Materi :
Bilangan Kuantum Bagian 2
Sub Materi :
1. Pendahuluan
2. Jenis-Jenis Bilangan Kuantum
3. Orbital Atom
Pengantar Materi
Bilangan kuantum adalah serangkaian bilangan yang menggambarkan kedudukan dan sifat elektron dalam atom berdasarkan model mekanika kuantum. Ada empat jenis bilangan kuantum: utama (n), yang menentukan kulit energi; azimut (ell ), yang menentukan bentuk orbital; magnetik (m), yang menentukan orientasi orbital; dan spin (s), yang menentukan arah putaran elektron.
Pendahuluan
Bilangan kuantum adalah nilai-nilai yang digunakan untuk mendeskripsikan secara lengkap kedudukan dan sifat elektron di dalam suatu atom.
Bilangan ini merupakan ciri fundamental dari teori mekanika kuantum yang dikembangkan oleh Erwin Schrödinger, yang digunakan untuk menggambarkan distribusi elektron pada atom hidrogen dan atom lainnya.
Secara fungsional, bilangan kuantum berfungsi untuk menjelaskan beberapa aspek kekal dari elektron dalam orbital, yaitu:
- Tingkat Energi Utama: Menentukan tingkat energi utama yang ditempati elektron, yang juga memengaruhi jarak elektron dari inti atom.
- Bentuk Orbital: Menggambarkan bentuk spesifik dari orbital tempat elektron berada.
- Orientasi Orbital: Menyatakan orientasi orbital tersebut di dalam ruang tiga dimensi.
- Spin Elektron: Menggambarkan arah rotasi atau spin dari elektron itu sendiri.
Setiap sistem kuantum dapat dicirikan oleh satu atau lebih bilangan kuantum.
Jenis-Jenis Bilangan Kuantum
Ada empat jenis bilangan kuantum yang mendeskripsikan sifat dan kedudukan elektron dalam atom: utama (n), azimut (l), magnetik (m), dan spin (s). Tiga yang pertama menentukan kedudukan, sementara yang terakhir menentukan arah putaran elektron.
1. Bilangan Kuantum Utama (n)
- Menyatakan: Ukuran, bentuk, dan tingkat energi kulit elektron.
- Nilai: Bilangan bulat positif: 1,2,3, dan seterusnya.
- Notasi Kulit: n=1 adalah Kulit K, n=2 adalah Kulit L, n=3 adalah Kulit M, dan seterusnya. Semakin besar n, semakin jauh kulit dari inti dan semakin besar ukurannya.
- Jumlah Elektron Maksimum: Dihitung dengan rumus 2n2.
- n=1 (Kulit K): 2(12)=2 elektron.
- n=2 (Kulit L): 2(22)=8 elektron.
- n=3 (Kulit M): 2(32)=18 elektron.
2. Bilangan Kuantum Azimut (l)
- Menyatakan: Bentuk ruang orbital dan subtingkat energi (subkulit) dalam setiap kulit utama.
- Nilai: Dimulai dari 0,1,2,3, hingga (n−1). Nilai l tidak boleh lebih besar dari (n−1).
- Simbol Subkulit: Setiap nilai l melambangkan subkulit tertentu:
- l=0⟹ subkulit s
- l=1⟹ subkulit p
- l=2⟹ subkulit d
- l=3⟹ subkulit f
- Hubungan dengan n:
- Kulit K (n=1) memiliki l=0 (subkulit 1s).
- Kulit L (n=2) memiliki l=0,1 (subkulit 2s, 2p).
- Kulit M (n=3) memiliki l=0,1,2 (subkulit 3s, 3p, 3d).
3. Bilangan Kuantum Magnetik (m)
- Menyatakan: Jumlah orbital dalam subkulit dan orientasi (arah) orbital dalam ruang.
- Nilai: Tergantung pada nilai l, mencakup semua bilangan bulat dari −l sampai +l, termasuk 0.
- Hubungan dengan l (Jumlah Orbital dan Elektron Maksimum):
- l=0 (s): m=0 (1 orbital). Maksimum 1×2=2 elektron.
- l=1 (p): m=−1,0,+1 (3 orbital). Maksimum 3×2=6 elektron.
- l=2 (d): m=−2,−1,0,+1,+2 (5 orbital). Maksimum 5×2=10 elektron.
- Setiap orbital hanya dapat diisi maksimal 2 elektron.
4. Bilangan Kuantum Spin (s)
- Menyatakan: Arah putaran (rotasi) elektron pada porosnya sendiri. Bilangan ini tidak bergantung pada n, l, atau m.
- Nilai: Hanya memiliki dua nilai yang menunjukkan arah spin berlawanan:
- s=+1/2 (spin searah jarum jam, biasanya dilambangkan panah ↑).
- s=−1/2 (spin berlawanan arah jarum jam, biasanya dilambangkan panah ↓).
- Aturan Orbital: Setiap orbital diisi maksimum 2 elektron, dan kedua elektron tersebut harus memiliki spin yang berlawanan (+1/2 dan −1/2).
Orbital Atom
Orbital atom adalah konsep kunci dalam kimia dan fisika modern yang menggantikan gagasan orbit elektron klasik.
Definisi dan Peran Orbital Atom
- Definisi Matematis: Orbital atom adalah fungsi matematika yang menggambarkan perilaku elektron (atau sepasang elektron) sebagai gelombang di dalam atom.
- Peran Probabilitas: Fungsi ini memungkinkan penghitungan probabilitas penemuan elektron di sekitar inti atom pada daerah spesifik mana pun.
- Representasi: Istilah “orbital atom” juga merujuk langsung pada daerah spesifik di sekitar inti (berbentuk grafik tiga dimensi) di mana kemungkinan menemukan elektron paling tinggi.
- Keadaan Kuantum: Secara spesifik, orbital menyatakan keadaan-keadaan kuantum yang mungkin bagi elektron.
Orbital vs. Orbit (Analogi)
- Bukan Lintasan Padat: Berbeda dengan orbit planet yang merupakan lintasan padat mengelilingi Matahari, elektron tidak dapat digambarkan sebagai partikel padat, sehingga orbital bukan lintasan.
- Analogi yang Lebih Akurat: Perilaku elektron dalam orbital lebih mirip dengan atmosfer (awan elektron) di sekeliling planet kecil (inti atom), menggambarkan volume ruang, bukan lintasan pasti.
Sejarah dan Penamaan
- Asal-usul Teori: Gagasan ini berakar dari hipotesis awal Hantaro Nagaoka (1904) dan Niels Bohr (1913), tetapi fungsi matematis orbital atom modern dihasilkan dari penyelesaian persamaan Schrödinger pada tahun 1926.
- Istilah: Istilah “orbital” diciptakan oleh Robert Mulliken pada tahun 1932 untuk menggantikan istilah “orbit” (mekanika klasik).
- Deskripsi Kuantum: Orbital atom dideskripsikan oleh tiga bilangan kuantum (n,l,m) yang berkorespondensi dengan energi, momentum sudut, dan arah momentum sudut.
- Nama Klasik: Tiap orbital memiliki nama klasik (s,p,d,f) yang berasal dari karakteristik garis spektroskopi yang diamati:
- s ⟹ sharp
- p ⟹ principal
- d ⟹ diffuse
- f ⟹ fundamental
- Kapasitas: Setiap orbital (ditentukan oleh satu set bilangan kuantum) secara maksimal hanya dapat menampung dua elektron.
Simpulan Materi
Latihan Soal
Soal Pilihan Ganda
1. Bilangan kuantum yang menyatakan tingkat energi utama (kulit) dan memengaruhi jarak elektron dari inti atom adalah…
A. Bilangan Kuantum Azimut (l)
B. Bilangan Kuantum Utama (n)
C. Bilangan Kuantum Magnetik (m)
D. Bilangan Kuantum Spin (s)
2. Jika suatu elektron berada pada Kulit M (n=3), maka subkulit yang mungkin ditempati elektron tersebut ditunjukkan oleh Bilangan Kuantum Azimut (l) dengan nilai…
A. Hanya l=0
B. l=1, 2, 3
C. l=0, 1, 2
D. l=1, 2
3. Subkulit yang memiliki nilai Bilangan Kuantum Azimut l=2 dan dapat menampung elektron maksimum sebanyak 10 elektron adalah subkulit…
A. s
B. p
C. d
D. f
4. Jelaskan fungsi dari Bilangan Kuantum Magnetik (m)…
A. Menentukan bentuk subkulit.
B. Menentukan jumlah dan orientasi (arah) orbital dalam ruang tiga dimensi.
C. Menentukan arah putaran elektron.
D. Menghitung jumlah elektron maksimum dalam satu kulit.
5. Menurut aturan Bilangan Kuantum, setiap orbital hanya dapat diisi maksimum dua elektron, dan kedua elektron tersebut harus memiliki spin yang berlawanan. Bilangan Kuantum Spin (s) merepresentasikan nilai…
A. +1/2 dan -1/2
B. +1 dan -1
C. 0 dan 1
D. -l sampai +l
Soal Essay
- Jelaskan peran Bilangan Kuantum Utama (n) dalam mendeskripsikan kedudukan elektron, dan berikan satu contoh kulit elektron (K, L, M) beserta nilai n
- Jelaskan apa yang dimaksud dengan Orbital Atom dan mengapa konsep ini bukanlah lintasan padat (seperti orbit planet), melainkan lebih akurat digambarkan sebagai volume ruang di sekitar inti.
- Jelaskan hubungan antara Bilangan Kuantum Azimut (l) dengan Bilangan Kuantum Magnetik (m). Jika suatu elektron berada pada subkulit p (l=1), tentukan nilai-nilai m yang mungkin dan berapa jumlah orbitalnya.
- Jelaskan peran masing-masing dari keempat Bilangan Kuantum (n, l, m, s) secara singkat dalam mendeskripsikan secara lengkap kedudukan dan sifat satu elektron di dalam suatu atom.
- Gagasan orbital berasal dari penyelesaian persamaan Schrödinger, berbeda dengan model atom Bohr sebelumnya. Jelaskan mengapa tiga bilangan kuantum pertama (n, l, m) diperlukan untuk mendeskripsikan Orbital secara lengkap, dan jelaskan mengapa subkulit diberi label klasik s, p, d, f.
Ingin Kembangkan Prestasi dan Kemampuanmu?
Yuk! Ikutan kompetisi online gratis dan terpercaya yang diselenggarakan oleh Lembaga Profesional dan terdaftar di SIMT PUSPRESNAS berikut ini:
Nama Lembaga |
Website |
Tingkat Kompetisi |
Bukti Kurasi |
|---|---|---|---|
Mengapa Harus Daftar Kompetisi Kami?
Pendaftaran Gratis
Pendaftaran Kompetisi dan Olimpiade GRATIS tanpa syarat apapun.
Apresiasi Juara Gratis
Apresiasi juara juga GRATIS tanpa perlu membayar klaim hingga ratusan ribu loh.
Beasiswa hingga Kuliah
Tersedia Beasiswa Khusus Alumni yang diberikan hingga kuliah loh!.
Pendukung Japres & SNBP
Piagam bisa digunakan untuk Jalur Prestasi, Beasiswa dan SNBP loh.
Sudah Ribuan Alumni
Sudah diikuti banyak alumni yang tersebar di seluruh Indonesia dan luar negeri.
Dikelola secara Syariah
Pengelolaan hadiah dan apresiasi dikelola secara terpisah dan sesuai syariah.
Bantuan Kurasi Prestasi
Tersedia layanan bantuan dan panduan kurasi prestasi peserta loh.
Legalitas Terjamin
Lembaga penyelenggara telah terdaftar di kementerian dan SIMT Kurasi.
Tunggu apalagi? Ingin kejar tiket SPMB Jalur Prestasi atau SNBP di tahun depan? segera gabung dan daftarkan dirimu sekarang juga!. Prestasi itu tidak ada yang instan loh! Mulai dan persiapkan versi terbaikmu mulai dari sekarang juga!.