Pengertian Bilangan Kuantum dan contoh – Berikut penjelasannya

Model Bohr adalah model satu dimensi yang menggunakan satu bilangan kuantum untuk menggambarkan distribusi elektron dalam atom. Satu-satunya informasi yang penting adalah ukuran orbit, yang dijelaskan oleh bilangan kuantum n. Model Schrdinger memungkinkan elektron menempati ruang tiga dimensi. Oleh karena itu diperlukan tiga koordinat, atau tiga bilangan kuantum, untuk mendeskripsikan orbital tempat elektron dapat ditemukan.

Tiga koordinat yang berasal dari persamaan gelombang Schrdinger adalah bilangan kuantum utama (n), sudut (l), dan magnet (m). Bilangan kuantum ini menggambarkan ukuran, bentuk, dan orientasi dalam ruang dari orbital pada sebuah atom.

Bilangan kuantum utama (n) menggambarkan ukuran orbital. Misalnya orbital dengan n = 2 lebih besar daripada orbital yang n = 1. Karena muatan listriknya berlawanan, elektron tertarik ke inti atom. Oleh karena itu, energi harus diserap untuk mengeluarkan elektron dari orbital yang elektronnya dekat dengan inti (n = 1) ke orbital yang lebih jauh dari nukleus (n = 2). Oleh karena itu, bilangan kuantum utama secara tidak langsung menjelaskan energi orbital.

Bilangan kuantum sudut (l) menggambarkan bentuk orbital. Orbital memiliki bentuk yang paling baik digambarkan sebagai bola (l = 0), kutub (l = 1), atau daun semanggi (l = 2). Mereka bahkan dapat mengambil bentuk yang lebih kompleks karena nilai bilangan kuantum sudut menjadi lebih besar.

Hanya ada satu cara untuk mengarahkan bola (l = 0) ke dalam ruang. Namun, orbital yang memiliki bentuk kutub (l = 1) atau daun semanggi (l = 2) dapat mengarah ke arah yang berbeda. Oleh karena itu, kita membutuhkan bilangan kuantum ketiga, yang dikenal sebagai bilangan kuantum magnetik (m), untuk menggambarkan orientasi orbital tertentu dalam ruang. (Ini disebut bilangan kuantum magnetik karena efek orientasi orbital yang berbeda pertama kali diamati dengan adanya medan magnet.)

Pengertian Bilangan kuantum

Kita menggunakan serangkaian nomor tertentu, yang disebut bilangan kuantum, untuk menggambarkan lokasi dari sebuah elektron yang terkait dalam sebuah atom. Bilangan kuantum menentukan sifat orbital atom dan elektron dalam orbital tersebut.

Sebuah elektron dalam sebuah atom atau ion memiliki empat bilangan kuantum untuk menggambarkan keadaan. Pikirkan mereka sebagai variabel penting dalam persamaan yang menggambarkan posisi tiga dimensi elektron dalam atom tertentu.

Total empat bilangan kuantum digunakan untuk mendeskripsikan secara lengkap pergerakan dan lintasan setiap elektron di dalam atom. Kombinasi semua bilangan kuantum dari semua elektron dalam atom dijelaskan oleh fungsi gelombang yang sesuai dengan persamaan Schrödinger. Setiap elektron dalam atom memiliki kumpulan bilangan kuantum yang unik; menurut Prinsip Larangan Pauli, tidak ada dua elektron yang dapat berbagi kombinasi empat bilangan kuantum yang sama. Bilangan kuantum penting karena dapat digunakan untuk menentukan konfigurasi elektron sebuah atom dan kemungkinan lokasi elektron atom. Bilangan kuantum juga digunakan untuk memahami karakteristik atom lainnya, seperti energi ionisasi dan jari-jari atom.

Bilangan kuantum Utama (n)

Bilangan kuantum utama, ditandai dengan (n), adalah tingkat energi utama ditempati oleh elektron. Tingkat energi adalah jarak tetap dari inti atom yang diberikan. Mereka digambarkan secara keseluruhan dengan bilangan yang menaik (misalnya, 1, 2, 3, 4, 5, 6,…). Di lokasi n = 1, elektron akan paling dekat dengan inti, sedangkan n = 2 elektron akan jauh, dan n = 3 lebih jauh lagi. Seperti yang akan kita lihat, bilangan kuantum utama sesuai dengan jumlah baris untuk atom pada tabel periodik.

Bilangan kuantum Momentum Sudut (l)

Bilangan kuantum momentum sudut, ditandai sebagai (l), menggambarkan bentuk umum atau wilayah yang ditempati elektron – bentuk orbitnya. Nilai l tergantung pada nilai dari prinsip bilangan kuantum n. Bilangan kuantum momentum sudut dapat memiliki nilai-nilai positif dari nol sampai (n-1). Jika n = 2, l bisa berupa 0 atau 1.

bilangan kuantum
Bilangan kuantum menentukan pengaturan elektron dalam orbital. Ada empat bilangan kuantum yang memberikan informasi tentang berbagai aspek perilaku elektron.

Bilangan kuantum Magnetik (m)

Bilangan kuantum magnetik, ditandai dengan (m), menggambarkan orientasi orbital dalam ruang. Elektron dapat terletak di salah satu dari tiga bidang dalam ruang tiga dimensi di sekitar inti tertentu (x, y, dan z). Untuk nilai yang diberikan dari sudut bilangan kuantum momentum l, bisa ada (2l +1) nilai untuk m. Sebagai contoh:
n = 2
l = 0 atau 1
untuk l = 0, maka m = 0

untuk l = 1, maka m = -1, 0, +1

Tingkat energi utama Jumlahkemungkinan sub-tingkat KemungkinanBilangankuantum Momentum Sudut Penunjukan Orbital oleh Tingkat Energi Utama dan sub-tingkat
n = 1 1 l = 0 1s
n = 2 2 l = 0l = 1 2s2p
n = 3 3 l = 0l = 1l = 2 3s3p3d
n = 4 4 l = 0l = 1l = 2

l = 3

4s4p4d

4f

Bilangan kuantum Spin (s)

Bilangan kuantum spin menjelaskan spin elektron yang diberikan. Sebuah elektron dapat memiliki salah satu dari dua spin yang terkait, spin (+ ½ ), atau spin (- ½ ). Sebuah elektron tidak dapat memiliki spin nol. Kita juga mewakili putaran dengan panah panah atas atau panah bawah. Orbital tunggal dapat menampung maksimal dua elektron dan masing-masing harus memiliki spin berlawanan.

Batasan

  • Prinsip larangan Pauli: Pada tahun 1926, Wolfgang Pauli menemukan bahwa sekumpulan bilangan kuantum dikhususkan untuk elektron tertentu. Artinya, tidak ada dua elektron yang dapat memiliki nilai n, l, ml, dan ms yang sama. Meskipun tiga bilangan kuantum pertama mengidentifikasi orbital tertentu dan mungkin memiliki nilai yang sama, bilangan keempat signifikan dan harus memiliki putaran yang berlawanan.
  • Aturan Hund: Orbital dapat memiliki tingkat energi yang sama jika memiliki cangkang utama yang sama. Orbital ini disebut degenerasi, atau “energi yang sama”. Menurut Aturan Hund, elektron mengisi orbital satu per satu. Ini berarti bahwa saat menggambar konfigurasi elektron menggunakan model dengan panah, Anda harus mengisi setiap kulit dengan masing-masing satu elektron sebelum mulai memasangkannya. Ingatlah bahwa muatan elektron adalah negatif dan elektron saling tolak. Elektron akan mencoba menciptakan jarak antara elektron dan elektron lainnya dengan tetap tidak berpasangan. Ini selanjutnya menjelaskan mengapa spin elektron dalam orbital berlawanan (yaitu +1/2 dan -1/2).
  • Prinsip Ketidakpastian Heisenberg: Menurut Prinsip Ketidakpastian Heisenberg, kita tidak dapat mengukur momentum dan posisi elektron secara tepat pada saat yang bersamaan. Karena momentum elektron semakin pasti, posisi elektron menjadi kurang pasti, dan sebaliknya. Ini membantu menjelaskan bilangan kuantum integral dan mengapa n = 2.5 tidak dapat eksis sebagai bilangan kuantum utama. Harus ada bilangan integral panjang gelombang (n) agar elektron dapat mempertahankan gelombang tetap. Jika ada gelombang parsial, gelombang keseluruhan dan sebagian akan saling meniadakan dan partikel tidak akan bergerak. Jika partikel itu diam, maka posisi dan momentumnya pasti. Karena tidak demikian, n harus memiliki nilai integral. Bukan karena bilangan kuantum utama hanya dapat diukur dalam bilangan integral, itu karena puncak satu gelombang akan tumpang tindih dengan palung gelombang lainnya, dan gelombang akan meniadakan.

Ringkasan

Bilangan kuantum menentukan pengaturan elektron dalam orbital. Ada empat bilangan kuantum yang memberikan informasi tentang berbagai aspek perilaku elektron.

Related Posts