BILANGAN KUANTUM DAN KONFIGURASI ELEKTRON

Sebegitu jauh postulat tentang bilangan kuantum utama (n), oleh Bohr dan bilangan kuantum azimut (l), oleh Sommerfeld telah berhasil ditunjukkan secara meyakinkan melalui persamaan Schrodiger menurut teori mekanika gelombang dan juga bilangan kuantum magnetik (m). Ketiga bilangan ini kemudian muncul secara natural. Bilangan kuantum keempat yaitu bilangan kuantum spin (s), menggambarkan perilaku elektron tertentu dan melengkapi gambaran tentang elektron dalam atom.

A. Macam-macam Bilangan Kuantum

Ada empat bilangan kuantum yang akan kita kenal, yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum Azimut (I), bilangan kuantum magnetik (m) dan bilangan kuantum spin (s).

1. Bilangan kuantum utama

Dalam model atom Bohr, elektron dikatakan berada di dalam lintasan stasioner dengan tingkat energi tertentu. Tingkat energi ini berkaitan dengan bilangan kuantum utama dari elektron. Bilangan kuantum utama dinyatakan dengan lambang n sebagaimana tingkat energi elektron pada lintasan atau kulit ke-n.

Bisa dikatakan bahwa bilangan kuantum utama berkaitan dengan kulit elektron di dalam atom. Bilangan kuantum utama membatasi jumlah elektron yang dapat menempati satu lintasan atau kulit berdasarkan persamaan berikut.

Jumlah maksimum elektron pada kulit ke-n adalah 2n²

Tabel 1. Hubungan jenis kulit dan nilai bilangan kuantum utama.

Jenis Kulit	Nilai (n)
K	1
L	2
M	3
N	4

2. Bilangan Kuantum Azimut (I)

Elektron yang bergerak mengelilingi inti atom memiliki momentum sudut. Efek Zeeman yang teramati ketika atom berada di dalam medan magnet berkaitan dengan orientasi atau arah momentum sudut dari gerak elektron mengelilingi inti atom. Terpecahnya garis spektrum atomik menandakan orientasi momentum sudut elektron yang berbeda ketika elektron berada di dalam medan magnet. Bilangan kuantum azimut menyatakan sub kulit tempat elektron berada dan bentuk orbital, serta menentukan besarnya momentum sudut elektron terhadap inti. Banyaknya subkulit tempat elektron berada tergantung pada nilai bilangan kuantum utama (n). Nilai bilangan kuantum azimut dari 0 sampai dengan (n - 1). Bila n = 1, maka hanya ada satu subkulit yaitu l = 0. Sedangkan n = 2, maka ada dua subkulit yaitu l = 0 dan l = 1. Seandainya dibuat dalam tabel maka akan tampak sebagai berikut :
Tabel 2. Hubungan bilangan kuantum utama dan azimut serta subkulit.

Bilangan Kuantum Utama (n)	Bilangan Kuantum Azimut (I)	Banyaknya SubKulit
1	0	1
2	0 1	2
3	0 1 2	3
4	0 1 2 3	4

Sub kulit yang harganya berbeda-beda ini diberi nama khusus:

l = 0 ; sesuai sub kulit s (s = sharp)
l = 1 ; sesuai sub kulit p (p = principle)
l = 2 ; sesuai sub kulit d (d = diffuse)
l = 3 ; sesuai sub kulit f (f = fundamental)

Tabel 3. Hubungan subkulit sejenis dalam kulit yang berbeda pada atom.

Kulit	Nilai n	Nilai I	Jenis Subkulit
K	1	0	1s
L	2	0	2s
		1	2p
M	3	0	3s
		1	3p
		2	3d
N	4	0	4s
		1	4p
		2	4d
		3	4f

3. Bilangan Kuantum Magnetik (m)

Momentum sudut elektron L merupakan sebuah vektor. Jika vektor momentum sudut L diproyeksikan ke arah sumbu yang tegak atau sumbu-z secara tiga dimensi akan didapatkan besar komponen momentum sudut arah sumbu-z dinyatakan sebagai L_z. bilangan bulat yang berkaitan dengan besar L_z adalah m. bilangan ini disebut bilangan kuantum magnetik. Karena besar L_z bergantung pada besar momentum sudut elektron L, maka nilai m juga berkaitan dengan nilai l.

m = −l, … , 0, … , +l

misalnya, untuk nilai l = 1, nilai m yang diperbolehkan adalah −1, 0, +1.

Bilangan kuantum magnetik menyatakan orbital tempat ditemukannya elektron pada subkulit tertentu dan arah momentum sudut elektron terhadap inti. Sehingga nilai bilangan kuantum magnetik berhubungan dengan bilangan kuantum azimut. Nilai bilangan kuantum magnetik antara - l sampai + l.

Hubungan antara bilangan kuantum azimut dengan bilangan kuantum magnetik dapat Anda perhatikan pada tabel 6.

Tabel 6. Hubungan bilangan kuantum azimut dengan bilangan kuantum magnetik.

Bilangan Kuantum Azimut	Tanda Orbital	Bilangan Kuantum Magnetik	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

4. bilangan kuantum spin (s).

Bilangan kuantum spin diperlukan untuk menjelaskan efek Zeeman anomali. Anomali ini berupa terpecahnya garis spektrum menjadi lebih banyak garis dibanding yang diperkirakan. Jika efek Zeeman disebabkan oleh adanya medan magnet eksternal, maka efek Zeeman anomali disebabkan oleh rotasi dari elektron pada porosnya. Rotasi atau spin elektron menghasilkan momentum sudut intrinsik elektron. Momentum sudut spin juga mempunyai dua orientasi yang berbeda, yaitu spin atas dan spin bawah. Tiap orientasi spin elektron memiliki energi yang berbeda tipis sehingga terlihat sebagai garis spektrum yang terpisah.

Bilangan kuantum spin (s): menunjukkan arah perputaran elektron pada sumbunya. Dalam satu orbital, maksimum dapat beredar 2 elektron dan kedua elektron ini berputar melalui sumbu dengan arah yang berlawanan, dan masing-masing diberi harga spin +1/2 atau -1/2.

B. Konfigurasi Elektron

Keempat bilangan kuantum n, l, m dan s. Memungkinkan kita untuk menandai elektron dalam orbital atom maupun secara lengkap. Dalam hal ini kita dapat menganggap keempat bilangan kuantum sebagai “alamat” elektron dalam atom. Konfigurasi elektron atom tersebut adalah bagaimana elektron tersebar diantara berbagai orbital atom, agar kita bisa mengetahui perilaku elektronnya.

Elektron dijumpai dalam keadaan tingkat energi paling rendah. Misalnya dalam hidrogen, elektronnya yag tinggal akan terletak pada subkulit 1s, karena dalam tingkat ini elektron mempunyai energi yang paling rendah. Untuk menunjukkan bahwa subkulit 1s mengandung 1 elektron, kita mengunakan (dalam keadaan ini 1) untuk menunjukkan subkulitnya. Jadi kita tulis 1s¹ untuk konfigurasi elektron hidrogen. Salah satu metode yang banyak digunakan adalah dengan menggambarkan anak panah menunjuk keatas (↑) sebagai simbol untuk menunjukkan suatu elektron yang berputar dalam satu arah dan anak panah yang menunjuk kebawah (↓) untuk menunjukkan perputaran elektron yang berlawanan arah. Untuk memperlihatkan distribusi elektron diantara orbital suatu atom, kita tempatkan panah di atas batang yang menunjukkan orbital.

Ada tiga aturan atau prinsip yang harus dipertimbangkan dalam penentuan konfigurasi elektron suatu atom, dan prinsip ini berlaku untuk bermacam-macam unsur.

1) Elektron menempati orbital sedemikian rupa untuk meminimumkan energi atom tersebut.

Sebenarnya, energi atom tidak diminimumkan hanya dengan mengisi secara berurutan kulit-kulit elektron utamanya. Salah satu akibat pemisahan peringkat energi dalam atom berelektron banyak ialah adanya pertumpang tindihan peringkat-peringkat pada bilangan kuantum yang lebih tinggi, misalnya: pengisian 4s sebelum 3d pada unsur K dan Ca. Akibatnya, pengurutan pengisian orbital harus ditentukan dengan percobaan.

2) Tidak ada dua elektron dalam sebuah atom yang boleh memiliki keempat bilangan kuantum yang sama (prinsip larangan pauli)

Wolfgang Pauli mengajukan teori bahwa tidak ada dua buah elektron yang mempunyai keempat-empat bilangan kuantun yang sama. Tiga bilangan kuantum yang pertama, yaitu n, l, dan m_l, menentukan orbital tertentu. Hanya dua elektron dapat berada dalam orbital yang sama, dan keduanya harus mempunyai rotasi yang berlawanan.

3) Prinsip penggandaan makimum (aturan hund)

Jika terdapat orbital-orbital dengan energi yang sama, elektron menempatinya sendiri-sendiri sebelun ia menempatinya secara berpasangan. Akibatnya atom cenderung mempunyai sebanyak mungkin elektron tak berpasangan. Sifat ini dapat diterima, karena semua elektron membawa muatan listrik yang sama, sehingga mereka mencari orbital kosong yang energinya sama sebelum berpasangan dengan elektron yang telah mengisi orbital setengah terisi.

C. Prinsip Aufbau

Prinsip energi minimum menyatakan bahwa elektron-elektron dalam atom terdistribusi berdasarkan urut-urutan dari energi orbital terendah ke tertinggi; prosedur urut-urutan berdistribusi elektron dalam orbital demikian ini sebagai prinsip aufbau yang artinya prinsip membangun. Oleh karena energi elektron dalam atom ditentukan terutama oleh bilangan kuantum utama dan azimut, maka bangunan energi orbital dapat diperoleh berdasarkan naiknya jumlah numerik (n + l).

Menurut metode ini, dari kombinasi yang berbeda dapat menghasilkan numerik yang sama, misalnya untuk 2p = 3s, 3p= 4s dan 3d = 4p = 5s, dalam hal ini urutan naiknya energi ditentukan naiknya nilai n dengan demikian urutan aufbau menghasilkan urutan penataan elektron dalam orbital sebagai berikut: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, ...

Kelemahan Asas Aufbau bergantung pada postulat dasar bahwa urutan energi orbital adalah tetap, baik untuk suatu unsur atau di antara unsur-unsur yang berbeda. Ia menganggap orbital-orbital atom sebagai "kotak-kotak" energi tetap yang mana dapat diletakkan dua elektron. Namun, energi elektron dalam orbital atom bergantung pada energi keseluruhan elektron dalam atom (atau ion, molekul, dsb). Tidak ada "penyelesaian satu elektron" untuk sebuah sistem dengan elektron lebih dari satu, sebaliknya yang ada hanya sekelompok penyelesaian banyak elektron, yang tidak dapat dihitung secara eksak.

Sumber Referensi:

Bradi, James E., 1999, Kimia Universitas Asas dan Stuktur, Jakarta: Binarupa Aksara

Chang, Raymond, 2005, Kimia Dasar Konsep-konsep Inti, Jakarta: Erlangga

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

http://kimiadahsyat.blogspot.com/2009/06/bilangan-kuantum.html

Petrucci, Ralph H., 1989, Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern, Bogor: PT. Gelora Aksara Pratama

Sugiarto, Kristian, 2004, Kimia Anorganik 1, Yogyakarta: JICA

Disusun Oleh:

Anugroho , Nunik Hidayati, Nur Aini , Siti Aniyah

Demikian postingan kali ini dengan judul "BILANGAN KUANTUM DAN KONFIGURASI ELEKTRON". Semoga bermanfaat. Dan jangan lupa klik tombol share media sosial ya sob. Terimakasih dan mohon maaf.

Share artikel ke :

Facebook Twitter Google+