Mekanika Kuantum. Orbital dan Bilangan Kuantum

(1)

Standar Kompetensi Mendeskripsikan struktur atom dan sifat-sifat periodik serta struktur _{molekul dan sifat-sifatnya.}

Kompetensi Dasar Menerapkan teori atom mekanika kuantum untuk menuliskan konfigurasi elektron dan diagram orbital serta menggunakannya pada penentuan letak unsur dalam tabel periodik.

Mekanika Kuantum



Kelemahan Teori Atom Bohr (Niels Henrick David Bohr)

 Hanya menjelaskan spektrum atom Hidrogen.

 Tidak dapat menjelaskan mengapa spektrum atom Hidrogen memiliki garis-garis tambahan ketika dipengaruhi medan magnet.

 Elektron beredar mengitari inti menurut suatu orbit berbentuk lingkaran dengan jari-jari tertentu.



Disempurnakan oleh Louis de Broglie

Selain bersifat partikel, elektron dapat bersifat gelombang, sedangkan Bohr berpendapat bahwa elektron adalah partikel.



Prinsip dasar Teori Mekanika Kuantum

(Teori Atom Modern oleh Erwin Schrödinger dan Werner Heisenberg) adalah gerakan elektron dalam mengelilingi inti bersifat seperti gelombang.

Berdasarkan Teori Mekanika Kuantum, keberadaan elektron dalam lintasan tidak dapat ditentukan dengan pasti, yang dapat diketahui hanya daerah kebolehjadian ditemukan elektron.

Teori ini dikemukakan oleh ahli fisika Jerman, Werner Heisenberg dan dinamakan Prinsip Ketidakpastian Heisenberg.

Orbital dan Bilangan Kuantum



Pengertian Orbital

 Niels Bohr  elektron berada di luar inti atom, beredar mengelilingi inti atom pada lintasan yang memiliki tingkat energi tertentu dan tidak menyerap atau membebaskan energi.

 Lintasan elektron menunjukkan tingkat energi utama elektron tersebut.

 Lintasan ini disebut orbit atau kulit tempat elektron beredar.

 Kulit tempat elektron beredar terdiri atas beberapa subkulit.

 Pada setiap orbital terdapat subkulit.  Orbital adalah ruang tempat elektron

berada (daerah kebolehjadian untuk menemukan elektron).

Lintasan ini disebut orbit atau kulit tempat elektron beredar

A

(2)



Bilangan Kuantum

 Berguna untuk menggambarkan kedudukan atau posisi elektron suatu atom.  4 Jenis:

1. Bilangan Kuantum Utama (n) 2. Bilangan Kuantum Azimuth (l) 3. Bilangan Kuantum Magnetik (m) 4. Bilangan Kuantum Spin (s) 1. Bilangan Kuantum Utama (n)

- Menunjukkan posisi elektron pada tingkat energi utama/kulit/lintasan.

- Nilai Bilangan Kuantum Utama dan Nomor Kulit.

n 1 2 3 4 5 6 7 Kulit K L M N O P Q

- Semakin jauh dari inti atom, harga n semakin besar, sehingga tingkat energi semakin besar.

2. Bilangan Kuantum Azimuth (l)

- Menunjukkan posisi elektron dalam subkulit/sublintasan. - Nilai Bilangan Kuantum Azimuth dan Subkulit

l 0 1 2 3 dan seterusnya (n – 1) Subkulit s p d f dan seterusnya

- Untuk n = 1 (kulit K) maka l = 0 (1 subkulit) - Untuk n = 2 (kulit L) maka l = 0 dan 1 (2 subkulit) - Untuk n = 3 (kulit M) maka l = 0,1 dan 2 (3 subkulit) - Untuk n = 4 (kulit N) maka l = 0,1,2 dan 3 (4 subkulit) Contoh

1. Tentukan nilai n dan l untuk elektron yang terletak pada orbital : a. 4s

b. 3d Jawab

a. Orbital 4s, berarti n = 4 (kulit ke-4) dan l = 0 (subkulit s)

b. Orbital 3d, berarti n = 3 (kulit ke-3) dan l = 2 (subkulit d)

2. Tuliskan nama orbital yang ditempati elektron yang mempunyai nilai : a. n = 5 dan l = 2

b. n = 4 dan l = 3

Jawab

a. l = 2, berarti elektron terletak pada subkulit d. Karena n = 5, maka nama orbitalnya adalah 5d.

b. l = 3, berarti elektron terletak pada subkulit f. Karena n = 4, maka nama orbitalnya adalah 4f.

3. Bilangan Kuantum Magnetik (m)

- Menunjukkan orbital khusus yang ditempati elektron pada suatu subkulit.

(3)

- Susunan orbital-orbital dalam satu subkulit dinyatakan dengan diagram orbital berikut:

4. Bilangan Kuantum Spin (s)

Gambaran Spin Elektron - Menunjukkan arah rotasi (perputaran) elektron pada orbital. - Setiap orbital maksimal memiliki 2 elektron yang memiliki arah

spin yang berlawanan.

- Jumlah Elektron Maksimum dalam Subkulit

Subkulit Jumlah Orbital Jumlah Elektron Maksimum s p d f 1 3 5 7 2 6 10 14

Bentuk Orbital



Orbital

s

 terletak di subkulit s.

 memiliki sebuah orbital.

 diisi paling banyak oleh dua elektron.

 berbentuk bola dengan arah ruang yang sama ke seluruh tubuh.

 orbital 1s, 2s, & 3s berbentuk sama, tetapi ukuran berbeda. Bentuk Orbital s



Orbital

p

 berjumlah 3 buah yang terletak di subkulit p (px , py & pz).

 ketiganya berenergi sama, tetapi arah ruang berbeda.  berbentuk balon terpilin.

Bentuk Orbital p

1

2

Jumlah elektron maksimum = 2 x jumlah orbital

(4)



Orbital

d

 berjumlah 5 buah yang terletak di subkulit d (dxy , dxz , dyz , dx2-dy2 & dy2).

 kelimanya berenergi sama, tetapi arah ruang berbeda.  berbentuk balon terpilin.

Bentuk Orbital d

Konfigurasi Elektron

 Cara penyusunan elektron dalam suatu atom.

 Penulisan berdasarkan jumlah elektron dalam subkulit (cara s, p, d, f).

a.

Aturan Aufbau

“Elektron secara bertahap menempati orbital mulai dari yang berenergi paling rendah. Setelah orbital berenergi rendah terisi penuh, elektron menempati orbital yang energinya satu tingkat lebih tinggi, dst sampai semua elektron dalam atom menempati orbitalnya”.

Contoh Soal

Tuliskan konfigurasi elektron atom-atom berikut : a. 7N b. 25Mn Jawab a. 7N : 1s2 2s2 2p3 b. 25Mn : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5 Latihan

D

(5)

b.

Penyingkatan Penulisan Konfigurasi elektron

Penulisan Konfigurasi elektron dapat disingkat berdasarkan konfigurasi elektron gas mulia.

2He : 1s2 10Ne : 1s2 2s2 2p6 18Ar : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 36Kr : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 54Xe : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 86Rn : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 Contoh 8O : 1s2 2s2 2p4 disingkat [He] 2s2 2p4 48Cd : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 disingkat [Kr] 5s2 4d10

Atom yang memiliki elektron pada subkulit d, konfigurasi elektronnya dapat dituliskan dengan dua cara : 1) Berdasarkan urutan subkulit, atau

2) Berdasarkan nomor kulit Contoh

25Mn : [Ar] 4s2 3d5, atau 25Mn : [Ar] 3d5 4s2

c.

Konfigurasi Elektron Atom Bermuatan

Contoh

Tuliskan konfigurasi elektron unsur berikut : a. 11Na b. 19K+ (melepaskan 1 elektron) c. 16S2- (menerima 2 elektron) Jawab a. 11Na : 1s2 2s2 2p6 3s1 atau [Ar] 4s2 3d5 b. 19K+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 c. 16S2- : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 Latihan

Tuliskan konfigurasi elektron unsur berikut : a. 26Fe b. 26Fe3+ c. 8O d. 8O 2-e. 20Ca f. 20Ca2+ g. 35Br h. 35Br

Diagram Orbital

a.

Pembuatan Diagram Orbital

Diagram orbital dibuat melalui langkah-langkah berikut : 1) Tulis konfigurasi elektron berdasarkan aturan Aufbau. 2) Buat kotak orbital sesuai jenis orbital yang terakhir.

orbital s = 1 kotak, p = 3 kotak, d = 5 kotak, f = 7 kotak

3) Isi kotak orbital dengan elektron-elektron pada orbital terakhir yang dinyatakan dengan tanda panah ke atas atau ke bawah. Satu buah kotak diisi maksimum dua elektron.

b.

Kaidah Hund

Pengisian elektron pada orbital yang memiliki tingkat energi yang sama, masing-masing diisi dengan satu elektron terlebih dahulu yang memiliki arah spin yang sama, kemudian diisi dengan elektron berikutnya yang memiliki arah spin yang berlawanan.

Contoh: 3p3

Contoh

Gambarkan diagram orbital dari atom-atom :

a. 8O b. 22Ti

(6)

Jawab a. 8O : 1s2 2s2 2p4

1s2_2s2_2p4 b. 22Ti : [Ar] 4s2 3d2

4s2 _3d2 Latihan

Gambarkan diagram orbital dari atom-atom : a. 11Na

b. 36Kr

c. 56Ba

d. 14Si

e. 50Sn

c.

Orbital Penuh & Setengah Penuh

 Umumnya terjadi pada unsur logam transisi

 Orbital yang terisi penuh atau setengah penuh oleh elektron, lebih stabil daripada orbital yang penuh atau tidak setengah penuh.

Contoh

24Cr : [Ar] 4s2 3d4

(kondisi tidak stabil)

4s2_3d4

Kondisi lebih stabil apabila orbital 4s dan 3d terisi setengah penuh. Sehingga konfigurasi elektron untuk Cr yang benar adalah :

24Cr : [Ar] 4s1 3d5

4s1_3d5

Latihan

Tentukan konfigurasi elektron dan buatlah diagram orbital untuk atom-atom berikut : a. 29Cu

b. 42Mo

c. 47Ag

d. 79Au

d.

Penentuan Bilangan Kuantum

 Tuliskan konfigurasi elektron atom.

 Buatlah diagram orbital yang ditempati oleh elektron valensi yang akan ditentukan bilangan kuantumnya.

 Tentukan bilangan kuantumnya.

e.

Asas Larangan Pauli

“Elektron-elektron dalam satu atom tidak boleh mempunyai bilangan kuantum yang keempat-empatnya sama”.

(7)

Nilai bilangan kuantum :

n = 3 (nomor kulit tempat elektron valensi berada)

l = 1 (subkulit p)

m = 0

s = + 1/2 Latihan

Gambarkan diagram orbital dan tentukan bilangan kuantum untuk elektron valensi dari atom-atom berikut : a. 15P b. 26Fe c. 36Kr d. 50Sn e. 79Au

(8)

Golongan Unsur-Unsur

Golongan A : 1. menempati blok s 2. menempati blok p (s + p) Golongan B : menempati blok d (s + d) Khusus untuk blok d



elval 9 dan 10  VIII B



elval 11  I B



elval 12  II B

Golongan Lantanida mulai dari 4f Golongan Aktinida mulai dari 5f Contoh

Tanpa melihat tabel periodik, tentukan nomor golongan dan nomor perioda unsur-unsur berikut : a. 19K

b. 14Si

c. 21Sc

Jawab

a. 19K : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

Kulit terluar (n) = 4 (menunjukkan perioda 4)  Elval = 1 (menunjukkan golongan I A)



dapat disimpulkan bahwa unsur K terletak pada golongan I A, perioda 3. b. 14Si : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

Unsur Si terletak pada golongan IV A, perioda 3 c. 21Sc : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1

Unsur Sc terletak pada golongan III B, perioda 4 Latihan

Tanpa melihat tabel periodik, tentukan nomor golongan dan nomor perioda unsur-unsur berikut : a. 20Ca

b. 23V

c. 27Co

d. 30Zn

e. 32Ge

Tidak ada perioda

Blok s = golongan A

Blok p = golongan A