BAGAIMANA CARA MENENTUKAN BILANGAN KUANTUM?

Atom terdiri dari inti atom yang berada pada pusat dari atom tersebut. Inti atom terdiri dari partikel neutron dan proton, sehingga inti atom memiliki muatan positif yaitu muatan dari proton sedangkan muatan neutron adalah netral. Elektron yang mempunyai muatan negatif jauh berada di luar inti atom. Elektron–elektron tersebut beredar pada orbit/kulit/lintasannya. Meskipun elektron bersifat gelombang, tetapi tetap mempunyai tingkatan energi diskontinu yang terkuantifikasi. Teori atom mekanika kuantum menjelaskan bahwa dalam kulit atom terdapat beberapa subkulit dan pada subkulit terdapat beberapa orbital.

Untuk menggambarkan peluang menentukan kedudukan/posisi suatu elektron dalam suatu atom digunakan istilah bilangan kuantum. Ada 4 jenis bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama, bilangan kuantum azimuth, bilangan kuantum magnetik dan bilangan kuantum spin.

1.   Bilangan kuantum utama

Bilangan kuantum utama dinotasikan dengan n yang menggambarkan kulit atom atau lintasan atau tingkat energi utama. Bilangan kuantum utama merupakan fungsi jarak yang dihitung mulai dari inti atom. Semakin besar nilai n maka semakin jauh pula jaraknya dari inti. Dalam setiap bilangan kuantum utama terdapat satu atau lebih orbital. orbital-orbital yang mempunyai bilangan kuantum yang sama akan membentuk kulit atom. Jumlah orbital dalam suatu kulit dinyatakan dengan rumus n². Jadi jumlah elektron dalam suatu kulit adalah 2n². Nilai bilangan kuantum utama diberi nomor dari n = 1,2,3 dan seterusnya atau dinyatakan dengan lambang K,L,M dan seterusnya. Seperti pada tabel 1.1

Kulit	K	L	M	N	dst
Nilai n	1	2	3	4

     Tabel 1.1 hubungan lambang kulit dan nilai n

2.   Bilangan kuantum azimuth

Bilangan kuantum azimuth dinotasikan dengan l yang menggambarkan subkulit elektron atau sub lintasan atau subtingkat energi utama. Bilangan kuantum azimuth merupakan bilangan kuantum yang dapat menentukan bentuk orbital. Setiap bilangan kuantum utama (kulit), memiliki nilai bilangan kuantum azimuth (subkulit) mulai dari l = 0 sampai l = (n-1).

Contoh;

a.    Untuk kulit L (n=2) maka nilai bilangan kuantum azimuth adalah l = 0 dan l = 1. Jadi dalam kulit ke 2 terdiri atas 2 sub kulit.

b.    Untuk kulit M (n=3) maka nilai bilangan kuantum azimuth adalah l = 0, 1 dan 2. Jadi dalam kulit ke 3 terdiri atas 3 sub kulit.

Sub kulit dilambangkan dengan s, p, d, f dan seterusnya., seperti pada tabel 1.2

Sub kulit	s	p	d	f	dan seterusnya
nilai l	0	1	2	3	dan seterusnya

     Tabel 1.2. hubungan lambang subkulit dengan nilai l

Lambang dari semua subkulit pada kulit K sampai Q atau n = 1 sampai  n = 7 diberikan pada tabel 1.3

Lambang kulit	nilai n	nilai l
		0	1	2	3
K L M N O P Q	1 2 3 4 5 6 7	1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s	2p 3p 4p 5p 6p 7p	3d 4d 5d 6d	4f 5f

     Tabel 1.3 subkulit-subkulit pada kulit K sampai Q

3.   Bilangan kuantum magnetik

Bilangan kuantum magnetik dinotasikan dengan m yang menggambarkan orientasi orbital dalam ruang. Bilangan kuantum magnetik menyatakan pula orbital mana yang ditempati elektron pada suatu subkulit. Nilai m tergantung pada nilai l. Ketentuan nilai m adalah m = - l sampai m = + l

Contoh :

Untuk subkulit s atau l = 0, maka nilai m = 0 berarti pada subkulit s hanya terdapat 1 jenis orbital, yaitu orbital s.

Berdasarkan jumlah orbital setiap subkulit (2 l +1) dan tiap orbital maksimal terisi 2 buah elektron, maka jumlah elektron maksimal pada tiap subkulit adalah 2(2 l +1)

Secara lengkap nilai m, jumlah orbital dan jumlah elektron pada subkulit s sampai f diberikan pada table 1.4.

Sub kulit	Harga l	nilai m	Jumlah orbital (2 l +1)	Jumlah elektron 2(2 l +1)
s p f	0 1 2 3	0 -1,0,+1 -2,-1,0,+1,+2 -3, -2,-1,0,+1,+2,+3	1 3 5 7	2 6 10 14

     Tabel 1.4. Nilai m, jumlah orbital dan jumlah elektron  pada subkulit s sampai f.

4.   Bilangan kuantum spin

Seperti halnya bumi yang mengintari matahari dan berputar pada sumbunya, elektron pun demikian. Selain berputar mengelilingi inti atom, elektron pun berputar pada sumbunya. Ada dua kemungkinaan arah perputaran elektron, yaitu searah atau berlawanana arah jarum jam. Arah perputaran elektron tersebut dinyatakan dengan bilangan kuantum spin. Bilangan  kuantum spin dinotasikan dengan s. Arah rotasi elektron yang searah jarum jam (clockwise) mempunyai nilai s = +1/2 dengan simbol ↑ dan berlawanan arah jarum jam (anticlockwise) mempunyai nilai s = -1/2 dengan simbol ↓. Dari arah perputaran elektron ini dapatlah kita mengerti mengapa dalam satu orbital hanya ditempati 2 elektron saja. Elektron tersebut mempunyai arah perputaran yang berlawanan sehingga menghasilkan medan listrik yang berlawanan juga. Medan magnet yang berlawanan akan mengimbangi gaya tolak menolak akibat muatan elektron yang sejenis. Arah perputaran elektron dapat dilihat ada gambar 1.2.

                                      Gambar 1.2. Arah perputaran elektron

Pada kulit elektron terdapat sub kulit yang di dalamnya terdiri dari orbital-orbital. Setiap orbital mempunyai bentuk-bentuk tertentu berkaitan dengan bilangan kuantum azimuth. Orbital-orbital yang memiliki bilangan kuantum azimuth yang sama misalnya orbital 1s, 2s dan 3s mempunyai bentuk yang sama, tetapi ukurannya berbeda. Beberapa bentuk orbital diantaranya sebagai berikut:

1.   Bentuk orbital s

Orbital s terletak pada subkulit s yang hanya mengandung  satu orbital sehingga jumlah elektron yang terdapat dalam sub kulit s maksimal 2 elektron. Orbital s berbentuk bola karena distribusi elektron sama ke segala arah atau tidak mempunyai orientasi orbital. Besarnya orbital s tergantung pada jaraknya dari inti dan tidak tergantung pada arah dalam ruang. Semakin besar nilai n maka ukuran bola akan semakin besar. Beberapa bentuk orbital s dapat dilihat pada gambar 1.3.

                              Gambar 1.3. Bentuk orbital s

2.   Bentuk orbital p

Orbital p mempunyai bentuk seperti balon terpilin (cuping-dumbbell). Pada subkulit p terdapat tiga buah orbital, masing-masing adalah orbital p_x, p_y, dan p_z . Bentuk orbital p mempunyai orientasi dalam menentukan kebolehjadian ditemukannya elektron. Misalnya, jika elektron berada dalam orbital p_x maka peluang terbesar untuk menemukan elektron tersebut terdapat di sekitar sumbu x, dan tak ada peluang pada sumbu yz.  Bentuk kebolehjadian adanya elektron dalam orbital p diberikan pada gambar 1.4.

 

          Gambar 1.4. bentuk orbital p_x, p_y, dan p_z

3.   Bentuk orbital d

Dalam sub kulit d terdapat lima buah orbital, masing-masing adalah orbital dx2-y2 , d_xz, d_xy, d_y², dan d_z². Bentuk orbital d melibatkan sumbu dan bidang. Bentuk kebolehjadian ditemukannya elektron dalam orbital d tampak pada gambar 1.5.

                          Gambar 1.5. bentuk-bentuk orbital d

4.   Bentuk orbital f

Orbital f mempunyai 7 bentuk orbital dan dikelompokkan menjadi tiga kelompok, yaitu; kelompok 1 terdiri dari Orbital f_xyz , kelompok 2 terdiri dari f_x(z²_-y²_), f_y(z²_-x²_), dan f_z(x²_-y²_). Kelompok 3 terdiri dari f_x³, f_y³ dan f_z³.