bilangan kuantum: bilangan kuantum dan konfigurasi elektron

Bilangan Kuantum

1.Pengertian Bilangan Kuantum

Bilangan kuantum adalah bilangan yang menyatakan kedudukan atau posisi elektron dalam atom yang diwakili oleh suatu nilai yang menjelaskan kuantitas kekal dalam sistem dinamis. Bilangan kuantum menggambarkan sifat elektron dalam orbital.

Bilangan kuantum menentukan tingkat energi utama atau jarak dari inti, bentuk orbital, orientasi orbital, dan spin elektron. Setiap sistem kuantum dapat memiliki satu atau lebih bilangan kuantum.

Bilangan kuantum merupakan salah satu ciri khas dari model atom mekanika kuantum atau model atom modern yang dicetuskan oleh Erwin Schrödinger. Dalam mekanika kuantum, bilangan kuantum diperlukan untuk menggambarkan distribusi elektron dalam atom hidrogen dan atom-atom lain. Bilangan-bilangan ini diturunkan dari penyelesaian matematis persamaan schrodinger untuk atom hidrogen menghasilkan fungsi gelombang (ψ) atau orbital atom yang menggambarkan keberadaan elektron dalam atom. Kuadrat dari fungsi gelombang ψ2, memiliki arti khusus yaitu besar probabilitas menemukan elektron dalam ruang dengan volume tertentu di sekitar inti atom. Sebagaimana asas ketidakpastian Heisenberg, posisi elektron dalam atom tidak dapat dipastikan, namun hanya dapat diketahui tempat di mana elektron paling mungkin ditemukan.

Partkel	Lambang	Massa (gr)	Penemu
Proton	1 1P	1,673 x 10-24	Goldstein
Neutron	0 1n	1,675 x 10-24	Chadwick
Electron	0 -1e	9,110 x 10-28	Thomson

2.Jenis-jenis bilangan kuantum

1. Bilangan kuantum utama (n)

Bilangan kuantum utama adalah bilangan kuantum primer yang difungsikan untuk menyatakan berapa tingkat energi yang telah dimiliki oleh elektron didalam sebuah atom. Perlu diingat, bahwa bilangan kuantum tidak pernah bernilai nol (0). Nilai bilangan kuantum terdiri dari bilangan-bilangan positif, yakni : 1,2,3,4, dst. Kelopak atom itu sendiri dinyatakan menggunakan huruf-huruf seperti : K,L,M,N dst. Jika dijabarkan maka:

Elektron yang berada pada kelopak K adalah n=1
Elektron yang berada pada kelopak L adalah n=2
Elektron yang berada pada kelopak M adalah n=3
Elektron yang berada pada kelopak N adalah n=4
Dst...

2. Bilangan kuantum azimut atau momentum sudut.(ℓ)

Bilangan kuantum azimut atau bilangan kuantum anguler (sudut). Bilangan ini menggambarkan energi dari elektron, berhubungan dengan gerakan orbital yang digambarkan menggunakan momentum sudut. Bilangan Kuantum azimut membagi kulit menjadi orbital-orbital yang lebih kecil (sub Kulit).

Setiap kulit pada bilangan kuantum azimut memiliki nilai l=0 sampai l=(n-1). Biasanya nya subkulit ditulis l=1,2,3,…, (n-1) diberi simbol s,p,d,f dan seterusnya.
Lihat gambar:

3. Bilangan kuantum magnetik (m)

Bilangan kuantum ini merupakan bilangan kuantum ketiga dari empat bilangan kuantum (bilangan kuantum utama, bilangan kuantum azimut, bilangan kuantum magnetik, dan bilangn kuantum spin) yang menggambarkan suatu keadaan kuantum suatu elektron. Bilangan kuantum magnetik ini membagi bilangan kuantum azimut menjadi orbital-orbital.

Bilangan kuantum magnetik (m) ini jumlahnya untuk setiap bilangan kuantum azimut (l) dimulai dari m=- l sampai m=+l.

Lihat tabel :

Tabel diatas menunjukan hubungan antara bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimuth (l), dan bilangan kuantum magnetik (m).

4.Bilangan kuantum spin (s)

Bilangan kuantum spin (s) ini menyatakan spin elektron pada sebuah atom yang menunjukan arah perputaran (spin) atau rotasi di sebuah elektron pada sumbunya. Arahnya bisa searah jarum jam ataupun berlawanan dengan arah jarum jam. Untuk itu bilangan kuantum spin (s) ini diberi nama ± 1/2 atau -1/2.

Perhatikan gambar dibawah terlebih dahulu berikut :

.

Bilangan kuantum spin merupakan dasar pengisian elektron dalam suatu orbital, oleh karenanya setiap orbital hanya dapat ditempati oleh maksimal dua elektron dengan spin yang berbeda, maksudnya bahwa elektron-elektron didalam atom itu berbeda-beda antara atom satu dengan atom yang lain sebagaimana yang disampaikan oleh Wolfgang Pauli (tahun 1925) seorang fisikawan teoretis Amerika, yang mempelopori bidang fisika kuantum yang juga dikenal dengan teori spin-nya dalam ilmu fisika.

3.Tujuan bilangan kuantum : untuk mengetahui atau menyatakan posisi atau kedudukan di dalam atom.
Dari beberapa penjelasan ke-4 bilangan kuantum diatas, maka kita dapat ketahui hubungan antara ke-4 jenis bilangan kuantum tersebut seperti yang tertera pada gambar tabel dibawah :

4.Diagram Orbital

Setiap orbital mempunyai ukuran, bentuk, dan arah orientasi. Bentuk orbital bergantung pada bilangan kuantum azimuth, sedangkan ukurannya bergantung pada bilangan kuantum utamanya. Orbital-orbital tersebut bergabung membentuk suatu subkulit, dan subkulit bergabung membentuk kulit atau tingkat energi.

A.Orbital s

Orbital s merupakan sub kulit yang harga bilangan kuantumnya = 0. Sehingga subkulit s hanya memiliki 1 orbital saja. Orbital s berbentuk simetris bola sehingga orbital s tidak ada orientasi khusus.

B.Orbital p

Subkulit p dengan harga bilangan kuantum azimuth (I) = 1 maka harga bilangan kuantum magnetik ada 3 nilai, yaitu -1 ; 0; dan +1.

Subkulit p mempunyai 3 orbital yang ditandai dengan px, py, dan pz. Ketiga orbital di atas disesuaikan dengan orientasinya menurut x, y dan z.

C.Orbital d dan orbital f

Orbital d

Subkulit memiliki bilangan kuantum azimuth (I) = 2 dengan harga bilangan kuantum magnetik -2 ; -1; 0; +1 dan +2.

1) Orbital dx2-y2 terletak pada bidang xy dan cuping-cupingnya terletak pada sumbu x dan sumbu y.
2) Orbital dz2 terdiri dari satu balon terpilin yang terletak pada sumbu z dan satu daerah berbentuk donat yang terletak pada bidang xy.
3) Orbital dxy terletak pada bidang xy,tetapi cuping-cupingnya terletak diantara sumbu x dan sumbu y.
4) Orbital dxz terletak pada bidang xz dan cuping-cupingnya terletak di antara sumbu x dan sumbu z.
5) Orbital dxy terletak pada bidang xy, tetapi cuping-cuping terletak diantara sumbu x dan sumbu y.

Orbital f

Subkulit dengan nilai I yang Iebih besar, yaitu subkulit f, g, dan seterusnya. Subkulit f, g, dan lain-lain mempunyai jumlah, bentuk serta orientasi orbital yang lebih rumit. Orbital-orbital tersebut jarang digunakan dalam pembentukan ikatan kimia.

5.Konfigurasi Elektron

Setelah memahami hubungan keberadaan elektron dalam atom dengan orbital pada teori atom mekanika kuantum, berikut akan dibahas konfigurasi elektron, yaitu penyusunan elektron-elektron dalam orbital-orbital pada kulit-kulit atom multi elektron. Aturan-aturan dalam penentuan konfigurasi elektron berdasarkan orbital, antara lain:

1.Asas Aufbau: Elektron menempati orbital-orbital dimulai dari tingkat energi yang terendah, dimulai dari 1s, 2s, 2p, dan seterusnya seperti urutan subkulit yang terlihat pada gambar berikut:

2.Asas larangan Pauli: Tidak ada dua elektron dalam satu atom yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama. Setiap orbital maksimum diisi oleh 2 elektron yang memiliki spin yang berlawanan (ms = +½ dan ms = −½).

3. Kaidah Hund: Jika ada orbital dengan tingkat energi yang sama, konfigurasi elektron dengan energi terendah adalah dengan jumlah elektron tak berpasangan dengan spin paralel yang paling banyak.

Diagram orbital dan konfigurasi elektron berdasarkan orbital dari 10 unsur pertama

Berdasarkan eksperimen, terdapat anomali konfigurasi elektron dari aturan-aturan di atas. Subkulit d memiliki kecenderungan untuk terisi setengah penuh atau terisi penuh.

Contohnya, konfigurasi elektron 24Cr: [Ar] 4s1 3d5 lebih stabil dibanding [Ar] 4s2 3d4; dan 29Cu: [Ar] 4s1 3d10 lebih stabil dibanding [Ar] 4s2 3d9.
Konfigurasi elektron untuk ion monoatomik (seperti Na+, K+, Ca2+, S2-, Br–) dapat ditentukan dari konfigurasi elektron atom netralnya terlebih dahulu. Pada kation (ion bermuatan positif) monoatomik Ax+ yang bermuatan x+, sebanyak x elektron dilepas (dikurangi) dari kulit elektron terluar atom netral A. Pada anion (ion bermuatan negatif) monoatomik By− yang bermuatan y−, sebanyak y elektron ditangkap (ditambahkan) pada orbital level energi terendah yang masih belum penuh oleh elektron.

Referensi: https://www.studiobelajar.com/bilangan-kuantum/https://blog.ruangguru.com/mencari-bilangan-kuantum/ https://rumusbilangan.com/bilangan-kuantum/