Mekanika Kuantum Modern sebagai
Bilangan Kuantum
Sebegitu jauh postulat tentang bilangan kuantum utama (n),
oleh Bohr dan bilangan kuantum azimut (l), oleh Sommerfeld telah berhasil
dibuktikan secara meyakinkan melalui persamaan Schrodinger. Model atom Niels
Bohr dapat menjelaskan kelemahan dari teori atom Rutherford. namun, pada
perkembangan selanjutnya diketahui bahwa gerakan elektron menyerupai gelombang.
oleh karena itu, posisinya tidak dapat ditentukan dengan pasti. Jadi, orbit
elektron yang berbentuk lingkaran dengan jari-jari tertentu tidak dapat
diterima.
Pada tahun 1927, Erwin Schrodinger, seorang ilmuwan dari
Austria, mengemukakan teori atom yang disebut teori atom mekanika kuantum atau
mekanika gelombang. teori tersebut dapat diterima para ahli hingga sekarang. Teori
mekanika kuantum mempunyai persamaan dengan teori atom Niels Bohr dalam hal
tingkat-tingkat energi atau kulit-kulit atom, tetapi berbeda dalam hal bentuk
lintasan atau orbit tersebut. dalam teori atom mekanika kuantum, posisi
elektron adalah tidak pasti. hal yang dapat ditentukan mangenai keberadaan
elektron di dalam atom adalah daerah dengan peluang terbesar untuk menemukan
elektron tersebut. daerah dengan peluang terbesar itu disebut orbital.
Menurut teori atom modern, elektron berada dalam orbital dan
setiap orbital mempunyai tingkat energi atau bentuk tertentu. Satu atau
beberapa orbital yang memiliki tingkat energi sama membentuk subkulit .Untuk
menentukan tingkat energi dari elektron serta menyatakan kedudukan elektron
pada suatu orbital digunakan bilangan kuantum. Schrodinger menggunakan tiga
bilangan kuantum yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimuth (l),
bilangan kuantum magnetic (m). Ketiga bilangan kuantum ini merupakan bilangan
bulat dan sederhana yang memberi petunjuk kebolehjadian diketemukannya electron
dalam atom. Sedangkan untuk menyatakan arah perputaran elektron pada sumbunya
para ahli menggunakan bilangan kuantum spin (s).
1. Bilangan
kuantum utama (n)
Bilangan kuantum utama (n)
menentukan besarnya tingkat energi suatu elektron yang mencirikan ukuran
orbital. Bilangan kuantum utama ini pernah diusulkan oleh Niels Bohr dan hanya
disebut dengan bilangan kuantum saja.
Bilangan kuantum utama (n), yang
mempunyai nilai 1,2,3,…,n,dan seterusnya yang menyatakan ukuran volume atau
jari-jari atom dan tingkat-tingkat energi elektron. Terjadinya garis-garis
spektrum deret Lyman,Balmer,Paschen,Bracket,dan Pfund dalam hydrogen
diinterpretasikan sebagai akibat transisi elektron dari n yang lebih tinggi ke
n yang lebih rendah dan bilangan kuantum utama (n) juga
mewujudkan lintasan
elektron dalam atom.
Lambang dari bilangan kuantum utama adalah “n”. Bilangan
kuantum utama menyatakan kulit tempat ditemukannya elektron yang dinyatakan
dalam bilangan bulat positif. Jenis kulit-kulit dalam konfigurasi elektron
dilambagkan dengan huruf K, L, M, N dan seterusnnya. Kulit yang paling dekat
dengan inti adalah kulit K dan bilangan kuantum kulit ini = 1. Kulit berikutnya
adalah L yang mempunyai bilangan kuantum utama = 2 dan demikian seterusnya
untuk kulit-kulit berikutnya. Untuk lebih jelasnya coba perhatikan tabel di
bawah ini:
Tabel 1: Hubungan
jenis kulit dan nilai bilangan kuantum utama.
Jenis Kulit
|
Nilai (n)
|
K
|
1
|
L
|
2
|
M
|
3
|
N
|
4
|
Dari tabel di atas terlihat bahwa bilangan kuantum utama
berhubungan dengan kulit atom sehingga bilangan kuantum utama dapat digunakan untuk menentukan ukuran orbit (jari-jari)
berdasarkan jarak orbit elektron dengan inti atom. Kegunaan lainnya adalah untuk dapat mengetahui besarnya energi potensial elektron.
Semakin dekat jarak orbit dengan inti atom maka kekuatan ikatan elektron dengan
inti atom semakin besar, sehingga energi potensial elektron tersebut semakin
besar. Tiap kulit atau setiap tingkat energi ditempati oleh sejumlah elektron.
Jumlah elektron maksimmm yang dapat menempati tingkat energi itu harus memenuhi
rumus Pauli = 2n2.
Contoh:
Kulit ke-4 (n=4) dapat ditempati maksimum= 2 x 42
elektron = 32 elektron.
2. Bilangan kuantum azimuth (l)
Mekanika gelombang menunjukan bahwa
setiap kulit (tingkat energi) tersusun dari beberapa subkulit (sub tingkat
energi) yang masing-maisng sub kulit tersebut dicirikan oleh bilangan kuantum
azimut yang diberi lambang “l”. Nilai bilangan kuantum ini menentukan bentuk
orbital dan besarnya momentum sudut elektron. Misalnya setiap elektron dengan
harga l = 0 akan mempunyai bentuk orbital seperti bola yang berarti
kebolehjadian (probabilitas) untuk menemukan elektron dari inti atom kesegala
arah akan bernilai sama.
Bilangan kuantum azimut (l)
menunjukkan sub kulit dimana elektron itu bergerak sekaligus menunjukkan sub
kulit yang merupakan penyusun suatu kulit. Munculnya garis-garis plural yang
sangat berdekatan dari spectrum yang semula Nampak sebagaia garis tunggal,
mempersyaratkan adanya sub-sub kulit atau beberapa orbital pada tiap kulit utama (n).
Garis-garis plural ini diinterpretasikan sebagai akibat terjadinya transisi
elektron dari sub-sub kulit dalam n yang lebih tinggi ke kulit atau sub-sub
kulit dalam n yang lebih rendah. Bilangan kuantum azimut mempunyai harga dari 0
sampai dengan (n-1) untuk setiap n, dan menunjukan letak elektron dalam
subkulit. Setiap kulit terdiri dari subkulit (jumlah subkulit tidak sama untuk
setiap elektron), dan setiap subkulit dilambangkan berdasarkan pada harga
bilangan kuantum azimut (l).
n = 1 ; l = 0 ; sesuai kulit K
n = 2 ; l = 0, 1 ; sesuai kulit L
n = 3 ; l = 0, 1, 2 ; sesuai kulit M
n = 4 ; l = 0, 1, 2, 3 ; sesuai kulit N
dan seterusnya
Sub kulit yang harganya berbeda-beda ini diberi nama khusus:
·
Subkulit yang mempunyai harga l = 0 ; diberi lambang
s (s = sharp)
·
Subkulit yang mempunyai harga l = 1 ; diberi lambang
p (p = principle)
·
Subkulit yang mempunyai harga l = 2 ; diberi lambang
d (d = diffuse)
·
Subkulit yang mempunyai harga l = 3 ; diberi lambang
f (f = fundamental)
Lambang s, p, d
dan f diambil dari nama spektrum yang dihasilkan oleh logam alkali dari Li
sampai dengan Cs yang terdiri dari empat deret, yaitu tajam (sharp). Utama
(principal), kabur (diffuse) dan dasar (fundamental). Untuk harga l
selanjutnya (jika mungkin) digunakan lambang huruf berikutnya, yaitu g, h, i,
dan seterusnya. Agar lebih jelas dalam pengelompokannya dibawah ini menunjukan
keterkaitan jumlah kulit dengan banyaknya subkulit serta jenis subkulit dalam
suatu atom.
3. Bilangan Kuantum Magnteik (m)
Bilangan kuantum magnetik menyatakan
orbital tempat ditemukannya elektron pada subkulit tertentu dan arah momentum
sudut elektron terhadap inti. Sehingga nilai bilangan kuantum magnetik
berhubungan dengan bilangan kuantum azimut dan bernilai dari – l hingga + l (l
= nilai bilangan kuantum azimutnya). Misalnya subkulit s mempunyai nilai l = 0
maka bilangan kuantum magnetiknya (m) = 0. Angka nol ini melambangkan
satu-satunya orbital yang ada pada subkulit s. Sub kulit p mempunyai nilai l =
1 maka bilangan kuantum magnetiknya = – 1, 0, +1. Angka-angka tersebut
melambangkan 3 orbital yang ada pada subkulit p. Subkulit d mempunyai nilai l =
2 maka bilangan kuantum magnetiknya = – 2, – 1, 0, + 1, + 2. Angka-angka
tersebut melambangkan 5 orbital yang ada pada subkulit d dan demikian
seterusnya.
Dari tabel di atas terlihat bahwa
nilai magnetik (m) diantara -l sampai +l ( l bilangan kuantum azimut). Nilai
bilangan kuantum magnetik suatu elektron tergantung pada letak elektron
tersebut dalam orbital. Nama-nama kotak di atas sesuai dengan bilangan kuantum
magnetiknya.
4. Bilangan
Kuantum Spin (s)
Bilangan kuantum spin menyatakan
arah rotasi elektron pada porosnya. Dalam satu orbital dapat berisi elektron
tunggal atau sepasang elektron. Ada dua kemungkinan arah rotasi yaitu searah
jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Begitulah elektron yang berotasi,
bila searah jarum jam maka memiliki nilai s = + ½ dan dalam orbital dituliskan
dengan tanda panah ke atas. Sebaliknya untuk elektron yang berotasi berlawanan
arah jarum jam maka memiliki nilai s = – ½ dan dalam orbital dituliskan dengan
tanda panah ke bawah.
Dari uraian arah rotasi maka kita
dapat mengetahui bahwa dalam satu orbital atau kotak maksimum memiliki 2
elektron. Bila dalam orbital terdiri dari satu elektron maka nilai s = + ½
karena elektron tersebut berputar searah jarum jam. Dan bila dalam orbital
terdiri dari 2 elektron maka nilai s = – ½ karena menunjukkan elektron tersebut
merupakan pasangan elektron sebelumnya yang berputar searah jarum jam sehingga
mempunyai perputaran sebaliknya yaitu berlawanan dengan arah jarum jam.
referensi :
Sugiyarto, Kristian H dkk. 2013. Dasar-dasar kimia anorganik nonlogam.Yogyakarta
:UNY Press
Tjia M.O.
dan Sutjahja I.M. 2012. Orbital Kuantum.
Bandung: Karya Putra Darwati
