Bilangan quantum adalah salah satu konsep fundamental dalam fisika kuantum yang digunakan untuk menggambarkan keadaan dan sifat elektron dalam atom. Konsep ini sangat penting dalam kimia kuantum, karena mempengaruhi penjelasan mengenai struktur atom, konfigurasi elektron, serta perilaku reaksi kimia. Dalam artikel ini, kita akan membahas materi kuantum yaitu cara menentukan bilangan kuantum beserta contoh penerapannya.
Apa Itu Kuantum?
Sebelum mengetahui cara mencari bilangan kuantum, mari kita belajar terlebih dahulu terkait pengertian kuantum. Secara bahasa arti kuantum adalah istilah yang berasal dari bahasa Latin, yaitu quantum yang berarti berapa banyak.
Dalam fisika, energi kuantum merujuk pada konsep yang menunjukkan bahwa energi dalam sistem fisik tertentu hanya dapat diterima atau dipancarkan dalam jumlah diskrit, yang disebut sebagai kuantum. Fenomena ini pertama kali ditemukan oleh Max Planck pada tahun 1900.
Jadi fisika kuantum adalah cabang dari fisika yang mempelajari perilaku partikel subatomik, seperti elektron dan foton, yang tidak dapat dijelaskan oleh fisika klasik. Salah satu penemuan besar dalam kuantum fisika adalah bahwa partikel-partikel ini dapat eksis dalam keadaan yang sangat terkuantisasi, sehingga mereka tidak bisa memiliki nilai energi secara sembarangan, tetapi hanya dalam nilai-nilai tertentu yang disebut bilangan kuantum.
Bilangan Kuantum
Bilangan quantum artinya adalah sekelompok angka yang digunakan untuk menggambarkan keadaan elektron dalam atom, serta menjelaskan sifat dan posisi elektron dalam orbital atom. Dalam kuantum kimia, setiap elektron dalam atom dapat digambarkan dengan empat bilangan kuantum yang berbeda, yang masing-masing menggambarkan atribut tertentu dari elektron tersebut. Keempat bilangan kuantum tersebut adalah:
- Bilangan kuantum utama (n)
- Bilangan kuantum azimut (ℓ)
- Bilangan kuantum magnetik (m)
- Bilangan kuantum spin (s)
Keempat jenis bilangan kuantum ini berperan penting dalam mendeskripsikan keadaan elektron dalam atom dan menjelaskan bagaimana elektron berinteraksi dalam berbagai tingkat energi dan orbital.
Apakah sama bilangan kuantum dengan bilangan oksidasi?
Jenis Bilangan Kuantum
Bilangan kuantum digunakan untuk menggambarkan beberapa aspek yang berbeda dari keadaan elektron dalam atom. Bilangan kuantum ada 4 jenis yaitu sebagai berikut:
Bilangan Kuantum Utama (n)
Bilangan kuantum utama (n) adalah bilangan yang menyatakan tingkat energi utama yang dimiliki oleh elektron dalam atom. n juga menunjukkan jarak rata-rata elektron dari inti atom. Semakin besar nilai n, semakin jauh elektron dari inti atom dan semakin besar ukuran orbital yang ditempati elektron tersebut. Nilai n ini selalu berupa bilangan bulat positif, seperti 1, 2, 3, dan 4.
Selain itu, nilai n juga berhubungan dengan energi yang dimiliki oleh elektron. Semakin besar nilai n, semakin besar energi elektron tersebut. Oleh karena itu, semakin tinggi nilai n, semakin tinggi pula tingkat energi elektron dalam atom.
Contoh:
- n = 1: Harga bilangan kuantum pada kulit K.
- n = 2: Harga bilangan kuantum pada kulit L.
- n = 3: Harga bilangan kuantum pada kulit M.
Dengan meningkatnya nilai n, ukuran orbital elektron juga semakin besar, dan elektron semakin jauh dari inti atom.
Bilangan Kuantum Azimut (ℓ)
Bilangan kuantum azimut adalah bilangan yang digunakan untuk menggambarkan bentuk orbital elektron dalam atom. Nilai bentuk orbital ditentukan oleh bilangan kuantum azimut sangat berhubungan dengan gerakan orbital elektron yang memiliki momentum sudut. Bilangan kuantum azimut ini memiliki nilai dari 0 hingga (n-1).
- Jika ℓ = 0, orbital tersebut adalah orbital s yang berbentuk bola.
- Jika ℓ = 1, orbital tersebut adalah orbital p yang berbentuk dua lobus.
- Jika ℓ = 2, orbital tersebut adalah orbital d yang memiliki lima lobus.
- Jika ℓ = 3, orbital tersebut adalah orbital f yang memiliki tujuh lobus.
Contoh:
Jika n = 3, maka nilai ℓ bisa 0, 1, atau 2, yang berarti ada tiga jenis orbital: 3s, 3p, dan 3d.
Bilangan Kuantum Magnetik (m)
Bilangan kuantum magnetik menunjukkan orientasi orbital elektron dalam ruang tiga dimensi. Nilai m ini bergantung pada nilai ℓ, dan ada (2ℓ + 1) kemungkinan nilai m untuk setiap nilai ℓ.
Misalnya, jika ℓ = 1 (orbital p), maka nilai m bisa -1, 0, atau +1, yang menggambarkan tiga orientasi dalam ruang tiga dimensi. Begitu juga jika ℓ = 2 (orbital d), maka nilai m bisa -2, -1, 0, +1, +2, yang mengarah pada lima orientasi dalam ruang tiga dimensi.
Contoh:
Jika ℓ = 1, maka m = -1, 0, +1.
Jika ℓ = 2, maka m = -2, -1, 0, +1, +2.
Dengan demikian, bilangan kuantum magnetik memberikan informasi tentang orientasi dan posisi orbital elektron dalam ruang.
Bilangan Kuantum Spin (s)
Bilangan kuantum spin (s) menggambarkan spin elektron, yaitu gerakan rotasi elektron pada porosnya. Spin elektron ini hanya memiliki dua kemungkinan nilai, yaitu +1/2 dan -1/2, yang menggambarkan arah putaran elektron pada sumbunya.
- s = +1/2 berarti elektron berputar searah jarum jam (putaran ke atas).
- s = -1/2 berarti elektron berputar berlawanan arah jarum jam (putaran ke bawah).
Spin elektron sangat penting dalam menjelaskan sifat magnetik materi, karena setiap elektron bertindak seperti magnet kecil yang memiliki dua kemungkinan orientasi spin.
Jika Anda juga ingin mengetahui tentang bentuk molekul, silahkan cek disini!
Contoh Soal Mekanika Kuantum
Setelah memahami pengertian bilangan kuantum dan keempat bilangan kuantum, sekarang saatnya Anda mempelajari cara menentukan bilangan kuantum elektron dari suatu atom. Perhatikan contoh berikut.
- Tentukan keempat bilangan kuantum dari atom ₈O
Jawab:
- Menentukan konfigurasi elektron dari atom ₈O
₈O = 1s² 2s² 2p⁴
Untuk menentukan bilangan kuantum, kita ambil konfigurasi elektron terakhir dari atom O, yaitu 2p⁴.
- Menentukan bilangan kuantum utama (n)
2p⁴
Elektron terakhir ada di kulit kedua, sehingga bilangan kuantum utama (n) = 2
- Menentukan bilangan kuantum azimuth (l)
2p⁴
Elektron terakhir ada di subkulit p, sehingga bilangan kuantum azimut (l) = 1
- Menentukan bilangan kuantum magnetik (m)
Gambarkan diagram orbital dari dari 2p⁴
Karena terletak pada subkulit p, maka terdapat 3 kotak orbital dengan bilangan kuantum -1, 0, +1, yang diisi oleh 4 elektron. Elektron terakhir ada di kotak pertama orbital, sehingga bilangan kuantum magnetik (m) = -1
- Menentukan bilangan kuantum spin (s)
Kotak terakhir berisi elektron dengan arah spin ke bawah, sehingga bilangan kuantum spin (s) = –½
Jadi, bilangan kuantum elektron terakhirnya adalah n = 2, l = 1, m = -1, s = –½
Soal latihan bilangan kuantum:
Agar semakin paham, cobalah untuk mengerjakan soal berikut ini dan tulis jawabannya di kolom komentar:
1. Dibawah ini deret bilangan kuantum yang sesuai untuk elektron 3d adalah…
- n = 3, l = 2, m = -3, s = + ½
- n = 3, l = 2, m = +2, s = - ½
- n = 3, l = 1, m = 0, s = + ½
- n = 3, l = 0, m = 0, s = + ½
- n = 3, l = 2, m = -1, s = - ½
2. Dibawah ini elektron dengan bilangan kuantum yang tidak diizinkan adalah…
- n = 3, l = 0, m = 0, s = -21
- n = 3, l = 1, m = 1, s = -21
- n = 3, l = 2, m = 1, s = -21
- n = 3, l = 1, m = 2, s = -21
- n = 3, l = 2, m = 2, s = +21
Itulah penjelasan singkat tentang cara menentukan bilangan kuantum. Jika Anda merasa kesulitan untuk memperdalam materi ini atau membutuhkan pemahaman yang lebih mendalam, jangan ragu untuk mengunjungi situs Superprof. Di sana, Anda dapat menemukan les privat kimia yang dipandu oleh guru-guru berpengalaman yang siap membantu Anda. Anda dapat memilih untuk belajar secara online atau tatap muka sesuai dengan kenyamanan Anda. Jangan lewatkan kesempatan untuk memperdalam ilmu dengan bimbingan yang tepat!
Dalam artikel lain, pelajari bagaimana pentingnya konfigurasi elektron dan diagram orbital yang perlu Anda ketahui.
Apa Anda menyukai artikel ini? Berikan penilaian Anda
Loading...
