Materi Kimia - Hipotesis Louis de Broglie dan azas ketidakpastian dari Heisenberg merupakan dasar dari model Mekanika Kuantum (gelombang) yang dikemukakan oleh Erwin Schrodinger pada tahun 1927, yang mengajukan konsep orbital untuk menyatakan kedudukan elektron dalam atom. Orbital menyatakan suatu daerah dimana elektron paling mungkin (peluang terbesar) untuk ditemukan.
Schrodinger sependapat dengan Heisenberg bahwa kedudukan elektron dalam atom tidak dapat ditentukan secara pasti. Hal yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada suatu titik pada jarak tertentu dari intinya.
Ruangan di dalam atom yang memiliki kebolehjadian terbesar ditemukannya elektron disebut orbital. Dalam mekanika kuantum, model orbital atom digambarkan menyerupai “awan”. Beberapa orbital bergabung membentuk kelompok yang disebut subkulit.
Persamaan gelombang ( Ψ= psi ) dari Erwin Schrodinger menghasilkan tiga bilangan gelombang (bilangan kuantum) untuk menyatakan kedudukan (tingkat energi, bentuk, dan orientasi) suatu orbital, yaitu: bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimut (l) dan bilangan kuantum magnetik (m), dan bilangan kuantum spin (s).
Bilangan kuantum adalah bilangan yang menyatakan kedudukan atau posisi elektron dalam atom yang diwakili oleh suatu nilai yang menjelaskan kuantitas kekal dalam sistem dinamis. Bilangan kuantum menggambarkan sifat elektron dalam orbital.
Bilangan kuantum menentukan tingkat energi utama atau jarak dari inti, bentuk orbital, orientasi orbital, dan spin elektron. Setiap sistem kuantum dapat memiliki satu atau lebih bilangan kuantum. Bilangan kuantum merupakan salah satu ciri khas dari model atom mekanika kuantum atau model atom modern yang dicetuskan oleh Ernest Schrodinger. Dalam mekanika kuantum, bilangan kuantum diperlukan untuk menggambarkan distribusi elektron dalam atom hidrogen dan atom-atom lain.
Bilangan-bilangan ini diturunkan dari solusi matematis persamaan Schrodinger untuk atom hidrogen. Jenis bilangan kuantum adalah seperti berikut.
a. Bilangan kuantum utama (n) yang menyatakan tingkat energi.
b. Bilangan kuantum azimut/momentum sudut (l) yang menyatakan bentuk orbital.
c. Bilangan kuantum magnetik (m) yang menyatakan orientasi orbital dalam ruang tiga dimensi.
d. Bilangan kuantum spin (s) yang menyatakan spin elektron pada sebuah atom.
Kulit K L M N
Nilai n 1 2 3 4
Bilangan kuantum utama (primer) digunakan untuk menyatakan tingkat energi utama yang dimiliki oleh elektron dalam sebuah atom. Bilangan kuantum utama tidak pernah bernilai nol. Bilangan kuantum utama dapat mempunyai nilai semua bilangan positif, yaitu 1, 2, 3, 4 dan seterusnya. Sedangkan kulit atom dinyatakan dengan huruf K,L,M,N dan seterusnya.
Contoh
n = 1 elektron berada pada kulit K
n = 2 elektron berada pada kulit L
n = 3 elektron berada pada kulit M
n = 4 elektron berada pada kulit N, dan seterusnya
Bilangan kuantum utama juga berhubungan dengan jarak rata-rata elektron dari inti dalam orbital tertentu. Semakin besar n, semakin besar jarak rata-rata elektron dalam orbital tersebut dari inti dan oleh karena itu semakin besar orbitalnya.
Bilangan kuantum azimut sering disebut bilangan kuantum anguler (sudut). Energi sebuah elektron berhubungan dengan gerakan orbital yang digambarkan dengan momentum sudut. Momentum sudut tersebut dikarakterisasi menggunakan bilangan kuantum azimut. Bilangan azimut menyatakan bentuk suatu orbital dengan simbol (l) "huruf L kecil". Bilangan kuantum azimut juga berhubungan dengan jumlah subkulit. Nilai ini menggambarkan subkulit yang dimana elektron berbeda. Untuk subkulit s,p,d,f bilangan kuantum azimut berturut-turut adalah 0,1,2,3. Nilai bilangan kuantum azimut atau "l" ini bergantung pada nilai bilangan kuantum utama atau "n" .
Untuk nilai n tertentu, l mempunyai nilai bilangan bulat yang mungkin dari 0 sampai (n-1). Bila n-1, hanya ada satu nilai l yakni l =n-1=1-1=0. Bila n=2, ada dua nilai l, yakni 0 dan 1. Bila n=3, ada tiga nilai l, yakni 0,1, dan 2. Nilai-nilai l biasanya ditandai dengan huruf s,p,d,f... sebagai berikut :
L 0 1 2 3
Nama orbital
S P D F
Jadi, bila l = 0, kita mempunyai sebuah orbital s; bila l = 1, kita mempunyai orbilat f dan seterusnya. Sekumpulan orbital-orbital dengan nilai n yang sama seringkali disebut kulit. Satu atau lebih orbital dengan nilai n dan l yang sama dirujuk selalu subkulit. Misalnya, kulit dengan n = 2 terdiri atas 2 subkulit, l = 0 dan 1 (nilai-nilai l yang diizinkan untuk n = 2). Subkulit-subkulit ini disebut subkulit 2s dan subkulit 2p dimana 2 melambangkan nilai n, sedangan s dan p melambangkan nilai l. Tabel 3.1 menunjukkan keterkaitan jumlah kulit dengan banyaknya subkulit serta jenis subkulit dalam suatu atom.
Bilangan kuantum magnetik menyatakan tingkah laku elektron dalam medan magnet. Tidak adanya medan magnet luar membuat elektron atau orbital mempunyai nilai n dan l yang sama, tetapi berbeda m. Namun, dengan adanya medan magnet, nilai tersebut sedikit berubah. Hal ini dikarenakan timbulnya interaksi antara medan magnet sendiri dan medan magnet luar. Bilangan kuantum magnetik ada karena momentum sudut elektron, gerakannya berhubungan aliran arus listrik. Karena interaksi ini, elektron menyesuaikan diri di wilayah tertentu sekitar inti. Daerah tersebit dikenal sebagai orbital.
Orientasi elektron di sekitar inti dapat ditentukan dengan menggunakan bilangan kuantum magnetik (m). Di dalam satu subkulit, nilai m bergantung pada nilai bilangan kuantum azimut/momentum sudut l. Untuk nilai l tertentu, ada (2l + 1) nilai bulat m sebagai berikut: -l, (-l + 1), ..., 0 , ... , (+l - 1), +l
Bila l = 0, m = 0. Bila l = 1, terdapat tiga nilai m, yaitu -1, 0, dan -1. Bila l = 2, terdapat lima nilai m yaitu -2, -1, 0, +1, dan +2. Jumlah m menunjukkan jumlah orbital dalam subkulit dengan nilai l tertentu.
Bilangan kuantum spin menyatakan momentum sudut suatu partikel. Spin mempunyai simbol "s" atau sering ditulis dengan ms (bilangan kuantum spin magnetik). Suatu elektron dapat mempunyai bilangan kuantum spin s = +1/2 atau -1/2. Nilai positif atau negatif dari spin menyatakan spin atau rotasi partikel pada sumbu.
Sebagai contoh, untuk nilai s=+1/2 berarti berlawanan arah jarum jam (ke atas), sedangkan s=-1/2 berarti searah jarum jam (ke bawah). Diambil nilai setengah karena hanya ada dua peluang orientasi, yaitu atas dan bawah. Dengan demikian, peluang untuk mengarah ke atas adalah 50% dan peluang untuk ke bawah adalah 50%.
Schrodinger sependapat dengan Heisenberg bahwa kedudukan elektron dalam atom tidak dapat ditentukan secara pasti. Hal yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada suatu titik pada jarak tertentu dari intinya.
Ruangan di dalam atom yang memiliki kebolehjadian terbesar ditemukannya elektron disebut orbital. Dalam mekanika kuantum, model orbital atom digambarkan menyerupai “awan”. Beberapa orbital bergabung membentuk kelompok yang disebut subkulit.
Persamaan gelombang ( Ψ= psi ) dari Erwin Schrodinger menghasilkan tiga bilangan gelombang (bilangan kuantum) untuk menyatakan kedudukan (tingkat energi, bentuk, dan orientasi) suatu orbital, yaitu: bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimut (l) dan bilangan kuantum magnetik (m), dan bilangan kuantum spin (s).
Bilangan kuantum adalah bilangan yang menyatakan kedudukan atau posisi elektron dalam atom yang diwakili oleh suatu nilai yang menjelaskan kuantitas kekal dalam sistem dinamis. Bilangan kuantum menggambarkan sifat elektron dalam orbital.
Bilangan kuantum menentukan tingkat energi utama atau jarak dari inti, bentuk orbital, orientasi orbital, dan spin elektron. Setiap sistem kuantum dapat memiliki satu atau lebih bilangan kuantum. Bilangan kuantum merupakan salah satu ciri khas dari model atom mekanika kuantum atau model atom modern yang dicetuskan oleh Ernest Schrodinger. Dalam mekanika kuantum, bilangan kuantum diperlukan untuk menggambarkan distribusi elektron dalam atom hidrogen dan atom-atom lain.
Bilangan-bilangan ini diturunkan dari solusi matematis persamaan Schrodinger untuk atom hidrogen. Jenis bilangan kuantum adalah seperti berikut.
a. Bilangan kuantum utama (n) yang menyatakan tingkat energi.
b. Bilangan kuantum azimut/momentum sudut (l) yang menyatakan bentuk orbital.
c. Bilangan kuantum magnetik (m) yang menyatakan orientasi orbital dalam ruang tiga dimensi.
d. Bilangan kuantum spin (s) yang menyatakan spin elektron pada sebuah atom.
Kulit K L M N
Nilai n 1 2 3 4
Bilangan kuantum utama (primer) digunakan untuk menyatakan tingkat energi utama yang dimiliki oleh elektron dalam sebuah atom. Bilangan kuantum utama tidak pernah bernilai nol. Bilangan kuantum utama dapat mempunyai nilai semua bilangan positif, yaitu 1, 2, 3, 4 dan seterusnya. Sedangkan kulit atom dinyatakan dengan huruf K,L,M,N dan seterusnya.
Contoh
n = 1 elektron berada pada kulit K
n = 2 elektron berada pada kulit L
n = 3 elektron berada pada kulit M
n = 4 elektron berada pada kulit N, dan seterusnya
Bilangan kuantum utama juga berhubungan dengan jarak rata-rata elektron dari inti dalam orbital tertentu. Semakin besar n, semakin besar jarak rata-rata elektron dalam orbital tersebut dari inti dan oleh karena itu semakin besar orbitalnya.
Bilangan kuantum azimut sering disebut bilangan kuantum anguler (sudut). Energi sebuah elektron berhubungan dengan gerakan orbital yang digambarkan dengan momentum sudut. Momentum sudut tersebut dikarakterisasi menggunakan bilangan kuantum azimut. Bilangan azimut menyatakan bentuk suatu orbital dengan simbol (l) "huruf L kecil". Bilangan kuantum azimut juga berhubungan dengan jumlah subkulit. Nilai ini menggambarkan subkulit yang dimana elektron berbeda. Untuk subkulit s,p,d,f bilangan kuantum azimut berturut-turut adalah 0,1,2,3. Nilai bilangan kuantum azimut atau "l" ini bergantung pada nilai bilangan kuantum utama atau "n" .
Untuk nilai n tertentu, l mempunyai nilai bilangan bulat yang mungkin dari 0 sampai (n-1). Bila n-1, hanya ada satu nilai l yakni l =n-1=1-1=0. Bila n=2, ada dua nilai l, yakni 0 dan 1. Bila n=3, ada tiga nilai l, yakni 0,1, dan 2. Nilai-nilai l biasanya ditandai dengan huruf s,p,d,f... sebagai berikut :
L 0 1 2 3
Nama orbital
S P D F
Jadi, bila l = 0, kita mempunyai sebuah orbital s; bila l = 1, kita mempunyai orbilat f dan seterusnya. Sekumpulan orbital-orbital dengan nilai n yang sama seringkali disebut kulit. Satu atau lebih orbital dengan nilai n dan l yang sama dirujuk selalu subkulit. Misalnya, kulit dengan n = 2 terdiri atas 2 subkulit, l = 0 dan 1 (nilai-nilai l yang diizinkan untuk n = 2). Subkulit-subkulit ini disebut subkulit 2s dan subkulit 2p dimana 2 melambangkan nilai n, sedangan s dan p melambangkan nilai l. Tabel 3.1 menunjukkan keterkaitan jumlah kulit dengan banyaknya subkulit serta jenis subkulit dalam suatu atom.
Bilangan kuantum magnetik menyatakan tingkah laku elektron dalam medan magnet. Tidak adanya medan magnet luar membuat elektron atau orbital mempunyai nilai n dan l yang sama, tetapi berbeda m. Namun, dengan adanya medan magnet, nilai tersebut sedikit berubah. Hal ini dikarenakan timbulnya interaksi antara medan magnet sendiri dan medan magnet luar. Bilangan kuantum magnetik ada karena momentum sudut elektron, gerakannya berhubungan aliran arus listrik. Karena interaksi ini, elektron menyesuaikan diri di wilayah tertentu sekitar inti. Daerah tersebit dikenal sebagai orbital.
Orientasi elektron di sekitar inti dapat ditentukan dengan menggunakan bilangan kuantum magnetik (m). Di dalam satu subkulit, nilai m bergantung pada nilai bilangan kuantum azimut/momentum sudut l. Untuk nilai l tertentu, ada (2l + 1) nilai bulat m sebagai berikut: -l, (-l + 1), ..., 0 , ... , (+l - 1), +l
Bila l = 0, m = 0. Bila l = 1, terdapat tiga nilai m, yaitu -1, 0, dan -1. Bila l = 2, terdapat lima nilai m yaitu -2, -1, 0, +1, dan +2. Jumlah m menunjukkan jumlah orbital dalam subkulit dengan nilai l tertentu.
Bilangan kuantum spin menyatakan momentum sudut suatu partikel. Spin mempunyai simbol "s" atau sering ditulis dengan ms (bilangan kuantum spin magnetik). Suatu elektron dapat mempunyai bilangan kuantum spin s = +1/2 atau -1/2. Nilai positif atau negatif dari spin menyatakan spin atau rotasi partikel pada sumbu.
Sebagai contoh, untuk nilai s=+1/2 berarti berlawanan arah jarum jam (ke atas), sedangkan s=-1/2 berarti searah jarum jam (ke bawah). Diambil nilai setengah karena hanya ada dua peluang orientasi, yaitu atas dan bawah. Dengan demikian, peluang untuk mengarah ke atas adalah 50% dan peluang untuk ke bawah adalah 50%.