Bilanagan Quantum dan bilangan Orbital

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Kimia merupakan suatu mata kuliah bagi mahasiswa dan suatu mata pelajaran bagi siswa yang didalamnya terdapat banyak sekali yang dapat dipelajari baik itu berupa unsur, senyawa ataupun berupa bentuk yang lainnya yag tentu dalam penggunaanya akan sangat bermanfaat bila dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu materi dari kimia sendiri yaitu bilangan kuantum yang akan dibahas oleh penulis.

Bilangan kuantum merupakan suatu cara untuk menentukan kedudukan suatu elektron dalam atom. Dimana dalam menentukannya tidak dilakukan secara asal-asalan, namun terdapat beberapa tahap dalam penyelesaiannya sendiri. Misalnya untuk menentukan kulit utama dalam suatu atom maka dapat dilakukan dengan penentuan bilangan kuantum dengan bilangan kuantum utama (n) dan begitu seterusnya.

Erwin Schrodinger, adalah ilmuan asal Austria yang akan memperjelas kemungkinan ditemukannya elektron melalui bilangan-bilangan kuantum dengan dicetuskannya Mekanika Kuantum. Mekanika kuantum dapat menerangkan kelamahan teori atom Bohr tentang garis-garis terpisah yang sedikit berbeda panjang gelombangnya dan memperbaiki model atom Bohr dalam hal bentuk lintasan elektron dari yang berupa lingkaran dengan jari-jari tertentu menjadi orbital dengan bentuk ruang tiga dimensi yang tertentu.

Dalam mempelajari bilangan kuantum kita akan dihadapi dengan beberapa tahap agar terciptanya suatu kesetaraan. Mempelajari bilangan kuantum akan sangat bermanfaat karena jika telah menguasai jenis-jenis bilangan kuantum maka akan dengan mudah mempelajari kajian-kajian lain misalnya dalam konfigurasi elektron, dalam sistem periodik, keperiodikan unsur dan lain sebagainya lagi karena bilangan kuantum dapat dikatakan sebagai penunjang materi-materi lainnya.

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Bilangan kuantum  

Lintasan elektron dalam dalam model mekanika kuantum adalah berupa orbital. Untuk menyatakan kedudukan (tingkat energi, bentuk serta orientasi ) suatu orbital digunakan tiga bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimuth (l), dan bilangan kuntum magnetik (m). Selain ketiga bilangan kuantum tersebut ada bilangan kuantum spin (s) yang menunjukkan perputaran elektron pada sumbunya

1.      Bilangan kuantum utama

Bilangan kuantum utama (n) menyatakan tingkat energi utama atau kulit atom. Harga n untuk berbagai kulit elektron yaitu sebagai berikut.

Elektron pada kulit ke-1, memiliki harga n = 1.

Elektron pada kulit ke-2, memiliki harga n = 2.

Elektron pada kulit ke-3, memiliki harga n = 3.

Elektron pada kulit ke-4, memiliki harga n = 4.

2.      Bilngan kuantum azimuth (l)

Bilangan kuantum azimuth menyatakan subkulit. Harga l untuk beberapa subkulit adalah sebagai berikut:

Nilai-nilai untuk bilangan kuantum azimuth dikaitkan dengan bilangan kuantum utamanya, yaitu semua bilangan bulat dari 0 (nol), hingga (n-1).

Contoh:

Jika n = 1 maka l = 0.

Jika n = 2 maka l = 0, 1.

Jika n = 3 maka l = 0, 1, 2.

Jika n = 4, maka l = 0, 1, 2, 3.

3.      Bilangan kuantum magnetik (m)

Bilangan kuantum magnetik menyatakan orbital khusus mana yang ditempati elektron pada suatu subkulit. Nilai bilangan kuantum magnetik bergantung pada nilai bilangan kuantum azimuth, yaitu semua bilangan bulat mulai dari –l sampai dengan +l, termasuk 0.

Harga m untuk berbagai l atau subkulit dapat dilihat pada Tabel 2

Susunan orbital-orbital dalam satu subkulit dapat dinyataka dengan diagram orbital sebagai berikut:

    

4.      Bilangan kuantum spin (s)

Bilangan kuatum spin dengan lambang s, menyatakan arah perputaran elektron pada sumbunya. Bilangan kuantum suatu elektron di dalam orbital dapat memiliki harga spin +1/2 dan -1/2 , tetapi berdasarkan kesepakatan para tokoh kimia, untuk elektron pertama di dalam orbital harga spinnya +1/2 . 

B.     Bentuk Orbital

Bentuk orbital bergantung pada bilangan kuantum azimuth (l) artinya orbital dengan bilangan kuantum azimuth yang sama akan mempunyai bentuk yang sama.

·         Orbital s

Orbital 1s ditunjukkan dengan Gambar 2.

Gambar 2.a menunjukkan bahwa rapatan muatan maksimum adalah pada titik-titik di sekitar (dekat) inti. Rapatan berkurang secara eksponen dengan bertambahnya jarak dari inti. Pola bercak-bercak pada gambar 2.b menunjukkan bahwa rapatan muatan meluas secara simetris ke semua arah dengan jarak antar bercak yang berangsur meningkat. Secara teori,peluang untuk menemui elektron tidak pernah mencapai nol. Oleh karena itu tidak mungkin menggambarkan suatu orbital secara lengkap. Gambar 2.c menggambarkan orbital 1s dengan kontur 90%. Peluang terbesar menemukan elektron pada orbital 1s dari atom hidrogen adalah pada kulit lingkaran dengan jari-jari 0,53 A. Ini menunjukkan jari-jari yang sama dengan orbit Bohr yang pertama untu7k atom hidrogen. Untuk lebih memahami hal ini perhatikan gambar 2.d.

·         Orbital p

Orbital p terdiri atas 3 orbital, masing-masing berbentuk balon terpilin dengan arah dalam ruang sesuai dengan sumbu x, y, dan z. Perhatikan Gambar 3

·         Orbital d

Bentuk orbital d terdiri atas lima orbital yaitu dx2 –y2 , dxz, dz2 , dxy, dan dyz. Perhatikan Gambar 4.

·         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.

C.    Hubungan antara bilangan kuantum dengan jumlah orbital pada sub kulit

Hubungan bilangan kuantum azimut dengan bilangan kuantum magnetik.

Bilangan Kuantum Azimut	Tanda Orbital	Bilangan Kuantum Magnetik	Gambaran Orbital	Jumlah Orbital
0	S	0		1
1	P	-1, 0, +1		3
2	D	-2, -1, 0, +1, +2		5
3	F	-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3		7

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. Dan perlu diingat juga dengan mengabaikan tanda -/+ maka nilai m tidak mungkin lebih besar dari nilai l. 

D.    Aturan Pengisisn Jumlah Elektron Perkulit

Konfigurasi elektron merupakan distribusi elektron-elektron di dalam orbitalorbital suatu atom. Distribusi elektron didasarkan pada tingkat-tingkat energi dari
orbital. Konfigurasi elektron harus memenuhi berbagai aturan atau prinsip. Berikut
ini dijelaskan beberapa aturan atau prinsip tentang konfigurasi electron.

1.      Prinsip Aufbau

Subkulit atau orbital-orbital elektron mempunyai tingkat energi yang berbeda.
Tingkat-tingkat energi dan subkulit elektron dari periode ke-1 sampai ke-7
digambarkan seperti Gambar 1.5(a).

Menurut Aufbau, elektron dalam atom sedapat mungkin memiliki energi yang
terendah maka berdasarkan urutan tingkat energi orbital, pengisian konfigurasi
elektron dimulai dari tingkat energi yang paling rendah ke tingkat energi yang
tertinggi. Cara pengisian elektron pada subkulit dapat digambarkan seperti Gambar

Urutan subkulit dari energi terendah sampai tertinggi yaitu sebagai berikut.
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, 6f, 7d
Contoh:
Konfigurasi elektron dari atom-atom 2He, 3Li, 7N, 11Na, 18Ar, 22Ti, dan 26Fe adalah sebagai barikut:

            Prinsip Aufbau adalah:

Elektron-elektron dalam suatu atom selalu berusaha menempati subkulit yang
tingkat energinya rendah. Jika subkulit yang tingkat energinya rendah sudah
penuh, baru elektron berikutnya akan mengisi subkulit yang tingkat energinya
lebih tinggi.

2.      Prinsip Eksklusi atau Prinsip Larangan Pauli

Helium memiliki dua elektron yang terletak pada orbital yang sama. Kedua
elektron memiliki harga bilangan kuantum n, l, dan m yang sama, tetapi bilangan
kuantum s berbeda yaitu + ½ dan – ½

Harga bilangan kuantum masing-masing elektron pada He adalah: n = 1, l = 0, m = 0, s = + ½ dan n = 1, l = 0, m = 0, s = – ½

Atas dasar pengamatan ini ahli fisika Austria Wolfgang Pauli merumuskan suatu prinsip yang dikenal dengan prinsip eksklusi atau larangan Pauli.
Prinsip larangan Pauli adalah: Tidak ada dua elektron di dalam atom memiliki empat bilangan kuantum

3.      Aturan Hund

Konfigurasi elektron dapat pula ditulis dalam bentuk diagram orbital. Contoh
diagram orbital yaitu:1s 2s 2p

Elektron-elektron di dalam orbital-orbital suatu subkulit cenderung untuk tidak
berpasangan. Elektron-elektron pada subkulit akan berpasangan setelah semua
orbital terisi satu elektron. Misalnya konfigurasi elektron pada diagram orbital dari unsur O dengan nomor atom 8 adalah

Aturan pengisian elektron tersebut sesuai dengan aturan Hund. Aturan Hund
menyatakan:
Pada subkulit yang orbitalnya lebih dari satu, elektron-elektron akan mengisi
dulu semua orbital, sisanya baru berpasangan.

Contoh Soal

Buat konfigurasi elektron dan diagram orbital dari titanium, besi, nikel, dan tembaga
dengan nomor atom berturut-turut 22, 26, 28, dan 29!

Penyelesaian:

Penulisan konfigurasi elektron suatu atom dapat disingkat dengan menuliskan
lambang atom golongan VIIIA pada periode sebelumnya diikuti konfigurasi sisanya.

Contoh:

8O : 1s2 2s2 2p4 ditulis 8O : (He) 2s2 2p4

17Cl : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 ditulis 17Cl : (Ne) 3s2 3p5

23V : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3 ditulis 23V : (Ar) 4s2 3d3

BAB III

PENUTUP

A.    KESIMPULAN

Kimia merupakan suatu mata kuliah bagi mahasiswa dan suatu mata pelajaran bagi siswa yang didalamnya terdapat banyak sekali yang dapat dipelajari baik itu berupa unsur, senyawa ataupun berupa bentuk yang lainnya yag tentu dalam penggunaanya akan sangat bermanfaat bila dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu materi dari kimia sendiri yaitu bilangan kuantum yang akan dibahas oleh penulis.

Bilangan kuantum merupakan suatu cara untuk menentukan kedudukan suatu elektron dalam atom. Dimana dalam menentukannya tidak dilakukan secara asal-asalan, namun terdapat beberapa tahap dalam penyelesaiannya sendiri. Misalnya untuk menentukan kulit utama dalam suatu atom maka dapat dilakukan dengan penentuan bilangan kuantum dengan bilangan kuantum utama (n) dan begitu seterusnya.

B.     SARAN

Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna. Maka penulis mohon kritik dan saran guna perbaikan untuk masa yang akan datang.

DAFTAR PUSTAKA

CareraHerzigovina, Rio.2013. Model Atom Mekanika Kuantum/ Modern.(Online) (http://www.rainbow-chz.info/2012/02/model-atom-mekanika-kuantum-modern.html, Diakses 12 Maret 2013)

http://id.wikipedia.org/wiki/Asas_larangan_Pauli

Kita, Kimia.2000.Bilangan-Bilangan Kuantum.(Online) (http://bebas.vlsm.org/v12/sponsor/Sponsor-Pendamping/Praweda/Kimia/0225%20Kim%202-10c.htm , diakses pasa Rabu, 07 Maret 2013 )

Mraz, Jaltson.2013.Azas Larangan Pauli.(Online) (http://central-education.blogspot.com/2012/02/asas-larangan-pauli.html, diakses pada 10 Maret 2012)

Sudarmo, Unggul. 2006. Kimia untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta ; Phibeta

Share :