BILANGAN KUANTUM DAN BENTUK ORBITAL
Model Atom Mekanika
Gelombang
Pada tahun 1913, Niels Bohr mengajukan suatu model atom untuk mengatasi
kelemahan dari model atom Rutherford. Bohr melakukan serangkaian percobaan atas
dasar postulat Planck tentang cahaya dan spektrum hidrogen yang terdiri dari
garis-garis. Kemudian lahirlah teori atom Bohr yang Menyatakan:
- Elektron dalam atom mempunyai tingkat energi tertentu atau elektron bergerak mengelilingi inti dalam lintasan tertentu.
- Pada lintasannya elektron tidak menyerap atau memancarkan energi.
- Elektron dapat pindah dari satu tingkat ke tingkat energi yang lain. Jika elektron pindah ke tingkat energi yang lebih tinggi elektron tersebut dikatakan dalam keadaan tereksitasi.
Teori atom Bohr ini belum mampu menjelaskan atom-atom berelektron
banyak.Spektrum garis hidrogen ternyata terdiri atas garis-garis kecil yang
sangat berdekatan. Para ahli berusaha memecahkan masalah ini.
Pada tahun 1923 Louis de Broglie mengemukakan bahwa semua materi memiliki
sifat gelombang dan setiap partikel yang bergerak memiliki sifat gelombang
dengan panjang gelombang tertentu. Elektron yang bergerak mengelilingi inti,
gerakannya seperti sebuah gelombang, keberadaan dalam lintasannya tidak pasti.
Hal ini tidak sesuai dengan yang dikemukakan Bohr yaitu elektron bergerak pada
lintasan tertentu.
Pada tahun 1926 Erwin Schrodinger dan Werner Heisenberg mengemukakan teori
bahwa lokasi elektron dalam atom tidak dapat ditentukan secara pasti, yang
dapat ditentukan hanyalah daerah Kemungkinan keberadaan elektron. Oleh karena
keberadaan elektron diperkirakan dengan mekanika kuantum maka teori ini disebut
teori atom mekanika kuantum. Fungsi gelombang dari elektron di dalam atom
disebut dengan istilah orbital. Orbital – orbital atom mempunyai bentuk dan
tinngkat energi tertentu. Fungsi gelombang kuadrat ( ψ2 )
menggambarkan kebolehjadian terbesar ( probabilitas ) untuk menemukan elekton
di sekitar inti atom.
Orbital merupakan tingkat energi
dari suatu ruang yang mempunyai kebolehjadian terbesar ( probabilitas ) untuk
menemukan elektron disekitar inti atom.
Model atom Bohr merupakan model satu dimensi ( orbit ) yang menggunakan
satu bilangan kuantum ( n ) untuk
menggambarkan sebaran elektron didalam atom, sedangkan model atom mekanika
gelombang menggambarkan probabilitas menemukan elektron dalam model tiga
dimensi ( orbital ). Oleh karena itu, untuk menggambarkan orbital atom
memerlukan tiga koordinat atau tiga bilangan
kuantum, yang meliputi bilangan kuantum utama ( n ), bilangan kuantum azimut (
l ) dan bilangan kuantum magnetik ( m
).
a.
Bilangan Kuantum Utama (n)
Menentukan besarnya tingkat energi suatu elektron yang
mencirikan ukuran orbital (menyatakan tingkat energi utama atau kulit atom).
Bilangan kuantum utama memiliki harga mulai dari 1, 2, 3, 4,….dst (bilangan
bulat positif). Biasanya dinyatakan dengan lambang, misalnya K(n=1), L(n=2),
dst. Orbital–orbital dengan bilangan kuantum utama berbeda, mempunyai tingkat
energi yang berbeda. Makin besar bilangan kuantum utama, kulit makin jauh dari
inti, dan makin besar pula energinya. Hubungan antara kulit dengan bilangan
kuantum utama digambarkan sebagai berikut :
Tabel 1.1 hubungan antara kulit dengan bilangan kuntum utama
b. Bilangan Kuantum Azimut (l)
Mekanika gelombang menunjukkan sub kulit dimana
elektron itu bergerak sekaligus menunjukkan sub kulit yang merupakan penyusun
suatu kulit.
Bilangan kuantum azimut mempunyai harga dari 0 sampai dengan (n-1).
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
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
Bilangan
kuantum azimut disebut juga bilangan kuantum momentum angular, bilangan kuantum
ini berhubungan dengan bentuk orbital. Artinya nilai l yang berbeda menunjukan
bentuk orbital yang berbeda pula. Nilai l adalah dari 0 hingga n-1. Adapun
bentuk orbital dengan nilai bilangan kuantum azimuth 1 sampai 3 adalah sebagai
berikut:
l = 0
bentuk orbitalnya disebut “orbital s” (s = sharp)l = 1 bentuk orbitalnya disebut “orbital p” (p = principle)
l = 2 bentuk orbitalnya disebut “orbital d” (d = diffuse)
l = 3 bentuk orbitalnya disebut “orbital f” (f = fundamental)
c. Bilangan Kuantum magnetik (m)
Menyatakan orbital khusus mana yang ditempati elektron pada
suatu subkulit. Selain itu juga dapat menyatakan orientasi khusus dari
orbital itu dalam ruang relatif terhadap inti. Nilai bilangan kuantum magnetik
bergantung pada bilangan kuantum azimuth, yaitu bilangan bulat dari –l
sampai +l.
Contoh:
l = 0, maka nilai m = 0 berarti
hanya terdapat 1 orbital
l = 1, maka nilai m = –1, 0, +1,
berarti terdapat 3 orbital
Hubungan antara l dan harga m
digambarkan sebagai berikut :
Tabel 1.2 Harga m untuk berbagai subkulit
Harga bilangan kuantum
n, l, danm untuk berbagai bilangan kuantum dapat digambarkan seperti Tabel 1.3.
Tabel 1.3 Harga bilangan kuantum n, l, dan m untuk berbagai
bilangan kuantum
Bilangan
kuantum ini menunjukan orientasi orbital di dalam ruang relative dengan
kedudukan orbital yang lain dalam atom. Besarnya nilai m ditentukan dari “+l”
hingga “-l”. Artinya untuk l = 0 maka
nilai m nya adalah 0, untuk l=1 maka nilai m nya adalah -1,0, dan 1. Jadi setiap nilai m menunjukan satu ruang orbital di dalam sub kulit atom. Perhatikan
contoh berikut: l = 0 bentuk orbitalnya disebut “orbital s” dan nilai m yang mungkin adalah 0 sehingga orbital s hanya
memiliki 1 ruang orbital
l = 1 bentuk orbitalnya disebut “orbital p” dan nilai m yang mungkin
adalah -1, 0, dan 1 sehingga orbital p memiliki 3 ruang orbital p dengan
orientasi yang berbeda yaitu Px, Py, Pz.
l = 2 bentuk
orbitalnya disebut “orbital d” dan nilai m yang mungkin adalah -2,-1, 0, 1, dan
2, sehingga orbital d memiliki 5 ruang orbital d dengan orientasi yang berbeda,
yaitu dxz, dyz, dxy, dx2-y2
dan dz2.
l
= 3 bentuk orbitalnya disebut “orbital f” dan nilai m yang mungkin adalah
-3,-2,-1, 0, 1, 2, dan 3, sehingga orbital f memiliki 7 ruang orbital dengan
orientasi yang berbeda.
Untuk menentukan kedudukan suatu
elektron dalam atom, digunakan 4 bilangan kuantum.
d. Bilangan Kuantum Spin (s)
Bilangan
kuantum ke-4 ini diusulkan oleh George Uhlenbeck, Samuel Goudsmit Otto
Stern, dan Walter Gerlach pada tahun 1925.
Bilangan kuantum spin terlepas dari pengaruh momentum sudut. Hal ini berarti
bilangan kuantum spin tidak berhubungan secara langsung dengan tiga bilangan
kuantum yang lain. Bilangan kuantum spin bukan merupakan penyelesaian dari
persamaan gelombang, tetapi didasarkan pada pengamatan Otto Stern
dan Walter Gerlach terhadap spektrum yang dilewatkan pada
medan magnet, ternyata terdapat dua spektrum yang terpisah dengan kerapatan
yang sama. Terjadinya pemisahan garis spektrum oleh medan magnet
dimungkinkan karena elektron-elektron tersebut selama mengelilingi inti
berputar pada sumbunya dengan arah yang berbeda. Berdasarkan hal ini diusulkan
adanya bilangan kuantum spin untuk menandai arah putaran (spin) elektron pada
sumbunya.
Bilangan
Kuantum Spin menyatakan arah putar elektron terhadap sumbunya sewaktu elektron
berputar mengelilingi inti atom. Jadi, hanya ada dua kemungkinan arah
rotasi elektron, yaitu searah jarum jam dan berlawanan dengan arah jarum jam,
maka probabilitas elektron berputar searah jarum jam adalah ½ dan berlawanan
jarum jam 1/2 . Untuk membedakan arah putarnya maka diberi tanda positif (+½)
dinyatakan dengan arah panah ke atas dan negatif (–½ ) dinyatakan dengan arah
panah ke bawah. Oleh karena itu dapat dimengerti bahwa satu orbital hanya dapat
ditempati maksimum dua elektron
Perhatikan
Gambar 1.1
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.
Berdasarkan harga bilangan kuantum
dapat ditentukan berapa jumlah elektron maksimum yang dapat menempati subkulit
dan kulit. Perhatikan Tabel 1.4.
Tabel 1.4 Harga Masing- Masing Bilangan
Kuantum
Tidak ada komentar:
Posting Komentar