Bilangan kuantum merupakan sebuah bilangan yang memiliki arti atau parameter khusus untuk menjelaskan sebuah keadaan sistem kuantum.
Pada awalnya kita mungkin telah mempelajari beberapa teori tentang atom yang sederhana seperti teori John Dalton. Akan tetapi, perkembangan teknologi menyebabkan adanya teori-teori yang baru tentang atom.
Sebelumnya kita telah mengetahui tentang teori atom niels bohr yang menyatakan bahwa atom dapat bergerak mengelilingi inti atom pada lintasannya.
Namun beberapa tahun kemudian, teori atom terbaru yang biasa disebut dengan teori kuantum lahir setelah ditemukannya teori dualisme partikel-gelombang.
Teori kuantum atom memberikan perubahan yang cukup signifikan terhadap model atom.
Dalam teori kuantum, atom dimodelkan dalam bentuk bilangan atau biasa disebut dengan bilangan kuantum. Untuk lebih jelasnya mari kita simak lebih lanjut mengenai apa itu bil. kuantum.
Pendahuluan
“Bilangan kuantum merupakan sebuah bilangan yang memiliki arti atau parameter khusus untuk menjelaskan sebuah keadaan sistem kuantum.”
Pada awalnya, teori ini dikemukakan oleh fisikawan terkenal yang bernama Erwin Schrödinger dengan teori yang sering disebut dengan teori mekanika kuantum.
Model atom yang pertama kali diselesaikan olehnya adalah model atom hidrogen melalui sebuah persamaan gelombang sehingga didapatkan bil. kuantum.
Dari bilangan inilah kita dapat mengetahui tentang model dari sebuah atom mulai dari orbital atom yang menggambarkan neutron dan elektron di dalamnya serta perilaku dari atom tersebut.
Namun perlu diketahui bahwa, model dari teori kuantum didasari akan ketidakpastian dari posisi elektron. Sebuah elektron tidak seperti planet yang mengitari bintang pada orbitnya. Tetapi, elektron berpindah-pindah sesuai dengan persamaan gelombang sehingga posisi elektron hanya dapat “diprediksi” atau diketahui probabilitasnya.
Oleh karena itu, teori mekanika kuantum menghasilkan beberapa probabilitas elektron sehingga dapat diketahui ruang lingkup elektron yang tersebar atau biasa disebut dengan orbital.
Apa sebenarnya bilangan kuantum?
Pada dasarnya, sebuah bilangan kuantum terdiri atas empat set bilangan yaitu:
- Bilangan kuantum utama (n)
- Bilangan azimuth (l)
- Bilangan magnetik (m)
- Bilangan spin (s).
Dari keempat set bilangan di atas tersebut, tingkat energi orbital, ukuran, bentuk, probabilitas radial orbital atau bahkan orientasinya juga dapat diketahui.
Selain itu, bilangan spin juga dapat mendeskripsikan momentum sudut atau spin elektron dalam sebuah orbital. Untuk lebih detailnya, kita lihat satu persatu dari unsur penyusun bil. kuantum.
1. Bilangan Kuantum Utama (n)
Seperti yang kita ketahui, bilangan kuantum utama mendeskripsikan karakteristik utama yang dilihat dari sebuah atom yaitu tingkatan energi.
Semakin besar nilai dari bilangan ini maka semakin besar pula tingkat energi orbital yang dimiliki sebuah atom.
Baca juga: Sandi Morse: Sejarah, Rumus dan Cara Menghafal
Karena sebuah atom memiliki kulit minimal 1, maka bilangan kuantum utama dituliskan dengan bilangan bulat positif (1,2,3,….).
2. Bilangan Kuantum Azimuth (l)
Terdapat bilangan setelah bilangn kuantum utama yang dinamakan dengan bil. kuantum azimuth.
Bilangan kuantum azimuth menggambarkan bentuk orbital yang dimiliki oleh atom. Bentuk orbital mengacu pada letak atau subkulit yang mungkin ditempati oleh elektron.
Pada penulisannya, bilangan ini dituliskan dengan cara mengurangi bil. kuantum utama dengan satu (l = n-1).
Apabila sebuah atom memiliki 3 kulit, maka bilangan azimuthnya adalah 2 atau dengan kata lain terdapat 2 subkulit yang mungkin saja elektron berada disitu.
3. Bilangan Kuantum Magnetik (m)
Setelah mengetahui bentuk orbital dengan bilangan azimuth, orientasi dari orbital juga dapat dilihat dengan bi. kuantum magnetik.
Orientasi orbital yang dimaksud adalah posisi atau arah dari orbital yang dimiliki oleh sebuah atom. Sebuah orbital memiliki setidaknya plus minus dari nilai bilangan azimuthnya (m = ±l).
Misalkan sebuah atom memiliki bilangan l = 3 maka bilangan magnetiknya adalah (m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3) atau dengan kata lain atom tersebut bisa saja memiliki 7 jenis orientasi.
4. Bilangan Kuantum Spin (s)
Pada dasarnya, elektron memiliki sebuah identitas intrinsik yang disebut dengan momentum angular atau biasa disebut dengan spin.
Identitas ini kemudian dijelaskan oleh sebuah bilangan yang disebut dengan bilangan kuantum spin.
Nilai yang dijelaskan hanyalah nilai positif atau negatif dari spin atau biasa dikenal dengan spin up dan spin down.
Oleh karena itu, bil. kuantum spin hanya terdiri dari (+1/2 dan -1/2). Apabila sebuah bil. kuantum memiliki bilangan spin +1/2 maka elektronnya memiliki orientasi spin up.
Dibawah ini adalah contoh tabel bilangan kuantum agar kalian lebih memahami tentang bil. kuantum.
Sebelumnya kita mempelajari bahwa orbital merupakan sebuah tempat atau ruang yang mungkin dapat ditempati oleh atom.
Agar kalian dapat memahami orbital mari kita lihat gambar di bawah ini.
Gambar di atas merupakan salah satu bentuk orbital sebuah atom. Anak panah pada gambar di atas menunjukkan orbital atau ruang yang mungkin ditempati oleh sebuah elektron.
Dari gambar di atas kita dapat mengetahui bahwa atom tersebut memiliki dua buah ruang yang mungkin saja ditempati oleh elektron.
Sebuah atom memiliki empat jenis subkulit yaitu subkulit s, p, d dan f. Karena sub kulit pada sebuah atom berbeda-beda maka bentuk dari orbital juga berbeda-beda.
Berikut merupakan beberapa gambaran dari orbital yang dimiliki oleh sebuah atom.
Setelah mengetahui tentang bagaimana model atom sesuai teori mekanika kuantum, kita akan membahas mengenai konfigurasi atau penyusunan dari elektron yang berada dalam orbital-orbital atom.
Baca juga: Biodata Gus Azmi: Profil, Fakta Unik, Foto, Lagu (TERBARU)
Terdapat tiga aturan utama yang menjadi dasar penyusunan elektron di dalam atom. Tiga aturan tersebut adalah :
1. Asas Aufbau
Asas Aufbau merupakan sebuah aturan penyusunan elektron dimana elektron mengisi pada orbital-orbital dengan tingkat energi yang paling rendah terlebih dahulu.
Agar kalian tidak bingung, gambar di bawah merupakan aturan penyusunan sesuai Asas Aufbau.
Setiap penyusunan elektron dapat mengisi dari tingkat energi orbital paling rendah menuju ke paling tinggi.
Namun, Pauli menegaskan bahwa dalam satu atom tidak mungkin terdiri dari dua elektron yang memiliki bilangan kuantum yang sama. Setiap orbital hanya dapat diisi oleh dua jenis elektron yang memiliki spin berlawanan.
3. Kaidah Hund
Apabila sebuah elektron mengisi pada tingkat energi orbital yang sama, maka penempatan elektron dimulai dengan mengisi elektron spin up terlebih dahulu pada setiap orbital dimulai dengan tingkat energi yang rendah. Kemudian dilanjutkan dengan pengisian spin down.
Konfigurasi elektron juga sering disederhanakan dengan unsur gas mulia seperti pada gambar di atas.
Selain itu, anomali pada konfigurasi elektron juga ditemukan seperti pada subkulit d. Pada subkulit d, elektron cenderung mengisi setengah penuh atau terisi sepenuhnya. Oleh karena itu pada konfigurasi atom Cr memiliki konfigurasi 24Cr: [Ar] 4s13d5.
Contoh Soal
Berikut merupakan beberapa contoh soal agar dapat lebih memahami mengenai bil. kuantum
Contoh 1
Sebuah elektron memiliki harga suatu bilangan kuantum utama (n)=5. Tentukanlah masing-masing bil. kuantum yang lainnya?
Jawab
Nilai n = 5 Nilai l = 0,1,2, dan 3 Nilai m = antara -1 dan +1Untuk nilai l = 3 maka nilai m = – 3, -2, -1, 0, +1, +2, +3
Contoh 2
Tentukan konfigurasi elektron dan diagram elektron dari atom unsur 32Ge
Jawab
32Ge: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2 atau [Ar] 4s2 3d10 4p2
Contoh 3
Tentukan konfigurasi elektron dan diagram elektron dari ion 8O2−
Jawab
8O2−: 1s2 2s2 2p6 atau [He] 2s2 2p6 atau [Ne] (sebanyak 2 elektron ditambahkan: 2s2 2p4+2)
Contoh 4
Tentukanlah bilangan kuantum utama, azimut, dan magnetik yang mungkin bisa jadi dimiliki oleh suatu elektron yang menempati subtingkat energi 4d.
Jawab
n = 4 dan l = 3. Jika l = 2 maka m = -3-2, -1, 0, +1, +2+3+
Contoh 5
Tentukan bil. kuantum unsur 28Ni
Jawab
28Ni = [Ar] 4s2 3d8