TEORI ATOM MEKANIKA KUANTUM

TEORI ATOM MEKANIKA KUANTUM

Pada konsep atom bohr, bohr menggambarkan bahwa electron-elektron mengitari inti atom pada lintasan-lintasan dengan tingkat energy tertentu (kulit atom) yang berbentuk lingkaran. Electron bergerak pada lintasannya secara stasioner, yaitu tidak menyerap dan melepas energy. Oleh karena itu, menurut bohr, posisi suatu electron yang bergerak mengelilingi inti atom dapat ditentukan.

Menurut teori atom bohr, maksimum electron dalam suatu kulit adalah 2n² dimana n adalah nomor kulit.

n	1	2	3	4
Nama Kulit	K	L	M	N
Maksimum elektron	2	8	18	32

Perhatikan Konfigurasi electron berikut :

n         1      2        3        4

₈O      : 2      6

₁₁Na   : 2      8        1

₁₇Cl    : 2      8        7

₁₉K     : 2      8        8        1 (mengapa tidak  : 2     8        9  )    

₂₁Sc   : 2      8        8        3 (mengapa tidak : 2      8        11)

Padahal pada kulit ketiga maksimal 18 elektron.

Pertanyaan diatas tidak dapat dijawab dengan teori atom bohr, dan hanya bias dijawab dengan teori atom mekanika kuantum.

Teori-teori yang mendasari timbulnya teori atom mekanika kuantum adalah teori dari :

1.   Loius de Broglie (1924)

Semua materi/paertikel yang bergerak mempunyai cirri-ciri gelombang. Sehingga berdasarkan postulat ini, maka electron yang bergerak mengelilingi inti atom juga melakukan gerakan gelombang.

2.   W. Heisenberg (1927)

Menyatakan prinsip ketikdakpastian, “tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan electron pada jarak tertentu dari inti atom”.

Didalam teori atom mekanika kuantum, kebolehjadian menemu-kan electron dikenal sebagai konsep orbital.

·         Orbital adalah ruang dimana didapat keboleh jadian yang lebih tinggi untuk menemukan electron.

·         Istilah lain untuk menyatakan peluang menemukan elektron adalah densitas elektron / awan elektron.

·         Kumpulan orbital yang memiliki energi sama disebut subkulit.

·         Kumpulan subkulit disebut kulit.

Kedudukan electron dalam atom adalah karakteristik dan dinyatakan oleh 4 set bilangan kuantum. Tiga bilangan kuantum pertama (yaitu bilangan kuantum utama, azimuth dan magnetic) menunjukkan dimana electron berada, sedang bilangan kuantum keempat (bilangan kuantum spin) digunakan untuk membedakan kedudukan electron yang berada dalam orbital yang sama.

1.   Bilangan Kuantum Utama ( n ).

• Menyatakan ukuran dan tingkat energi orbital.
• Nilai bilangan kuantum utama = 1, 2, 3 dst.
• Semakin besar nilai n, semakin besar ukuran orbital dan semakin tinggi tingkat energinya.
• Kelompok orbital dengan dengan harga n yang sama, akan membentuk kulit atom.

Harga n	1	2	3	dst
Lambang Kulit	K	L	M	dst

1.   Bilangan Kuantum Azimut (  ).

• Menyatakan bentuk orbital.
• Nilai bilangan kuantum azimut = 0 sampai ( n - 1 ).

Harga n	1	2	3	4	dst
Harga	0	0, 1	0, 1, 2	0, 1, 2, 3	dst
Lambang Kulit	K	L	M	N	dst

o   Bentuk orbital dinyatakan dengan lambang s, p, d, f  didasarkan pada garis-garis spektrum yang tampak pada   spektroskop ).

Harga	0	1	2	3
Lambang Orbital	s	p	d	f
Nama orbital	sharp	principal	diffuse	fundamental

Keterangan :

Sharp                  = berhubungan dengan garis spektrum yang paling terang.

Principal              = berhubungan dengan garis spektrum yang terang ke-2.

Diffuse                = berhubungan dengan garis kabur.

Fundamental   = berhubungan dengan spektrum dari warna yang bersangkutan.

o   Dengan adanya bilangan kuantum azimut yang berbeda, memungkinkan untuk membagi setiap “ kulit ” menjadi “ subkulit ” atau “ orbital ”.

o   Setiap subkulit dinyatakan dengan harga bilangan dari n dan huruf yang menyatakan .

Kulit	Nilai n	Nilai yang diijinkan	Subkulit
K	1	0	1s
L	2	0, 1	2s, 2p
M	3	0, 1, 2	3s, 3p, 3d
N	4	0, 1, 2, 3	4s, 4p, 4d, 4f

Catatan : sampai saat ini, konfigurasi elektron unsur dengan nomor atom tertinggi hanya sampai subkulit f.

2.   Bilangan Kuantum Magnetik ( m ).

• Menyatakan orientasi ruang orbital sehingga disebut juga bilangan kuantum orientasi orbital.
• Untuk setiap harga , akan mempunyai harga m sebanyak = ( 2 + 1 ).
• Rentang nilai m = -  hingga +  termasuk nol ( - , ..., 0, ..., + ).

Nilai	Sub kulit	Nilai m	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

Bentuk Orbital :

1)   Orbital s

Bentuknya berupa bola simetris dan hanya memiliki 1 macam orbital.

Semakin besar nilai n , maka ukurannya juga semakin besar.

2)   Orbital p

Orbital ini berjumlah 3 buah yang terletak di subkulit p.

Ketiganya mempunyai tingkat energi yang sama, namun arah ruang / orientasinya berbeda ( meliputi = p_x, p_y dan p_z ).

Setiap orbital berbentuk seperti balon terpilin yang digambarkan menggunakan koordinat Cartesius dengan sumbu x, y dan z.

                 

3)   Orbital d

Orbital ini terletak di subkulit d dan terdiri dari 5 macam ( meliputi = d_xy, d_xz, d_yz, d_x² _{– y}², d_z² )

Bentuk orbital ini dapat digambarkan sebagai 4 buah balon terpilin pada koordinat Cartesius.

                    

                  

Keterangan :

Orbital d_xy        = cuping-cupingnya terletak di antara sumbu x dan y

Orbital d_xz        = cuping-cupingnya terletak di antara sumbu x dan z

Orbital d_yz        = cuping-cupingnya terletak di antara sumbu y dan z

Orbital d_x² _{– y}²   = cuping-cupingnya terletak pada sumbu x dan y

Orbital d_z²        = terdiri dari 1 balon terpilin yang terletak pada sumbu z dan 1 daerah berbentuk donat yang terletak pada bidang xy

Beberapa hal penting :

1.   Jumlah subkulit pada setiap kulit = bilangan kuantum utamanya ( n ).

Contoh :

Kulit K ( n = 1) mempunyai 1 subkulit.

Kulit L ( n = 2 ) mempunyai 2 subkulit dst

2.   Jumlah orbital dalam setiap subkulit = 2 + 1 ( = bilangan kuantum azimut )

Contoh :

Subkulit s ( = 0) mempunyai 1 orbital

Subkulit p (  = 1) mempunyai 3 orbital dst

3.   Jumlah orbital dalam 1 kulit = n² ( n = bilangan kuantum utama ).

Contoh :

Jumlah orbital pada kulit K (n = 1) = 1² = 1

Jumlah orbital pada kulit L (n = 2) = 2² = 4 dst

Nilai n	Kulit	jlh orbital	Jenis orbital
1	K	1	1s
2	L	4	2s, 2px, 2py, 2pz
3	M	9	3s, 3px, 3py, 3pz, 3dx2 - y2, 3dz2, 3dxy, 3dxz, 3dyz

3.   Bilangan Kuantum Spin ( s ).

• Menyatakan arah putar elektron terhadap sumbunya ketika elektron berputar mengelilingi inti atom.
• Jadi, elektron berotasi terhadap sumbunya dan berevolusi terhadap inti atom.
• Terdapat 2 kemungkinan rotasi elektron yaitu searah jarum jam ( ) dan berlawanan arah jarum jam ( ).

• Bilangan kuantum spin mempunyai 2 harga yaitu =  ( dinyatakan dengan tanda panah  dan dinyatakan dengan tanda panah  )
• Setiap orbital hanya dapat diisi paling banyak 2 elektron dengan arah spin yang berlawanan.