Mengapa elektron pada kulit terluar paling mudah lepas?

Berdasarkan aturan aufbau, dalam penyusunan konfigurasi elektron, pengisian orbital dimulai dari tingkat energi yang lebih rendah kemudian ke tingkat energi yang lebih tinggi. Sebagai contoh, unsur Nikel mempunyai konfigurasi elektron sebagai berikut:

1s², 2s^2, 2p⁶,3s²,3p⁶,4s²,3d⁸

Orbital yang terisi paling terakhir adalah 3d, karena mempunyai tingkat energi yang paling tinggi. Akan tetapi, apabila unsur tersebut membentuk ion positif, misalkan Ni²⁺, maka elektron yang akan dilepaskan adalah elektron pada orbital 4s, bukan elektron pada orbital 3d yang terisi paling terakhir.

Hal demikian dapat dijelaskan dengan konsep muatan efektif. Muatan efektif adalah keberadaan elektron lain di sekitar inti atom yang melindungi suatu elektron dari muatan inti atom. Persamaan untuk menghitung muatan efektif adalah sebagai berikut :

Z* = Z – ϭ

Dimana Z*= muatan efektif, Z = nomor atom dan ϭ = shielding

Untuk menentukan besarnya muatan efektif dan shielding, dapat digunakan aturan Slater berikut ini :

Ø  Konfigurasi elektron disusun dengan aturan : (1s), (2s,2p), (3s,3p), (3d), (4s,4p), (4d), (5s,5p), dan seterusnya. Orbital s dan p pada kulit (n) yang sama dijadikan satu kecuali orbital 1s dan orbital d disendirikan.

Ø  Elektron di sebelah kanan (luar) tidak melindungi suatu elektron dari tarikan inti.

Ø  Untuk orbital s dan p,

-          Elektron lain dalam satu kulit memberikan nilai ϭ sebesar 0,35 (pengecualian untuk orbital 1s memberikan nilai ϭ sebesar 0,30).

-          Setiap elektron di n-1 (di sebelah kirinya) memberikan nilai ϭ sebesar 0,85

-          Setiap elektron di n-2 dan seterusnya (di sebelah kirinya) memberikan nilai ϭ sebesar 1,00

Ø  Untuk orbital d,

-          Setiap elektron pada n yang sama memberikan ϭ sebesar 0,35

-          Setiap elektron pada n di sebelah kirinya (n-1 dst) memberikan ϭ sebesar 1,00

Sebagai contoh, konsep muatan efektif tersebut dapat digunakan untuk mengetahui alasan mengapa orbital 4s pada unsur Nikel akan terlepas lebih dulu apabila membentuk ion positif Ni²⁺. Langkah pertama, ditentukan muatan efektif (Z*) untuk masing-masing orbital.

Z*_(1s)     = Z- ϭ

            = 28 – {(1 x 0,30)}

            = 28 – 0,30

            = 27,7

Z*_(2s)    = Z- ϭ

            = 28 – {(7 x 0,35) + (2 x 0,85)}

            = 28 – 4,15

            = 23,85

Z*_(2p)    = Z- ϭ

            = 28 – {(7 x 0,35) + (2 x 0,85)}

            = 28 – 4,15

            = 23,85

Z*_(3s)    = Z- ϭ

            = 28 – {(7 x 0, 35) + (8 x 0, 85) + (2 x 1)}

            = 28 – 11,25

            = 16,75

Z*_(3p)     =  Z- ϭ

            = 28 – {(7 x 0, 35) + (8 x 0, 85) + (2 x 1)}

            = 28 – 11,25

            = 16,75

Z*_(3d)    = Z- ϭ

            = 28 – {(7 x 0,35) + (18 x 1)}

            = 28 – 20,45

            =7,55

Z*_(4s)    = Z- ϭ

            = 28 – {(1 x 0,35) + (16 x 0,85) + (10 x 1)}

            = 28 – 23,95

            = 4,05

Berdasarkan hasil perhitungan di atas, orbital 4s memiliki muatan efektif yang paling kecil (lebih kecil juga dibandingkan 3d), sehingga tarikan inti terhadap elektron yang berada pada orbital tersebut juga paling lemah. Akibatnya, elektron tersebut akan mudah dilepas.