Mengenal Bilangan Kuantum

Sebelumnya kamu telah mempelajari teori atom mekanika kuantum. Teori atom mekanika kuantum akan membantu kamu dalam memberikan gambaran tentang keberadaan elektron di dalam atom. Dalam teori atom mekanika kuantum dijelaskan bahwa posisi elektron tidak dapat ditentukan secara pasti. Hanya probabilitas ditemukannya elektron di suatu daerah di dalam atom yang dapat ditentukan, dan daerah tersebut disebut sebagai orbital.

Bilangan kuantum merupakan hasil turunan dari penyelesaian matematik persamaan Schrödinger. Bilangan kuantum diperlukan untuk menjelaskan distribusi elektron dalam atom. Terdapat empat macam bilangan kuantum yaitu utama (n), azimuth (l), magnetik (m), dan spin (s). Untuk mengetahui lebih lanjut mengenai keempat bilangan tersebut, kamu dapat membaca pembahasan berikut ini.

Bilangan Kuantum Utama (n)

Bilangan kuantum utama menunjukkan kulit atom dan menjelaskan tingkat energi dari orbital yang ditempati oleh suatu elektron. Bilangan kuantum utama juga berhubungan dengan jarak rata–rata sebuah elektron terhadap inti atom. Semakin besar nilai n maka jarak rata–rata antar sebuah elektron terhadap inti atom semakin besar. Selain itu, semakin besar nilai n maka ukuran orbital juga semakin besar.

Bilangan kuantum utama memiliki nilai 1, 2, 3, … dan seterusnya.

n = 1, 2, 3, …

Bilangan Kuantum Azimuth (l)

Bilangan kuantum azimuth menunjukkan subkulit atom dan menentukan bentuk dari orbital yang ditempati oleh elektron. Untuk bentuk orbital akan kamu pelajari pada pembahasan mengenai bilangan kuantum magnetik. Bilangan kuantum azimuth ini memiliki nilai mulai dari 0 sampai (n – 1). Nilai l dipengaruhi oleh nilai bilangan kuantum utama (n).  Nilai maksimum l adalah (n – 1).

• Jika n = 1, maka l = 0 (terdapat satu subkulit)
• Jika n = 2, maka l = 0, 1 (terdapat dua subkulit)
• Jika n = 3, maka l = 0, 1, 2 (terdapat tiga subkulit)
• Jika n = 4, maka l = 0, 1, 2, 3 (terdapat empat subkulit)

Nilai l pada umumnya disimbolkan dengan huruf yaitu huruf s, p, d, dan f.

Untuk l = 4, 5, dan seterusnya maka simbol huruf yang digunakan adalah g, h, dan seterusnya mengikuti urutan alfabet.

Baca juga: Struktur Atom

Bilangan Kuantum Magnetik (m)

Bilangan kuantum magnetik menjelaskan orientasi orbital dalam ruang. Bilangan kuantum magnetik bergantung pada nilai l, dan memiliki rentang nilai mulai dari –l sampai +l.

m = -l, …., 0, ….., +l

Banyaknya nilai dari bilangan kuantum magnetik menunjukkan jumlah dari orbital yang ada dalam subkulit.

• Jika l = 0, maka m = 0 ( jumlah orbital satu)
• Jika l = 1, maka m = -1, 0, 1 (jumlah orbital tiga)
• Jika l = 2, maka m = -2, -1, 0, 1, 2 (jumlah orbital lima)
• Jika l = 3, maka m = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 (jumlah orbital tujuh)

Orbital s: Hanya ada satu orbital

Orbital p: Terdapat tiga orbital, dengan orientasi p_x, p_y, dan p_z

Orbital d: Terdapat empat orbital, dengan orientasi d_yz, d_xz, d_xy, d_x²-d_z², dan d_z²

Orbital f: Terdapat tujuh orbital, dengan orientasi f_z³, f_xz², f_yz², f_xyz, f_{z (x}²_-y²₎, f_{x (x}²_-3y²₎,                  dan f_{y (y}²_-3x²₎

Bilangan Kuantum Spin (s)

Bilangan kuantum spin tidak berkaitan dengan bilangan–bilangan kuantum sebelumnya. Bilangan kuantum spin menunjukkan arah perputaran elektron terhadap inti atom (rotasi). Ada dua kemungkinan arah rotasi elektron yaitu searah jarum jam dan berlawanan arah dengan jarum jam. Sehingga nilai dari bilangan kuantum spin ini adalah  s = +1/2 (searah jarum jam), atau s = -1/2 (berlawanan arah dengan jarum jam).

Tabel hubungan antara bilangan kuantum utama, azimuth, dan magnetik dengan orbital:

Contoh Soal

Agar kamu dapat lebih memahami materi mengenai bilangan kuantum ini, kamu dapat mempelajari contoh soal berikut ini.

1. Sebuah elektron berada pada subkulit 3d, tentukanlah bilangan kuantum utama, bilangan kuantum azimuth dan kemungkinan bilangan kuantum magnetiknya.

Jawaban:

Karena elektron berada pada subkulit 3d, maka n = 3, l = 2. Nilai m yang mungkin = -2, -1, 0, 1, 2.

2. Jika sebuah elektron menempati orbital dengan nilai dari bilangan kuantum magnetik          (m) = -1, maka tentukan tiga kemungkinan nilai dari bilangan kuantum utama (n),            kuantum azimuth (l), dan bilangan kuantum spin (s).

Jawaban:

Kemungkinan nilai n = 2, 3, 4.

Kemungkinan nilai l: jika n = 2, maka l = 0, 1. Jika n = 3, maka l = 0, 1, 2. Jika n = 4, maka l = 0, 1, 2, 3.

Kemungkinan nilai s: s = +1/2 atau s = -1/2.

Baca juga: Yuk Mengenal Teori Atom

Pemahaman Akhir

Kuantum dapat disimpulkan bahwa bilangan kuantum utama (n) menjelaskan tingkat energi dan jarak rata-rata elektron terhadap inti atom. Bilangan kuantum azimuth (l) menentukan bentuk orbital dan nilainya dipengaruhi oleh bilangan kuantum utama. Bilangan kuantum magnetik (m) menggambarkan orientasi orbital dalam ruang, dan nilainya bergantung pada bilangan kuantum azimuth. Bilangan kuantum spin (s) menunjukkan arah perputaran elektron terhadap inti atom.

Dengan memahami bilangan kuantum ini, kita dapat memahami dan menjelaskan distribusi elektron dalam atom. Konsep ini penting dalam mempelajari struktur atom dan sifat-sifat kimia unsur-unsur. Melalui penentuan nilai bilangan kuantum, kita dapat memperoleh informasi mengenai kulit, subkulit, bentuk orbital, dan orientasi orbital yang ditempati oleh elektron-elektron dalam suatu atom.

Pemahaman mengenai teori atom mekanika kuantum dan bilangan kuantum sangat penting dalam memahami sifat-sifat materi dan interaksi antaratom. Melalui penelitian dan eksperimen, para ilmuwan terus memperdalam pemahaman kita tentang struktur atom dan dunia mikroskopis.

Demikianlah pembahasan mengenai bilangan kuantum. Keempat bilangan kuantum ini akan membantu kamu dalam mempelajari materi selanjutnya mengenai konfigurasi elektron. Semoga pembahasan ini dapat bermanfaat.

Selamat belajar.

Referensi:

Brown, Theodore L. (2011). Chemistry the Central of Science 12^th Edition. Pearson Prentince Hall.

Chang, Raymond. (2010). Chemistry 10^th Edition. New York: McGraw-Hill.

Whitten. (2013). Chemistry 12^th Edition. Brooks Cole.