Menentukan Bilangan Kuantum (Utama, Azimuth, Magnetik, Spin)

Apa itu Bilangan Kuantum ?

Bilangan kuantum berkaitan dengan posisi elektron di sekitar inti atom. Bilangan ini menunjukkan letak elektron pada kulit dan subkulit atom, orientasi orbital dalam ruang, serta arah rotasi elektron. Ada empat bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama, bilangan kuantum azimut, bilangan kuantum magnetik, dan bilangan kuantum spin.

Bilangan kuantum utama, azimut, dan magnetik diperoleh dari fungsi gelombang, sedangkan bilangan kuantum spin diperoleh dari perilaku elektron yang berputar pada sumbunya (rotasi).

• Bilangan Kuantum Utama

Bilangan kuantum utama disimbolkan dengan huruf n. Bilangan ini menunjukkan ukuran orbital dan tingkat energi elektron, yang disebut kulit atom. Bilangan kuantum ini memiliki nilai 1, 2, 3, 4, ... Nilai ini menunjukkan di kulit mana elektron berada, n = 1 untuk kulit K, n = 2 untuk kulit L, n = 3 untuk kulit M, n = 4 untuk kulit N, dan seterusnya.

• Bilangan Kuantum Azimut

Bilangan kuantum azimut disimbolkan dengan huruf l. Bilangan ini menunjukkan bentuk orbital dan subtingkatan energi elektron. Bilangan kuantum ini memiliki nilai 0, 1, 2, ... , n − 1. Nilai ini menunjukkan di subkulit mana elektron berada, l = 0 untuk subkulit s, l = 1 untuk subkulit p, l = 2 untuk subkulit d, l = 3 untuk subkulit f, dan seterusnya. Orbital dengan nilai n dan l yang sama membentuk subkulit.

• Bilangan Kuantum Magnetik

Bilangan kuantum magnetik disimbolkan dengan huruf m. Bilangan ini menunjukkan posisi orbital terhadap orbital lain di dalam subkulit atom, dan juga menjelaskan adanya garis tambahan dalam spektra atom saat diletakkan dalam medan magnet. Untuk setiap nilai l terdapat nilai m sebanyak 2l + 1, yaitu bilangan-bilangan bulat dari −l sampai dengan +l. Sebagai contoh, untuk l = 1, nilai m yang mungkin adalah −1, 0, 1.

• Bilangan Kuantum Spin

Bilangan kuantum spin disimbolkan dengan huruf s. Bilangan ini menunjukkan arah putaran elektron pada sumbunya (rotasi). Setiap elektron mempunyai dua kemungkinan arah rotasi, yaitu searah dengan putaran jarum jam atau berlawanan dengan putaran jarum jam, dengan probabilitas masing-masing $\frac{1}{2}$. Untuk membedakannya digunakan tanda positif dan negatif. Jadi, bilangan kuantum spin mempunyai nilai +$\frac{1}{2}$ atau −$\frac{1}{2}$.

Bagaimana menentukan Bilangan Kuantum ?

Bilangan kuantum utama dan bilangan kuantum azimut ditentukan dengan melihat konfigurasi elektron terakhir dari suatu atom. Konfigurasi elektron yang dimaksud adalah konfigurasi berdasarkan subkulit atom. Adapun bilangan kuantum magnetik dan bilangan kuantum spin dapat ditentukan dengan membuat diagram orbital terlebih dahulu. Namun jika sudah mahir, kedua bilangan kuantum ini juga dapat ditentukan dengan konfigurasi elektron, tanpa menuliskan diagram orbital.

Contoh 1

₁₆S memiliki konfigurasi elektron 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴. Bilangan kuantum ditentukan dengan memperhatikan konfigurasi elektron terakhir, yaitu 3p⁴.

3p⁴

Tingkat energi yang diberi warna merah adalah bilangan kuantum utama, sehingga n = 3. Berikutnya, yang diberi warna biru menunjukkan bilangan kuantum azimut. Karena berada di subkulit p, maka nilai l = 1.

Untuk menentukan nilai bilangan kuantum magnetik dan bilangan kuantum spin, kita perlu membuat diagram orbital dari 3p⁴.

↑↓	↑	↑
-1	0	+1

Perhatikan elektron terakhir pada diagram orbital di atas. Letak elektron terakhir ini menunjukkan bilangan kuantum magnetik, sehingga m = −1. Sedangkan arah panah elektron terakhir ini menunjukkan bilangan kuantum spin. Jika elektron menghadap ke atas, maka nilai s = +$\frac{1}{2}$. Sebaliknya, jika elektron menghadap ke bawah, maka nilai s = −$\frac{1}{2}$. Karena elektron terakhir pada diagram orbital di atas menghadap ke bawah, maka nilai s = −$\frac{1}{2}$.

Contoh 2

₃₂Ge memiliki konfigurasi elektron [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p². Dalam hal ini, kita melakukan penyingkatan konfigurasi elektron. Konfigurasi elektron ini juga dapat ditulis sebagai :

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p²

Perhatikan konfigurasi elektron terakhir.

4p²

Tingkat energinya adalah 4 dan berada pada subkulit p, sehingga n = 4 dan l = 1. Untuk menentukan dua bilangan kuantum lainnya, kita menggambarkan diagram orbital 4p².

↑	↑
-1	0	+1

Elektron terakhir berada pada orbital 0 dan menghadap ke atas, sehingga m = 0 dan s = +$\frac{1}{2}$.

Ok, bagaimana ? Bisa dipahami materi ini ? Jika ada yang kurang dipahami atau kurang jelas silahkan disampaikan lewat kolom komentar di bawah.