Prinsip Aufbau adalah metode untuk menjelaskan pengaturan elektron dalam atom dari unsur kimia yang berbeda. Teori atom bisa rumit dan sulit, tetapi prinsip ini memberikan seperangkat aturan sederhana yang dapat menjelaskan konfigurasi elektron dari sebagian besar unsur. Istilah ini berasal dari kata Jerman yang berarti “membangun,” dan mengacu pada cara elektron ditambahkan ke atom dari unsur yang lebih ringan ke unsur yang lebih berat. Prinsipnya tidak sempurna, dan ada beberapa pengecualian, tetapi ini adalah alat yang sangat berguna untuk belajar tentang struktur atom.
Kerang, Subkulit, dan Orbital
Untuk memahami prinsip Aufbau, pertama-tama perlu melihat struktur atom. Elektron dapat dikatakan mengorbit inti bermuatan positif; namun, ada aturan tertentu yang menentukan cara mengaturnya. Dalam model yang diterima secara umum, mereka menempati cangkang, yang dapat dianggap sebagai konsentris, di sekitar nukleus. Di dalamnya ada subkulit, di dalamnya ada orbital. Orbital menggambarkan ruang yang dihuni oleh elektron.
Kulit diberi nomor 1, 2, 3, dst., dalam urutan peningkatan jarak dari nukleus — dan peningkatan tingkat energi — dengan angka yang juga menunjukkan berapa banyak subkulit yang dapat mereka miliki. Subkulit diberi label s, p, d dan f, dalam urutan umum energi yang dimiliki oleh elektron dalam orbital yang dikandungnya. Masing-masing memiliki jumlah orbital maksimum yang dapat ditampungnya: s hanya memiliki satu, p memiliki tiga, d memiliki lima dan f memiliki tujuh, dan setiap orbital dapat berisi maksimal dua elektron. Semua orbital dalam subkulit memiliki tingkat energi yang sama.
Ini diringkas dalam tabel di bawah ini:
Kerang, Subkulit, dan Orbital
Elektron Maksimum Orbit Subkulit Shell
1 12
2 s1 2
— hal3 6
3 s1 2
— hal3 6
— d5 10
4 s1 2
— hal3 6
— d5 10
— f7 14
Ini menunjukkan, misalnya, bahwa shell 3 memiliki subkulit s, ap dan ad. Ketika terisi penuh, itu akan memiliki total 2 + 6 + 10 = 18 elektron. Konfigurasi elektron suatu unsur dapat ditulis, misalnya:
1s22s22p1
yang merupakan elemen nomor lima, boron. Ini menunjukkan nomor kulit diikuti dengan huruf subkulit, dengan jumlah elektron yang dikandungnya diberi superskrip.
Membangun Elemen
Adalah mungkin untuk membayangkan membangun elemen yang lebih berat secara progresif dengan menambahkan elektron, dimulai dengan elemen yang paling ringan, hidrogen (1s1). Saat elektron ditambahkan, mereka mengisi orbital di dalam subkulit di dalam kulit. Ini adalah aturan umum bahwa setiap sistem akan mengadopsi konfigurasi yang memiliki energi terendah. Meskipun ini adalah aturan yang sangat sederhana, menentukan pengaturan energi terendah, dan menjelaskan konfigurasi, dapat melibatkan banyak komplikasi, karena interaksi antar partikel. Elektron akan, secara alami, cenderung mengisi orbital energi yang lebih rendah sebelum energi yang lebih tinggi, dan prinsip Aufbau berusaha menjelaskan bagaimana hal ini terjadi.
Aturan
Prinsip Aufbau hanya memiliki tiga aturan:
Elektron akan mengisi orbital dalam urutan energi yang meningkat — yaitu, mereka akan mengisi orbital dengan energi terendah terlebih dahulu. Karena semua orbital dalam subkulit tertentu memiliki tingkat energi yang sama, mereka semua harus terisi sebelum subkulit berikutnya mulai terisi.
Setiap orbital dapat berisi maksimal dua elektron, dan ini harus memiliki spin yang berlawanan.
Di mana ada dua atau lebih orbital yang tersedia dengan tingkat energi yang sama, tidak satupun dari mereka akan terisi sampai mereka semua memiliki elektron. Dengan kata lain, elektron akan mencoba mendistribusikan diri secara merata di seluruh orbital yang tersedia dengan energi yang sama sedapat mungkin.
Dalam kasus unsur yang paling sederhana, hidrogen, satu elektronnya berada pada orbital pada subkulit s. Unsur berikutnya, helium, memiliki elektron kedua yang masuk ke orbital yang sama: 1s2. Orbital, subkulit s dan kulit 1 semuanya sekarang penuh. Litium, dengan tiga elektron, memiliki konfigurasi yang sama dengan helium, tetapi dengan elektron tambahan di subkulit s kulit 2, karena itulah orbital energi terendah yang tersedia: 1s22s1.
Melewatkan beberapa elemen, karbon, dengan enam elektron, memiliki konfigurasi 1s22s22p2: kedua subkulit s terisi, sehingga dua elektron yang tersisa masuk ke subkulit p. Mereka akan pergi ke orbital yang berbeda, sesuai dengan aturan ketiga dari prinsip Aufbau.
Pengecualian
Ketika unsur menjadi lebih berat, susunan orbitalnya menjadi lebih kompleks, dan, terkadang, interaksi antara elektron dapat menghasilkan pengecualian terhadap prinsip Aufbau. Aturan berlaku sampai elemen nomor 24, kromium. Ini adalah salah satu dari segelintir elemen yang tidak cukup sesuai. Ini meninggalkan subkulit 4s yang tidak terisi, sementara ada lima elektron di subkulit berikutnya, karena, dalam contoh yang tidak biasa ini, konfigurasi energinya sedikit lebih rendah daripada yang diprediksi oleh aturan. Pengecualian lainnya adalah tembaga dan perak.
penggunaan
Terlepas dari pengecualian, prinsip Aufbau berguna dalam kursus kimia di mana siswa menemukan aturan dasar tentang struktur atom dan sifat unsur. Bagan atau diagram dapat digunakan untuk menunjukkan bagaimana prinsip tersebut bekerja untuk berbagai elemen contoh. Ini biasanya akan menunjukkan kulit, subkulit, dan orbital dengan cara yang menggambarkan dengan jelas bagaimana mereka diisi.