Ketika planet bergerak mengitari
matahari, kita dapat menggambarkan jalur yang ditempuh oleh planet itu
yang disebut dengan orbit. Gambaran sederhana dari atom juga sama dengan
fenomena tersebut dan kita dapat menggambar elektron-elektron yang
mengorbit mengelilingi nukleus ( inti atom ). Walaupun sesungguhnya
elektron-elektron tidak mengorbit pada jalur yang tetap melainkan
mengorbit pada sebuah ruang yang disebut dengan
orbital.
Orbit
dan orbital terkesan sama, tetapi sebenarnya memiliki makna yang cukup
berbeda. Kita perlu memahami perbedaan di antara keduanya.
Ketidakmungkinan
penggambaran orbital elektron-elektron
Untuk menggambar suatu
jalur kita perlu mengetahui secara pasti di mana objek tersebut berada
dan ke arah mana objek itu bergerak. Sayangnya, kita tidak bisa
melakukan hal tersebut untuk elektron-elektron.
Prinsip
ketidakpastian Heisenberg menunjukkan bahwa kita tidak dapat
mengetahui secara pasti di mana elektron itu berada dan ke arah mana
elektron itu bergerak. Hal ini membuat kita tidak mungkin menggambarkan
secara tepat jalur atau orbit dari elektron yang mengelilingi nukleus.
Tetapi ada suatu cara lain yang bisa diterima untuk menggambarkan
pergerakan elektron-elektron di sekitar nukleus.
Elektron
hidrogen – orbital 1s

Bayangkan kita memiliki satu
atom hidrogen dan menentukan posisi elektronnya pada suatu waktu
tertentu. Segera sesudahnya, kita kembali menentukan posisi elektron
ini, dan kita mendapati elektron itu sudah ada di posisi yang berbeda.
Kita tidak mengerti bagaimana elektron ini berpindah dari posisi yang
pertama ke posisi yang kedua.
Kita coba untuk terus mencari
titik-titik posisi dari elektron tersebut, dan kita akan perlahan-lahan
menemukan suatu gambaran 3 dimensi peta posisi dari elektron tersebut.
Dalam
kasus elektron hidrogen, elektron dapat ditemukan di manapun di
sekeliling nukleus. Diagram menunjukkan kemungkinan dari posisi elektron
yang membentuk ruang wilayah yang mengelilingi nukleus.
Pada 95%
dari hasil pengamatan, elektron dapat ditemukan dalam suatu ruang
wilayah yang relatif dekat dengan nukleus. Wilayah dari ruang tersebut
kita sebut dengan
orbital.
Kita dapat beranggapan
bahwa orbital merupakan suatu ruang wilayah di mana elektron itu
bergerak di dalamnya.
Tiap orbital memilki nama :
Orbital
yang dihuni oleh elektron hidrogen disebut dengan
orbital 1s.
Angka “
1” menunjukkan bahwa orbital tersebut memiliki tingkat
energi yang terdekat dengan nukleus. Huruf “
s” menunjukkan bentuk
dari orbital tersebut. Orbital s berbentuk bulat simetris yang
mengelilingi nukleus.

Orbital di sebelah kiri
merupakan orbital 2s. Bentuknya sama dengan orbital 1s kecuali ruang
wilayahnya yang lebih jauh dari nukleus – di mana letaknya pada tingkat
energi kedua.
Jika kita perhatikan secara seksama, kita dapat
menemukan bahwa terdapat wilayah di mana rapat elektronnya lebih tinggi (
di mana titik-titiknya lebih pekat ) dekat dengan nukleus. “Kerapatan
elektron” merupakan suatu istilah yang dipakai untuk memberitahukan
kemungkinan kita dapat menemukan elektron pada posisi tertentu.
Elektron-elektron
2s ( dan juga 3s, 4s ) berada dalam posisi dekat dengan nukleus
daripada yang mungkin kita bayangkan. Efek dari ini adalah pengurangan
energi dari elektron dalam orbital s. Semakin dekat elektron dengan
nukleus, semakin rendah energinya.
orbital p

Tidak semua elektron memiliki
sifat seperti orbital s. Pada tingkat energi pertama, orbital hanya
terdiri dari orbital 1s, tetapi ketika kita memasuki tingkat energi
kedua, selain daripada orbital 2s, kita akan menemukan
orbital 2p.
Orbital
p berbentuk seperti 2 buah balon yang identik yang diikat di tengahnya.
Gambar di sebelah kiri menunjukkan adanya titik yang membagi ruang
wilayah. Perlu diingat, orbital menunjukkan 95% kemungkinan elektron itu
berada.

Tidak seperti orbital s, orbital
p memiliki arah tertentu – pertama yang mengarah ke atas dan yang
mengarah ke bawah.
Pada tiap tingkat energi ada kemungkinan
terdapat 3 orbital p yang arahnya saling tegak lurus satu sama lain.
Arah dari tiap orbital p ini diberi simbol p
x, p
y
dan p
z. x, y dan z merupakan koordinat dari orbital-orbital
tersebut.

Orbital p pada tingkat
energi kedua disebut dengan 2p
x, 2p
y dan 2p
z.
Begitu juga pada orbital lainnya 3p
x, 3p
y dan 3p
z,
maupun 4p
x, 4p
y dan 4p
z dan
seterusnya.
Seluruh tingkat energi selain dari tingkat energi
pertama memiliki orbital p. Pada energi level yang lebih tinggi bentuk
dari balon akan semakin lonjong, yang berarti kemungkinan elektron
berada akan semakin jauh dari nukleus.
orbital d dan f
Selain
daripada orbital s dan p, terdapat dua bentuk orbital lainnya di mana
elektron berada pada tingkat energi yang lebih tinggi. Pada tingkat
energi ketiga, kita akan menemukan 5 bentuk dari orbital
d (
dengan bentuk dan penamaan yang lebih rumit ), dan tentunya juga orbital
3s dan orbital 3p (3p
x, 3p
y dan 3p
z).
Pada tingkat energi ketiga kita akan menemukan total 9 orbital.
Pada
tingkat energi keempat, selain daripada orbital 4s , 4p dan 4d , kita
juga akan menemukan tambahan 7 buah orbital
f – dengan total 16
orbital. Orbital s, p, d dan f memiliki tingkat energi yang lebih
tinggi.
Menempatkan elektron di orbital
Kita dapat
membayangkan sebuah atom seperti sebuah istana – di mana nukleus berada
pada lantai bawah tanah, kemudian tiap lantai terdiri dari kamar-kamar
(orbital) yang akan ditempati oleh elektron-elektron. Lantai pertama
hanya terdiri dari satu kamar ( yaitu orbital 1s ); lantai kedua terdiri
dari 4 kamar ( orbital 2s, 2p
x, 2p
y dan 2p
z
); lantai ketiga terdiri dari 9 kamar ( satu orbital 3s, tiga orbital
3p dan 5 orbital 3d ) dan seterusnya. Tetapi kamar-kamar tersebut
tidaklah besar.
Tiap orbital hanya dapat ditempati oleh 2 elektron.
Cara
yang lazim digunakan untuk menggambarkan orbital yang dihuni oleh
elektron adalah dengan cara ” kotak-kotak elektron “.
“Kotak-kotak
elektron”
Orbital dapat diwakili oleh kotak dan atom
digambarkan sebagai anak panah. Anak panah ke atas dan anak panah ke
bawah digunakan untuk menggambarkan elektron yang berbeda arah.

Orbital 1s ditempati oleh 2
elektron seperti gambar di sebelah kanan dan kita bisa menuliskannya
lebih singkat dengan 1s
2 . Kata ini dibaca ” satu s dua ”
bukan ” satu s kuadrat “.
Ingat, angka 1 mewakili tingkat energi,
huruf s mewakili tipe dari orbital dan angka 2 mewakili jumlah elektron
yang berada pada orbital tersebut.
Urutan mengisikan orbital
Elektron
mengisi dari orbital pada tingkat energi rendah ( dekat dengan nukleus )
sebelum mengisi pada orbital pada tingkat yang lebih tinggi. Ketika
dihadapkan pada orbital yang berada pada energi yang sama, elektron akan
mengisi orbital yang kosong dahulu.
Diagram di bawah ini
menggambarkan tingkat energi orbital sampai tingkat energi keempat.


Perhatikan bahwa orbital s selalu
memiliki energi yang rendah daripada orbital p pada seluruh tingkat
energi, jadi orbital s akan ditempati terlebih dahulu oleh elektron
sebelum menempati orbital p.
Kita akan menemui kejanggalan pada
posisi orbital 3d. Orbital ini berada pada tingkat energi yang lebih
tinggi daripada 4s – jadi elektron akan menempati orbital 4s lebih
dahulu sebelum menempati orbital 3d dan baru kemudian 4p. Kejanggalan
berikutnya akan kita temui pada tingkat energi yang lebih tinggi lagi,
sebagai contoh, di mana terjadi penindihan tingkat energi yang
mengakibatkan orbital 4f akan terisi setelah orbital 6s.