TEORI ATOM MEKANIKA KUANTUM
A. Teori Mekanika Kuantum
Berdasarkan teori atom Max Planck, dapat ditentukan besarnya
energi partikel (elektron) saat mengelilingi inti pada kulit atom.
Pada tahun 1927, Erwin Schrodinger mengajukan teori atom yang disebut dengan teori
atom mekanika kuantum yang menyatakan bahwa kedudukan elektron dalam atom tidak
dapat ditentukan dengan pasti, yang dapat ditentukan adalah probabilitas
menemukan elektron sebagai fungsi jarak dari inti atom. Daerah dengan
probabilitas terbesar menemukan elektron disebut dengan orbital. Schrodinger memperhitungkan dualisme
sifat elektron, yaitu sebagai partikel sekaligus sebagai gelombang. Temuan
Schrodinger memungkinkan kita untuk menentukan struktur elektronik atom, baik
yang berelektron tunggal maupun yang berelektron banyak.
Pada tahun yang sama, Werner Heisenberg menguatkan teori atom
mekanika kuantum dengan temuannya yang disebut dengan azas ketidakpastian Heisenberg yang menyatakan bahwa kedudukan
partikel seperti elektron tidak dapat ditentukan dengan pasti pada saat yang sama.
Daerah atau ruang dengan peluang
terbesar menemukan elektron disebut orbital, sedangkan lintasan berbentuk lingkaran
dengan jari-jari tertentu disebut orbit. Salah satu cara memaparkan orbital
adalah dengan pola titik-titik. Densitas (kerapatan) titik-titik menyatakan
besar-kecilnya peluang menemukan elektron di daerah itu. Istilah lain untuk
menyatakan peluang menemukan elektron adalah densitas elektron. Daerah dengan peluang besar menemukan elektron
berarti mempunyai densitas yang tinggi dan seebaliknya.
Model atom dengan orbital lintasan
elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum. Awan
elektron disekitar inti menunjukkan tempat kebolehjadian elektron.
Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk
sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit. Walaupun posisi
kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.
Ciri khas model atom mekanika
kuantum, adalah sebagai berikut :
1. Gerakan elektron memiliki sifat
gelombang sehingga lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr,
tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang.
2. Bentuk dan ukuran orbital bergantung
pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya.
3. Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong
dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi boleh jadi
merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron.
B. BILANGAN KUANTUM.
Bilangan kuantum adalah bilangan yang
menyatakan kedudukan atau posisi elektron dalam atom. Hasil penjabaran
persamaan Schrodinger untuk atom hidrogen menunjukkan bahwa energi suatu
elektron ditentukan oleh bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimut (l),
dan bilangan kuantum magnetik (m).
Kedudukan elektron dalam suatu atom dapat ditentukan oleh 4 bilangan kuantum,
yaitu :
1.
Bilangan kuantum utama (n)
Bilangan kuantum utama (n) menyatakan tingkat energi orbital
atau kulit atom. Dan menyatakan ukuran orbital atom, makin besar harga n, makin
besar ukuran orbital yang ditempati elektron. Bilangan kuantum utama dapat
mempunyai nilai semua bilangan bulat positif, yaitu 1, 2, 3, 4, 5, dan
seterusnya. Sama seperti dalam teori atom Neils Bohr, kulit atom dinyatakan
dengan lambang K, L, M, N, O, dan
seterusnya.
n=1 ;
sesuai dengan kulit K
n=2 ; sesuai dengan kulit L
n=3 ;
sesuai dengan kulit M
n=4 ;
sesuai dengan kulit N dan seterusnya.
Bilangan
kuantum utama (n)
|
1
|
2
|
3
|
4
|
Kulit
|
K
|
L
|
M
|
N
|
Tabel
1.1. bilangan kuantum utama.
2.
Bilangan kuantum Azimut (l)
Bilangan kuantum azimut merupakan ukuran
momentum sudut orbital elektron. Bilangan kuantum azimut menyatakan subkulit
(orientasi bentuk orbital) tempat elektron berada dan menunjukkan jenis
subkulit serta bentuk orbital. Harga bilangan kuantum azimut yaitu dari 0
hingga (n-1).
· l=0 menyatakan subkulit s (s= sharp)
· l=1 menyatakan subkulit p (p= principle)
· l=2 menyatakan subkulit d (d= diffuse)
· l=3 menyatakan subkulit f (f= fundamental)
Banyaknya subkulit dari suatu kulit
bergantung pada banyaknya nilai bilangan kuantum azimut yang di izinkan untuk
kulit itu.
· Kulit K (n=1) → l=0 → 1s → terdiri dari satu subkulit
· Kulit L (n=2) → l= 0 dan 1 → 2s 2p → terdiri dari dua subkulit. Dan seterusnya.
Kulit
|
Nilai
n
|
Niali
l yang di ijinkan
|
subkulit
|
K
|
1
|
0
|
1s
|
L
|
2
|
0,
1
|
2s
2p
|
M
|
3
|
0,
1, 2
|
3s
3p 3d
|
N
Dan
seterusnya
|
4
|
0,1,2,3
|
4s
4p 4d 4f
|
Tabel
1.2. subkulit-subkulit yang diijinkan pada kulit K sampai dengan N.
3. Bilangan kuantum magnetik (m)
Bilangan kuantum magnetik menyatakan
kedudukan elektron pada suatu orbital khusus dari orbital itu. Harga bilangan
kuantum magnetik tergantung pada harga bilangan kuantum azimut , yaitu semua bilangan bulat mulai dari
–l sampai dengan +l, termasuk 0.
a) Subkulit s (l=0) → m=0 , terdiri dari 1 orbital.
b) Subkulit p (l=1) → m=-1, 0, +1 , terdiri dari 3 orbital.
c) Subkulit d (l=2) → m=-2, -1, 0, +1, +2 , terdiri dari 5 orbital.
d) Subkulit f (l=3) → m= -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 , terdiri dari 7 orbital.
Subkulit
|
Nilai l
|
Nilai m
|
s
|
0
|
0
|
p
|
1
|
-1, 0, +1
|
d
|
2
|
-2,-1, 0, 1, 2, 3
|
f
|
3
|
-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3
|
Tabel
1.3. bilangan kuantum magnetik.
4. Bilangan kuantum spin (s)
Bilangan kuantum spin 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.
· S= +1/2 arah putaran searah dengan jarum jam (↑)
Kulit
|
Subkulit
|
Jumlah
n
|
Jumlah
orbital (n2)
|
Elektron
maksimum (2n2)
|
K
|
s
|
1
|
12
= 1 orbital
|
2
elektron
|
L
|
s,
p
|
2
|
22
= 4 orbital
|
8
elektron
|
M
|
s,
p, d
|
3
|
32
= 9 orbital
|
18
elektron
|
N
|
s,
p, d, f
|
4
|
42
= 16 0rbital
|
32
elektron
|
O
|
s,
p, d, f, g
|
5
|
52=
25 0rbital
|
50
elektron
|
P
|
s,
p, d, f, g, h
|
6
|
62
=36 orbital
|
72
elekron
|
· S= -1/2 arah putaran berlawanan dengan arah
jarum jam (↓)
Tabel
1.4. pembagian kulit-kulit pada atom.