarik: “6 cabang utama ilmu alam”
Aturan Madelung
Karena diagram Moeller adalah representasi grafis dari aturan Madelung (juga dikenal sebagai aturan Klechkovsky di beberapa negara), pertama-tama kita harus tahu tentang apa itu. Menurut aturan ini, pengisian orbital atom harus mematuhi dua aturan berikut:
Aturan pertama Madelung
Orbital dengan nilai n + l terendah diisi terlebih dahulu, dengan n sebagai bilangan kuantum utama, dan l adalah momentum sudut orbital .
Misalnya, orbital 3d sesuai dengan n = 3 dan l = 2. Oleh karena itu, n + l = 3 + 2 = 5. Sebaliknya, orbital 4s sesuai dengan n = 4 dan l = 0, oleh karena itu n + l = 4 + 0 = 4. Dari sini diketahui bahwa elektron mengisi orbital 4s terlebih dahulu sebelum orbital 3d, karena 4s = 4 sedangkan 3d = 5.
- Artikel terkait: “11 jenis reaksi kimia”
Aturan kedua Madelung
Jika dua orbital memiliki nilai n + l yang sama, elektron akan menempati orbital dengan nilai n yang lebih rendah terlebih dahulu .
Misalnya, orbital 3d memiliki nilai n + l = 5, identik dengan orbital 4p (4 + 1 = 5) tetapi, karena orbital 3d memiliki nilai n terendah, maka orbital 3d akan diisi terlebih dahulu daripada orbital 3d. orbit 4p.
Dari semua pengamatan dan aturan ini, urutan pengisian orbital atom dapat dicapai sebagai berikut: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p. Meskipun urutan ini tetap, mengingatnya dengan hati itu rumit, itulah sebabnya ada diagram Moeller yang secara grafis mewakili urutannya.
- Anda mungkin tertarik: “9 postulat teori atom Dalton”
Langkah-langkah yang harus diikuti saat menggunakan diagram Moeller
Seperti yang telah kita komentari di bagian sebelumnya, aturan Madelung menggunakan rumus n + l untuk menentukan orbital mana yang terisi terlebih dahulu dan dari rumus itu untuk menentukan konfigurasi elektron suatu unsur. Namun, diagram Moeller sudah menggambarkan hal ini secara grafis dan mudah, sehingga cukup mengikuti kolom diagram yang sama dan menggambar diagonal untuk mengetahui urutan orbital setiap unsur terisi.
Untuk mengetahui konfigurasi elektron suatu atom dan letak elektron orbitalnya terlebih dahulu harus diketahui nomor atomnya Z . Jumlah Z sesuai dengan jumlah elektron dalam suatu atom, asalkan atom ini netral, atau sama saja, bukan ion, baik positif (kation) maupun negatif (anion).
Jadi, dengan mengetahui Z untuk atom netral, kita sudah tahu berapa banyak elektron yang biasanya dimiliki oleh atom netral dari unsur tersebut. Dengan mengingat hal ini, kita akan mulai menggambar diagonal pada diagram Moeller. Kita harus ingat bahwa setiap jenis orbital memiliki kapasitas yang berbeda untuk menampung elektron , yaitu:
- s = 2 elektron
- p = 6 elektron
- d = 10 elektron
- f = 14 elektron
Itu berhenti di orbital di mana elektron terakhir yang diberikan oleh Z telah ditempati.
Contoh diagram Moeller
Untuk lebih memahami bagaimana diagram Moeller bekerja, di bawah ini kita akan melihat beberapa contoh praktis pengaturan konfigurasi elektron dari unsur-unsur yang berbeda.
Berilium
Untuk menetapkan konfigurasi elektron atom berilium (Be) netral, yang pertama-tama harus kita lakukan adalah mencarinya di tabel periodik, alkali tanah yang terletak di kolom kedua dan baris kedua tabel . Nomor atomnya adalah 4, oleh karena itu Z = 4 dan juga memiliki 4 elektron.
Mempertimbangkan semua ini, kita akan menggunakan diagram Moeller untuk melihat bagaimana 4 elektron dari unsur ini berada. Kita mulai dengan membuat diagonal dalam pengertian di atas, dari atas ke bawah dan dari kanan ke kiri.
Saat mengisi orbital, disarankan untuk menempatkan jumlah elektron yang ditemukan di masing-masing orbital sebagai superskrip . Karena 1s adalah orbital pertama dan menempati dua elektron, kita akan menulisnya:
Karena kita masih memiliki elektron bebas yang tersisa, kita terus mengisi orbital. Yang berikutnya adalah orbital 2s dan, seperti halnya 1s, ia menempati 2 elektron , maka 2s2. Karena kita telah memiliki semua elektron yang terletak dengan baik di orbital atom netral Be, kita dapat mengatakan bahwa konfigurasi elektron unsur ini adalah:
Kita memastikan bahwa kita telah melakukannya dengan baik dengan menambahkan superskrip: 2 + 2 = 4
- Anda mungkin tertarik: “Teori kinetik molekuler: 3 keadaan materi”
Cocok
Unsur fosfor (P) adalah nonlogam yang terdapat pada baris ketiga dan kolom 16 dari tabel periodik , dengan Z = 15, oleh karena itu ia memiliki total 15 elektron yang harus ditempati orbital.
Setelah melihat contoh sebelumnya, kita dapat sedikit memajukan lintasan dan menempatkan 4 elektronnya pada orbital yang sama dengan yang dimiliki berilium untuk 4 elektronnya, kehilangan 9 elektron lagi.
Setelah orbital 2s, diagonal berikutnya memasuki orbital 2p dan berakhir di orbital 3s. Orbital 2p dapat menempati 6 elektron, dan dalam kasus 3s hanya 2. Jadi, kita akan memiliki:
Saat ini kita memiliki 12 elektron yang terletak dengan baik, tetapi kita masih memiliki 3 elektron lagi. Kita membuat diagonal lain dan kali ini kita masuk melalui orbital 3p menurut diagram Moeller, orbital yang memiliki ruang untuk 6 elektron , tetapi karena kita hanya memiliki 3 elektron yang tersisa, orbital ini tidak akan terisi penuh, menempatkan superskrip 3 Jadi Untuk mengakhiri fosfor, konfigurasi elektroniknya adalah sebagai berikut:
Kita memastikan bahwa kita telah melakukannya dengan baik dengan menambahkan superskrip: 2 + 2 + 6 + 2 + 3 = 15
Zirkonium
Unsur zirkonium (Zr) adalah logam transisi yang terdapat pada kolom 4 dan baris 5 dan memiliki Z = 40 . Memperpendek jalur dengan memanfaatkan contoh sebelumnya, kita dapat menemukan 18 elektron pertama.
Setelah orbital 3p, selanjutnya yang harus diisi, yang memandu kita dengan diagram Moeller, adalah orbital 4s, 3d, 4p dan 5s, dengan kapasitas masing-masing untuk 2, 10, 6 dan 2 elektron.
Menyelesaikan sembilan orbital pertama dalam diagram menambahkan total 20 elektron, meninggalkan 2 elektron yang tersisa yang ditempatkan di orbital berikutnya, 4d . Jadi, konfigurasi elektron unsur netral zirkonium adalah:
Kita memastikan bahwa kita telah melakukannya dengan baik dengan menambahkan superskrip: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 6 + 2 + 2 = 40
Oksigen
Di sini kita melihat contoh yang sedikit lebih rumit yaitu oksigen (O) . Gas ini ditemukan di kolom 16 dan baris 2 dari tabel periodik, itu adalah bukan logam dan memiliki nomor atom 8.
Sejauh ini, melihat contoh-contoh lain, kita akan berpikir bahwa Z = 8, namun tidak sesederhana itu karena gas ini bersifat khusus, hampir selalu dalam bentuk ion dengan muatan -2.
Ini berarti bahwa, meskipun atom oksigen netral memang memiliki 8 elektron seperti yang ditunjukkan oleh nomor atomnya, kenyataannya di alam ia memiliki lebih banyak, dalam kasusnya 10 (8 elektron + 2 elektron atau, jika Anda lebih suka, -8 muatan listrik. -2).
Jadi, dalam hal ini, jumlah elektron yang harus kita cari dalam orbital bukan 8 tetapi 10 elektron , seolah-olah kita mencari elektron dari unsur kimia neon yang memiliki Z = 10.
Memahami hal ini, kita hanya perlu melakukan hal yang sama seperti yang telah kita lakukan pada kasus sebelumnya hanya dengan mempertimbangkan bahwa kita bekerja dengan ion (anion):
Kita memastikan bahwa kita telah melakukannya dengan benar dengan menambahkan superskrip: 2 + 2 + 6 = 10
Kalsium
Sesuatu yang mirip dengan oksigen terjadi pada kalsium (Ca), hanya dalam kasus ini kita berbicara tentang kation, yaitu ion dengan muatan positif .
Unsur ini terdapat pada kolom 2 baris 4 dari tabel periodik dengan nomor atom 20, namun di alam biasanya terjadi dalam bentuk ion dengan muatan positif +2, yang berarti bahwa muatan elektroniknya adalah 18 (- 20 + 2 = 18; 20 elektron – 2 elektron = 18 elektron).
Kita memastikan bahwa kita telah melakukannya dengan baik dengan menambahkan superskrip: 2 + 2 + 6 + 2 + 6 = 18
Pengecualian untuk diagram Moeller dan aturan Madelung
Meskipun diagram Moeller sangat berguna untuk memahami aturan Madelung dan untuk mengetahui bagaimana letak elektron dari unsur-unsur kimia yang berbeda, kenyataannya diagram tersebut tidak sempurna. Ada zat-zat tertentu yang komposisinya tidak sesuai dengan yang telah kita jelaskan.
Konfigurasi elektron mereka berbeda secara eksperimental dari yang diprediksi oleh aturan Madelung karena alasan kuantum . Di antara unsur-unsur yang tidak mengikuti standar yang kita miliki: kromium (Cr, Z = 24), tembaga (Cu, Z = 29), perak (Ag, Z = 47), rhodium (Rh, Z = 45), serium ( Ce, Z = 58), niobium (Nb; Z = 41), antara lain.
Pengecualian sangat sering terjadi ketika mengisi orbital d dan f. Misalnya, dalam kasus kromium, yang seharusnya memiliki konfigurasi valensi berakhiran 4s ^ 2 3d ^ 4 menurut diagram Moeller dan aturan Madelung, sebenarnya memiliki konfigurasi valensi 4s ^ 1 3d ^ 5. Contoh aneh lainnya adalah perak, yang alih-alih memiliki 5s ^ 2 4d ^ 9 sebagai yang terakhir, memiliki 5s ^ 1 4d ^ 10.