dalam fisika atom dan kimia kuantum, konfigurasi elektron adalah susunan elektron-elektron pada sebuah atom, molekul, atau struktur fisik lainnya.
sama seperti partikel elementer lainnya, elektron patuh pada hukum mekanika kuantum dan menampilkan sifat-sifat bak-partikel maupun bak-gelombang.
secara formal, keadaan kuantum elektron tertentu ditentukan oleh fungsi gelombangnya, yaitu sebuah fungsi ruang dan waktu yang bernilai kompleks.
menurut interpretasi mekanika kuantum copenhagen, posisi sebuah elektron tidak bisa ditentukan kecuali setelah adanya aksi pengukuran yang menyebabkannya untuk bisa dideteksi.
probabilitas aksi pengukuran akan mendeteksi sebuah elektron pada titik tertentu pada ruang adalah proporsional terhadap kuadrat nilai absolut fungsi gelombang pada titik tersebut.
elektron-elektron dapat berpindah dari satu aras energi ke aras energi yang lainnya dengan emisi atau absorpsi kuantum energi dalam bentuk foton.
oleh karena asas larangan pauli, tidak boleh ada lebih dari dua elektron yang dapat menempati sebuah orbital atom, sehingga elektron hanya akan meloncat dari satu orbital ke orbital yang lainnya hanya jika terdapat kekosongan di dalamnya.
pengetahuan atas konfigurasi elektron atom-atom sangat berguna dalam membantu pemahaman struktur tabel periodik unsur-unsur.
konsep ini juga berguna dalam menjelaskan ikatan kimia yang menjaga atom-atom tetap bersama.
kelopak dan subkelopak
kelopak elektron merupakan sekumpulan orbital-orbital atom yang memiliki bilangan kuantum utama n yang sama, sehingga orbital 3s, orbital-orbital 3p, dan orbital-orbital 3d semuanya merupakan bagian dari kelopak ketiga.
sebuah kelopak elektron dapat menampung 2nsubkelopak elektron merupakan sekelompok orbital-orbital yang mempunyai label orbital yang sama, yakni yang memiliki nilai n dan l yang sama.
sehingga tiga orbital 2p membentuk satu subkelopak, yang dapat menampung enam elektron.
jumlah elektron yang dapat ditampung pada sebuah subkelopak berjumlah 2(2l+1); sehingga subkelopak "s" dapat menampung 2 elektron, subkelopak "p" 6 elektron, subkelopak "d" 10 elektron, dan subkelopak "f" 14 elektron.
jumlah elektron yang dapat menduduki setiap kelopak dan subkelopak berasal dari persamaan mekanika kuantum,secara formal, bilangan kuantum n, l, dan m berasal dari fakta bahwa penyelesaian persamaan schrdinger takgayut waktu untuk atom bak-hidrogen adalah berdasarkan pada harmonik bola.
terutama asas larangan pauli yang menyatakan bahwa tidak ada dua elektron dalam satu atom yang bisa mempunyai nilai yang sama pada keempat bilangan kuantumnya.
untuk atom dengan banyak elektron, notasi ini akan menjadi sangat panjang, sehingga notasi yang disingkat sering digunakan.
konfigurasi elektron fosfor, misalnya, berbeda dari neon (1s2 2s2 2p6) hanya pada keberadaan kelopak ketiga.
sehingga konfigurasi elektron neon dapat digunakan untuk menyingkat konfigurasi elektron fosfor.
konfigurasi elektron fosfor kemudian dapat ditulis: [ne] 3s2 3p3.
konvensi ini sangat berguna karena elektron-elektron pada kelopak terluar sajalah yang paling menentukan sifat-sifat kimiawi sebuah unsur.
urutan penulisan orbital tidaklah tetap, beberapa sumber mengelompokkan semua orbital dengan nilai n yang sama bersama, sedangkan sumber lainnya mengikuti urutan berdasarkan asas aufbau.
sehingga konfigurasi besi dapat ditulis sebagai [ar] 3d6 4s2 ataupun [ar] 4s2 3d6 (mengikuti asas aufbau).
adalah umum untuk menemukan label-label orbital "s", "p", "d", "f" ditulis miring, walaupaun iupac merekomendasikan penulisan normal.
pemilihan huruf "s", "p", "d", "f" berasal dari sistem lama dalam mengkategorikan garis spektra, yakni "sharp", "principal", "diffuse", dan "fundamental".
setelah "f", label selanjutnya diikuti secara alfabetis, yakni "g", "h", "i", ...dst, walaupun orbital-orbital ini belum ditemukan.
konfigurasi elektron molekul ditulis dengan cara yang sama, kecuali bahwa label orbital molekullah yang digunakan, dan bukannya label orbital atom.
niels bohr adalah orang yang pertama kali (1923) mengajukan bahwa periodisitas pada sifat-sifat unsur kimia dapat dijelaskan oleh struktur elektronik atom tersebut.
pengajuannya didasarkan pada model atom bohr, yang mana kelopak-kelopak elektronnya merupakan orbit dengan jarak yang tetap dari inti atom.
konfigurasi awal bohr berbeda dengan konfigurasi yang sekarang digunakan: sulfur berkonfigurasi 2.4.4.6 daripada 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4.
satu tahun kemudian, e. c. stoner memasukkan bilangan kuantum ketiga sommerfeld ke dalam deskripsi kelopak elektron, dan dengan benar memprediksi struktur kelopak sulfur sebagai 2.8.6.
walaupun demikian, baik sistem bohr maupun sistem stoner tidak dapat menjelaskan dengan baik perubahan spektra atom dalam medan magnet (efek zeeman).
bohr sadar akan kekurangan ini (dan yang lainnya), dan menulis surat kepada temannya wolfgang pauli untuk meminta bantuannya menyelamatkan teori kuantum (sistem yang sekarang dikenal sebagai "teori kuantum lama").
pauli menyadari bahwa efek zeeman haruslah hanya diakibatkan oleh elektron-elektron terluar atom.
ia juga dapat menghasilkan kembali struktur kelopak stoner, namun dengan struktur subkelopak yang benar dengan pemasukan sebuah bilangan kuantum keempat dan asas larangannya (1925): english translation from
it should be forbidden for more than one electron with the same value of the main quantum number n to have the same value for the other three quantum numbers k [l], j [ml] and m [ms].
adalah tidak diperbolehkan untuk lebih dari satu elektron dengan nilai bilangan kuantum utama n yang sama memiliki nilai tiga bilangan kuantum k [l], j [ml] dan m [ms] yang sama.
persamaan schrdinger yang dipublikasikan tahun 1926 menghasilkan tiga dari empat bilangan kuantum sebagai konsekuensi penyelesainnya untuk atom hidrogen: penyelesaian ini menghasilkan orbital-orbital atom yang dapat kita temukan dalam buku-buku teks kimia.
kajian spektra atom mengizinkan konfigurasi elektron atom untuk dapat ditentukan secara eksperimen, yang pada akhirnya menghasilkan kaidah empiris (dikenal sebagai kaidah madelung (1936)) untuk urutan orbital atom mana yang terlebih dahulu diisi elektron.
asas aufbau (berasal dari bahasa jerman aufbau yang berarti "membangun, konstruksi") adalah bagian penting dalam konsep konfigurasi elektron awal bohr. ia dapat dinyatakan sebagai:
terdapat maksimal dua elektron yang dapat diisi ke dalam orbital dengan urutan peningkatan energi orbital: orbital berenergi terendah diisi terlebih dahulu sebelum elektron diletakkan ke orbital berenergi lebih tinggi.
asas aufbau dapat diterapkan, dalam bentuk yang dimodifikasi, ke proton dan neutron dalam inti atom.
kelemahan asas aufbau
asas aufbau begantung pada postulat dasar bahwa urutan energi orbital adalah tetap, baik untuk suatu unsur atau di antara unsur-unsur yang berbeda.
ia menganggap orbital-orbital atom sebagai "kotak-kotak" energi tetap yang mana dapat diletakkan dua elektron.
namun, energi elektron dalam orbital atom bergantung pada energi keseluruhan elektron dalam atom (atau ion, molekul, dsb).
tidak ada "penyelesaian satu elektron" untuk sebuah sistem dengan elektron lebih dari satu, sebaliknya yang ada hanya sekelompok penyelesaian banyak elektron, yang tidak dapat dihitung secara eksakelektron merupakan partikel identik, fakta yang kadang-kadang dirujuk sebagai "ketakterbedaan elektron".
penyelesaian satu elektron ke sistem banyak elektron akan mengimplikasikan bahwa elektron-elektron dapat diberdakan satu sama lainnya, namun terdapat bukti-bukti eksperimen yang membuktikan bahwa itu tidak dapat terjadi.
penyelesaian eksak untuk sistem banyak elektron adalah masalah benda-n dengan n  3 (inti atom dihitung sebagai salah satu "badan").
(walaupun terdapat pendekatan matematika yang dapat dilakukan, seperti metode hartree-fock).
ionisasi logam transisi
aplikasi asas aufbau yang terlalu dipaksakan kemudan menghasilkan paradoks dalam kimia logam transisi.
kalium dan kalsium muncul dalam tabel periodik sebelum logam transisi, dan memiliki konfigurasi elektron [ar] 4sparadoks akan muncul ketika elektron dilepaskan dari atom logam transisi, membentuk ion.
elektron yang pertama kali diionisasikan bukan berasal dari orbital 3d, melainkan dari 4s.
hal yang sama juga terjadi ketika senyawa kimia terbentuk.
kromium heksakarbonil dapat dijelaskan sebagai atom kromium (bukan ion karena keadaan oksidasinya 0) yang dikelilingi enam ligan karbon monoksida; ia bersifat diamagnetik dan konfigurasi atom pusat kromium adalah 3d
fenomena ini akan menjadi paradoks hanya ketika diasumsikan bahwa energi orbital atom adalah tetap dan tidak dipengaruhi oleh keberadaan elektron pada orbital-orbital lainnya.
jika begitu, maka orbital 3d akan memiliki energi yang sama dengan orbital 3p, seperti pada hidrogen.
namun hal ini jelas-jelas tidak demikian.
pengecualian kaidah madelung lainnya
terdapat beberapa pengecualian kaidah madelung lainnya untuk unsur-unsur yang lebih berat, dan akan semakin sulit untuk menggunakan penjelasan yang sederhana mengenai pengecualian ini.
adalah mungkin untuk memprediksikan kebanyakan pengecualian ini menggunakan perhitungan hartree-fock, yang merupakan metode pendekatan dengan melibatkan efek elektron lainnya pada energi orbital.
untuk unsur-unsur yang lebih berat, diperlukan juga keterlibatan efek relativitas khusus terhadap energi orbital atom, karena elektron-elektron pada kelopak dalam bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya.
secara umun, efek-efek relativistik ini cenderung menurunkan energi orbital s terhadap orbital atom lainnya.
periode 5 periode 6 periode 7
unsur z konfigurasi elektron unsur z konfigurasi elektron unsur z konfigurasi elektron
itrium 39 [kr] 5s2 4d1 lantanum 57 [xe] 6s2 5d1 aktinium 89 [rn] 7s2 6d1
serium 58 [xe] 6s2 4f1 5d1 torium 90 [rn] 7s2 6d2
praseodimium 59 [xe] 6s2 4f3 protaktinium 91 [rn] 7s2 5f2 6d1
neodimium 60 [xe] 6s2 4f4 uranium 92 [rn] 7s2 5f3 6d1
prometium 61 [xe] 6s2 4f5 neptunium 93 [rn] 7s2 5f4 6d1
samarium 62 [xe] 6s2 4f6 plutonium 94 [rn] 7s2 5f6
europium 63 [xe] 6s2 4f7 amerisium 95 [rn] 7s2 5f7
gadolinium 64 [xe] 6s2 4f7 5d1 kurium 96 [rn] 7s2 5f7 6d1
terbium 65 [xe] 6s2 4f9 berkelium 97 [rn] 7s2 5f9
zirkonium 40 [kr] 5s2 4d2 hafnium 72 [xe] 6s2 4f14 5d2
niobium 41 [kr] 5s1 4d4 tantalum 73 [xe] 6s2 4f14 5d3
molibdenum 42 [kr] 5s1 4d5 tungsten 74 [xe] 6s2 4f14 5d4
teknesium 43 [kr] 5s2 4d5 renium 75 [xe] 6s2 4f14 5d5
rutenium 44 [kr] 5s1 4d7 osmium 76 [xe] 6s2 4f14 5d6
rodium 45 [kr] 5s1 4d8 iridium 77
[xe] 6s2 4f14 5d7
paladium 46 [kr] 4d10 platinum 78 [xe] 6s1 4f14 5d9
perak 47 [kr] 5s1 4d10 emas 79 [xe] 6s1 4f14 5d10
kadmium 48 [kr] 5s2 4d10 raksa 80 [xe] 6s2 4f14 5d10
indium 49 [kr] 5s2 4d10 5p1 talium 81 [xe] 6s2 4f14 5d10 6p1
tabel konfigurasi elektron atom
pwpaw perangkat lunak untuk menghitung konfigurasi elektron
simplified procedure for deriving electron configurations
what does an atom look like?
configuration in 3d
electronic configuration: periodicity from webelements.com