Bilangan Kuantum Dasar Pengetahuan Kimia [Kimis Wajib Tahu]

Kimia kuantum atau yang bisa juga disebut dengan mekanika kuantum merupakan cabang ilmu kimia yang menerapkan suatu prinsip dan persamaan mekanika kuantum untuk mempelajari molekul. Fokus dari materi ini adalah menjelaskan tentang perilaku partikel kuantun dalam suatu atom yang disebut dengan partikel subatom.

Niels Bohr mengemukakan pendapatnya bahwa elektron merupakan suatu partikel, sedangkan berdasarkan Louis de Broglie elektron dapat bersifat gelombang maupun sebagai suatu partikel. 

Fungsi gelombang dapat menjelaskan lebih lanjut mengenai bentuk dan ruang serta energi yang berkemungkinan merupakan gerakan elektron dari dalam atom.

Persamaan Schrodinger yang menyatakan  H Psi = E Psi akan didapat satu set persamaan matematika yang disebut dengan fungsi gelombang ( Psi) yang mana fungsi gelombang menggambarkan probilitas menemukan elektron pada energi tertentu tingkat pada atom. 

Fungsi gelombang dalam suatu elektron pada sebuah atom disebut dengan orbital atom, yang merupakan daerah kebolehjadian tertinggi ditemukannya elektron. 

Total energi perubahan dari atom merupakan hasil perubahan elektron dari pola gelombang dengan satu energi pola gelombang dengan energi yang berbeda-beda yang pada saat itu pula terjadi ataupun disertai emisi foton cahaya. Bilangan kuantum merupakan suatu harga yang menyatakan suatu keadaan pada orbital tertentu dari suatu atom. 

Pada setiap elektron memiliki empat bilangan kuantum yang berbeda diantaranya Tiga yang pertama (n, l, ml) menentukan orbital tertentu yang diinginkan, dan yang keempat (ms) menentukan berapa banyak elektron yang dapat menempati orbital tersebut. 

Keempat bilangan kuantum tersebut disebut dengan bilangan kuantum utama, azimuth dan magnetik serta bilangan kuantum spin. Bilangan kuantum utama, azimuth dan magnetic didapatkan dari suatu fungsi gelombang sedangkan bilangan kuantum spin diperoleh dari perilaku elektron yang berputar pada sumbunya yang disebut dengan rotasi.

Adapun keempat bilangan kuantum yang dimaksud adalah:

 1.  Bilangan kuantum utama (n)

Bilangan kuantum utama atau bisa juga disebut dengan bilangan kuantum principal yang dilambangkan dengan huruf  (n) merupakan suatu harga yang menyatakan tingkat energi tertentu atau kulit tertentu dalam suatu atom. 

Adanya bilangan kuantum ini menjadi suatu dasar dalam penentuan harga bilangan kuantum lainnya. Apabila bilangan kuantum utama menunjukan nilai 1, 2, 3,4, 5, 6, 7,....dan seterusnya, nilai ini menunjukan pada kulit yang mana suatu elektron tersebut berada. 

Niali n jika sama dengan 1 maka elektron tersebut berada pada kulit atom K, dan apabila nilai n sama dengan dua maka kulit atomnya adalah L, dan jika nilai n sama dengan tiga maka kulitnya adalah M dan jika nilai n sama dengan empat maka kulitnya N dan seterusnya.

Adapun fungsi-fungsi dari bilangan kuantum utama (n) yaitu sebagai berikut:

• Menyatakan posisi elektron dalam kulit atom.
• Menjelaskan jarak rata-rata suatu elektron dari inti atom tersebut.
• Menjelaskan adanya tingkat energi
• Hubungan tingkat energi dengan nilai n adalah semakin besar nilai n maka tingkat energinya semakin besar.

Maka nilai kulit dengan banyaknya elektron yang bisa ditampung oleh kulit atom dinyatakan sebagai:

• Kulit K yang merupakan n = 1 maka jumlah elektron yang terdapat pada kulit tersebut adalah 2n^2 sehingga nilainya 2 (1)^2 hasilnya adalah 2e-.
• Kulit L yang merupakan n = 2 maka jumlah elektron yang terdapat pada kulit tersebut adalah 2n^2 sehingga nilainya 2 (2)^2 hasilnya adalah 8e-.
• Kulit M yang merupakan n = 3 maka jumlah elektron yang terdapat pada kulit tersebut adalah 2n^2 sehingga nilainya 2 (3)^2 hasilnya adalah 18e-.
• Kulit N yang merupakan n = 4 maka jumlah elektron yang terdapat pada kulit tersebut adalah 2n^2 sehingga nilainya 2 (4)^2 hasilnya adalah 32e-.

2.  Bilangan Kuantum Azimuth

Bilangan kuantum azimuth yaitu bilangan kuantum yang dilambangkan dengan huruf (l) merupakan suatu harga atau nilai yang menyatakan sub kulit atom dan bentuk geometri orbital. 

Bilangan kuantum terdiri dari sub kulit s, p, d, f, yang memiliki nama s untuk sharp, p untuk principal, d untuk diffuse dan f untuk fundamental. Harga l sendiri berkaitan dengan sub kulit s, p, d, f, yang diijinkan setiap kulitnya dengan nilai 0 l (n-1)   sehingga:

• Jika Subkulitnya s (sharp) maka harganya (l)= 0 dan bentuk orbitalnya adalah 1 balon
• Jika Subkulitnya p (principal) maka harganya (l)= 1 dan bentuk orbitalnya adalah 1 balon terpilin
• Jika Subkulitnya d (diffuse) maka harganya (l)= 2 dan bentuk orbitalnya adalah 2 balon terpilin
• Jika Subkulitnya f (fundamental) maka harganya (l)= 3 dan bentuk orbitalnya adalah 4 balon terpilin

3.  Bilangan Kuantum Magnetik

Bilangan kuantum magnetic dilambangkan dengan huruf (m) . bilangan ini menunjukan posisi orbital terhadap orbital lainnya atau suatu harga yang menyatakan jumlah atau banyak dan orientasi dari orbital atom. 

Posisi ataupun orbital adalah tempat suatu elektron bergerak dalam atom dan masing-masing orbitalnya memiliki maksimal penampung sebanyak sepasang elektron Kemudian harga yang diijinkan untuk setiap sub kulit atom adalah   -1 m +1 

• Nilai bilangan kuantum magnetic bergantung pada nilai kulit sub kulit atom.
• Jika nilai sub kulit atom merupakan s maka diagram yang terbentuk yaitu sebanyak 1 kotak, dan nilai dari kotak tersebut adalah 0 atau nilai dari bilangan magnetiknya merupakan 0.
• Jika nilai sub kulit atom merupakan p maka diagram yang terbentuk yaitu sebanyak 3 kotak, dan nilai dari kotak tersebut memiliki kemungkinan -1, 0, dan +1, nilai bilangan magnetiknya bergantung pada elektron terakhir yang mengisi diagram tersebut. Misalnya jika elektron terakhir mengisi diagram pada kotak 1 dari 3 kotak yang ada maka nilai bilangan kuantum magnetiknya adalah -1.
• Jika nilai sub kulit atom merupakan d maka diagram yang terbentuk yaitu sebanyak 5 kotak, dan nilai dari kotak tersebut memiliki kemungkinan -2, -1, 0,  +1, dan + 2 nilai bilangan magnetiknya bergantung pada elektron terakhir yang mengisi diagram tersebut. Misalnya jika elektron terakhir mengisi diagram pada kotak 4 dari 5 kotak yang ada maka nilai bilangan kuantum magnetiknya adalah +1. Begitu seterusnya sampai sub kulit f.

4.   Bilangan Kuantum Spin

Bilangan kuantum spin merupakan bilangan kuantum yang dilambangkan dengan huruf s yang menyatakan kedudukan dan menunjukan arah putaran suatu elektron (rotasi) pada sumbunya (orbital). 

Bilangan kuantum ini tidak digunakan dalam menunjukan keadaan suatu orbital tetapi menunjukan perbedaan suatu elektron dalam orbital yang sama. 

Hal tersebut dikarenakan dalam suatu orbital yang sama terdapat 2 elektron atau sepasang elektron yang mana kedua elektron tersebut harus memiliki nilai yang berbeda dari nilai bilangan kuantum sebelumnya, sehingga untuk membedakan elektron dalam suatu orbital yang sama diperlukan bilangan kuantum spin yang menunjukan arah putar suatu elektron.

• Jika dalam suatu orbital yang sama yaitu pada sub kulit p yang memiliki 3 orbital, yang terisi penuh adalah orbital 1 dan elektron terakhir memiliki posisi terbalik maka nilai bilangan kuantum spin adalan -1/2.

Sekian yang dapat disampaikan, semoga bermanfaat.