Mekanika Kuantum

TEORI ATOM MEKANIKA KUANTUM
(Tugas Telaah Kurikulum Kimia Sekolah I)
Oleh
Kelompok 6
Heru Agung Saputra
1013023046
Kenia Mahargyani
1013023048
Rani Yunita Mawarni
1013023054
Wiwit Murdiandari
1013023018
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDARLAMPUNG
2012
DESKRIPSI PEMBELAJARAN
KELAS XI SEMESTER I
Mata pelajaran
: Kimia
Kelas
: XI (Sebelas)
Semester
: I (Satu)
Alokasi Waktu
: 2 x 45 Menit (Pertemuan 1)
Standar Kompetensi
1. Memahami struktur atom untuk meramalkan sifat-sifat periodik unsur, struktur
molekul, dan sifat-sifat senyawa
Kompetensi Dasar
1.1 Menjelaskan teori atom Bohr dan mekanika kuantum untuk menuliskan
konfigurasi elektron dan diagram orbital serta menentukan letak unsur dalam
tabel periodik
Indikator
1.1.1 Menjelaskan teori atom yang dikemukakan oleh Neils Bohr
1.1.2 Menjelaskan kelemahan dan kelebihan dari teori atom Neils Bohr setelah
mengetahui teori atom Bohr
1.1.3 Menjelaskan teori atom mekanika kuantum
1.1.4 Menghubungkan hipotesis Louis de Broglie dengan azas ketidakpastian
Heisenberg dalam teori atom mekanika kuantum
1.1.5 Mengkaitkan elektron sebagai fungsi gelombang
1
1.1.6 Menentukan fungsi gelombang pada setiap elektron
1.1.7 Menentukan tingkat energi, jenis orbital, dan arah orientasi pada elektron
Kegiatan Pendahuluan
Guru mengucapkan salam kepada siswa
Guru memeriksa kehadiran siswa
Kegiatan Pembelajaran
Guru : “Pada pertemuan ini kita akan mempelajari tentang teori atom Bohr dan teori
atom mekanika kuantum. Pernahkan kalian mempelajari tentang teori atom Bohr
sebelumnya?”
Siswa : “Sudah Bu, saat kelas X semester I”
Guru : “Ya, kalian sudah mempelajarinya di kelas X semester I. Jadi, coba kalian
ingat-ingat lagi, teori atom seperti apa yang diajukan oleh Bohr? Siapa yang masih
ingat?”
Siswa : “Saya, Bu. Bohr mengajukan teori atom yaitu:
Elektron bergerak mengelilingi inti atom dalam lintasan atau orbit yang berbentuk
lingkaran, dengan jari-jari tertentu. Tiap lintasan ditandai dengan satu bilangan bulat
yang disebut bilangan kuantum utama (n) mulai dari 1, 2, 3, 4, … dst yang
dinyatakan dengan lambang K, L, M, N, … dst
Elektron dapat berpindah dari satu kulit ke kulit yang lain disertai pemancaran atau
penyerapan energi. Perpindahan elektron ke kulit terluar disertai penyerapan energi
namun perpindahan elektron ke kulit lebih dalam disertai pelepasan energi”
Guru : “Benar. Apa keunggulan dari teori atom Bohr?”
2
Siswa : “Ia dapat menjelaskan suatu teori yang menjadi kelemahan model atom
sebelumnya, yaitu teori atom Rutherford”
Guru : “Pintar sekali. Apa kelemahan teori atom Rutherford?”
Siswa : “Ia tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak tertarik dan jatuh ke inti
atom. Padahal, menurut hukum fisika klasik, elektron di sekeliling inti atom saling
tarik menarik dengan inti atom yang bermuatan positif. Oleh karena itu, elektron akan
terus bergerak mengelilingi inti atom seperti planet-planet mengelilingi matahari.
Tarik menarik antara elektron dengan inti ini semakin mempercepat pergerakan
elektron. Elektron akan memancarkan energi selama pergerakannya. Lambat laun
elektron akan terpilin mendekati inti dan akhirnya jatuh ke inti atom”
Guru : “Benar sekali. Dalam hal ini Bohr mampu menjelaskan mengapa elektron
tidak jatuh ke inti atom, hal ini karena lintasan elektron berbentuk lingkaran, bukan
berbentuk spiral dan masih banyak lagi keunggulannya. Maka dalam pertemuan ini,
kita akan membahas tentang teori atom menurut Bohr dan teori atom setelah Bohr
yaitu teori atom mekanika kuantum”
Siswa : “Baik, Bu”
Guru : “Pada tahun 1900, Max Planck mengajukan gagasan bahwa radiasi
elektomagnet bersifat diskret, artinya suatu benda hanya dapat memancarkan atau
menyerap radiasi elektromagnetik dalam ukuran atau paket-paket kecil dengan nilai
tertentu. Paket energi ini disebut kuantum. Jadi, suatu benda hanya dapat menerima 1,
2. 3, … dst kuanta, tetapi tidak dapat menerima ½ atau ¼ kuanta. Einstein pun
membenarkan teori Max Planck ini, dan partikel radiasi ini diberi nama foton.
Besarnya energi berbanding lurus dengan frekuensi dan tetapan Planck. Jadi, menurut
kalian bagaiman persamaan untuk energinya?”
Siswa : “𝐸 = ℎ . 𝑓, Bu”
3
Guru : “Benar. Frekuensi adalah berbanding lurus dengan kecepatan cahaya dan
berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Jadi, bagaimana persamaan
energinya?”
𝑐
Siswa : “𝐸 = ℎ . (𝜆)”
Guru : “Bagus, Coba hitung berapa energi dari 1 mol foton sinar merah dari
spektrum gas hidrogen yang memp[unyai panjang gelombang 656 nm?”
Siswa menghitung
Siswa : “Dengan menggunakan persamaan tadi, maka didapatkan energi radiasinya
adalah
3.3 . 10−19 𝐽.
Maka,
energi
1
mol
foton
adalah
𝐽
6.02 . 1023 𝑓𝑜𝑡𝑜𝑛 𝑥 3,03 . 10−19 𝑓𝑜𝑡𝑜𝑛 = 1.83 . 105 𝐽”
Guru : “ Pintar. Energinya dapat dihitung dengan persamaan tadi. Nah, Bohr juga
dapat menjelaskan fenomena bahwa spektrum atom berupa spektrum garis. Ia
menjelaskan dengan teori Max Planck. Apa tadi teori Max Planck?”
Siswa : “Max Planck mengatakan bahwa radiasi elektomagnetik bersifat diskret,
artinya suatu benda hanya dapat memancarkan atau menyerap radiasi elektromagnetik
dalam ukuran atau paket-paket kecil dengan nilai tertentu”
Guru : “Iya, jadi spektrum garis menunjukkan bahwa elektron dalam atom hanya
dapat beredar dalam lintasan dengan tingakat energi tertentu. Pada lintasan itu,
elektron dapat beredar tanpa pemancaran atau penyerapan energi. Oleh karena itu
juga, Bohr mengatakan bahwa elektron tidak akan jatuh ke inti atom. Coba, mengapa
tidak jatuh ke inti atom menurut Bohr?”
Siswa : “Karena elektron bila berada dalam lintasan yang diizinkan, maka ia tidak
akan memancarkan energi”
Guru : “Bagus. Oleh karena itulah lintasan elektron tidak akan berbentuk spiral,
melainkan lingkaran. Lintasan elektron ini disebut dengan kulit atom. Setiap kulit
4
atom ditandai dengan bilangan kuantum utama (n), Coba, dimulai dari berapa
bilangan kuantum utama? Dan dinyatakan dengan lambang apa?”
Siswa : “Bilangan kuantum utama dinyatakan dengan 1, 2, 3, 4, … dst, dan
dinyatakan denga lambang K, L, M, N, … dst”
Guru : “Benar. Bilangan-bilangan ini dimulai dari kulit yang paling dalam. Bila
tidak dipengaruhi oleh energi dari luar maka elektron akan berda pada tingakat dasar
atau pada energi terendah. Namun apa yang terjadi bila mendapat energi dari luar?
Misalnya dipanaskan”
Siswa : “Maka, energi akan diserap oleh elektron, Bu”
Guru : “Iya, bagaimana ketentuannya tadi, bila elektron menyerap energi?”
Siswa : “Elektron tersebut akan melakukan perpindahan ke kulit luar”
Guru : “Benar. Elektron akan melakukan perpindahan dengan menempati tingkat
energi yang lebih tinggi. Dan ini disebut dalam keadaan tereksitasi. Menurut kalian
apakah keadaan ini adalah keadaan yang stabil?”
(Siswa terdiam)
Guru : “Coba kalian bayangkan. Mana yang membutukan energi besar antara
berdiri dan tidur?”
Siswa : “Berdiri, Bu”
Guru : “Dalam keadaan tidur atau berdirikah yang menurut kalian lebih nyaman?”
Siswa : “Tidur, Bu”
Guru : “Jadi, apa hubungan kestabilan dengan energi?”
Siswa : “Kestabilan berbanding terbalik denga energi. Bila energi tinggi atau besar
maka ia dalam keadaan tidak stabil, dan begitu juga sebaliknya, bila memilki energi
yang rendah, maka ia lebih stabil”
5
Guru : “Benar, Jadi bagaimana kestabilan pada keadaan tereksitasi?”
Siswa : “Tidak stabil, Bu”
Guru : “Karena ketidakstabilannya ini, maka ia akan secepat mungkin menstabilkan
keadaan, yaitu dengan cara kembali ke tingkat energi yang rendah yang disertai
dengan pelepasan energi berupa gelombang elektromagnetik atau pancaran radiasi.
Energi radiasi yang dipancarkan sama dengan selisih tingkat energi akhir dan awal.
Dalam penjelasannya, Bohr menggunakan hidrogen sebagai model. Bohr berhasil
dalam merumuskan jari-jari lintasan dan energi elektron pada atom hidrogen. Namun,
Bohr hanya dapat menjelaskan spektrum gas hidogen dan spektum spesi lain yang
hanya memilki 1 elektron, seperti He+ atau Li2+”
Siswa : “Jadi, kelemahan Bohr adalah ketidakmampuannya untuk menjelaskan
spektrum dari spesi lainnya yang memiliki lebih dari 1 elekton ya, Bu?”
Guru : “Iya. Namun, Bohr sudah sangat berjasa karena ia telah menemukan teori
tentang tingkat-tingkat energi dan kulit dalam atom. Namun, karena kelemahannya,
maka dibutuhkan teori baru yang dapat melengkapi tentang teori atom. Apa teori
terbaru tentang atom yang masih kita gunakan hingga sekarang?“
Siswa : “Mekanika kuantum, Bu”
Guru : “Iya, mekanika kuantum atau mekanika gelombang. Mengapa disebut
gelombang?”
(Siswa terdiam)
Guru : “Karena, ternyata Louis De Broglie dapat menjelaskan tentang kelemahan
Bohr yaitu ia dapat menjelaskan bahwa jika cahaya memilki sifat partikel, maka
partikel juga memilki sifat gelombang, maka menurutnya gerakan partikel memiliki
ciri-ciri gelombang. Dan menurut percobaan yang dilakukan oleh Broglie ternyata
elektron mempunyai sifat difraksi seperti sinar X”
Siswa : “Jadi elektron itu mempunyai sifat gelombang ya, Bu?”
6
Guru : “Benar. Karena ia mempunyai sifat gelombang, jadi menurut kalian, apakah
elektron mempunyai fungsi gelombang?”
Siswa : “Punya, Bu”
Guru : “Benar. Yang membedakan antara elektron satu dengan elektron lainnya
adalah fungsi gelombangnya. Jadi, setiap elektron mepunyai fungsi gelombang yang
berbeda. Ini dilihat dari penyelesaian dari persamaan gelombang. Fungsi gelombang
itu adalah posisi kebolehjadian ditemukannya elektron. Kemudian, kita juga
dihadapkan tentang azas ketidakpastian Heisenberg. Menurutnya, tidaklah mungkin
menentukan posisi dan momentum elektron secara bersamaan dengan ketelitian
tinggi”
Siswa : “Apa maksud dari azas itu, Bu?”
Guru : “Menurut kalian bagaimana? Jika Heisenberg mengatakan tidaklah mungkin
menentukan posisi elektron?”
Siswa : “Berarti elektron tidak dapat dideteksi posisisnya.”
Guru : “Benar, jadi elektron itu diketahui ada karena ia menunjukkan
keberadaannya. Namun, karena elektron mempunyai sifat gelombang yang terus
bergerak, maka akan sulit menetukan posisi pastinya. Tetapi hanya dapat dengan
menentukan kebolehjadian menemukan elektron”
Siswa : “Bu, siapa yang mengemukakan teori mekanika kuantum, Bu?
Guru : “Orang berjasa ini adalah Erwin Schrodinger”
Siswa : “Bu, jadi Schrodinger mengemukakan tentang teori atom mekanika kuantum
mengacu dari hipotesis Broglie dan azas Heisenberg ya, Bu?”
Guru : “Benar sekali. Karena elektron tidak dapat dipastikan posisinya, maka hanya
dapat diketahui peluang atau kebolehjadian menemukan elektron pada setiap titik
7
disekitar inti. Daerah dengan peluang terbesar menemukan posisi elektron disebut
dengan orbital”
Siswa : “Jadi orbital adalah fungsi gelombangnya ya, Bu?”
Guru : “Iya. Bilangan kuantum untama (n), bilangan kuantum azimut (l), dan
bilangan kuantum magnetik (m) adalah orbital, maka ini adalah fungsi gelombang.”
Siswa : “Bu, jadi, karena setiap elektron mempunyai fungsi gelombang yang
berbeda, maka setiap elektron mempunyai pasti nilai n, l, m yang berbeda ya, Bu?”
Guru : “Tepat sekali nak. Coba ingat kembali tentang nilai n pada teori atom Bohr.
Bagaimana menentukan nilai bilangan kuantum utama menurut Bohr?”
Siswa : “Menurut Bohr, bilangan kuantum utama (n) menendakan kulit atom atau
tingakat energi dan dinyatakan dengan 1, 2, 3, 4, … dst, serta dilambangkan dengan
lambang K. L, M, N, … dst”
Guru : “Bagus. Jadi, bila bilangan kuantum utama sama dengan 2, apakah artinya?”
Siswa : “Itu berarti tingkat energinya sama dengan 2 atau berada di kulit kedua”
Guru : “Iya, ini juga yang digunakan oleh Schrodinger dalam menetukan bilangan
kuantum utama. Lalu, fungsi gelombang berikutnya adalah bilangan kuantum azimut.
Bilangan kuantum azimut menyatakan jenis orbilal. Coba sebutkan jenis orbital yang
kalian baca dibuku.”
Siswa : “s, p, d, f, Bu”
Guru : “Maka, ada berapa jenis orbital dalam bilangan kuantum azimut?”
Siswa : “Ada empat, Bu”
Guru : “Benar, jenis orbital s memiliki nilai bilangan kuantum azimut 0. Menurut
kalian, berapa nilai bilangan kuantum azimut untuk p, d, dan f?’
Siswa : “Bilangan kuatum azimut untuk p adalah 1, d adalah 2. f adalah 3”
8
Guru : “Bagus sekali. Bila pada energi ketiga atau n=3, maka memiliki 3 jenis
orbital, yaitu s, p, d”
Siswa : “Jadi, bila berada pada n=3, maka l=0, 1, 2 ya, Bu? Sehingga jenis orbitalnya
adalah s, p, dan d. Begitu bukan. Bu?”
Guru : “Pintar sekali anak-anak. Jadi, jenis orbital apa bila n=1, n=2, dan n=4?
Siswa : “Bila berada pada energi ke-1, maka memikili 1 jenis orbital yaitu s (l=0),
namun bila berada pada energi ke-2, maka memiliki 2 jenis orbital yaitu s dan p (l=0 ;
1). Dan jika berada pada energi ke-4, maka memiliki 4 jenis orbital yaitu s, p, d, dan f
(l=0 ; 1 ; 2 ; 3)”
Guru : “Benar sekali. Jika dilihat dari nilai-nilainya, bagaimana hubungan nilai
kuantum azimut dengan nilai pada bilangan kuantum utama?”
Siswa : ”Nilai kuantum azimut adalah 0 sampai n-1”
Guru : “Tepat. Jadi bagaimana bila n=4?”
Siswa : “Berarti, berada pada tingkat energi ke 4, sehingga memiliki jenis orbital s,
p, d, dan f, Bu”
Guru : “Benar nak. Fungsi gelombang selanjutnya adalah bilangan kuantum
magnetik yang menyatakan arah orientasi orbital dalam ruang. Ini adalah
kebolehjadian menemukannya elektron dalam ruang. Pada jenis orbital p yang
memiliki nilai bilangan kuantum azimut = 1, maka memiliki nilai magnetik yaitu -1,
0, +1. Maka ada berapa orientasi orbital pada jenis orbital p?”
Siswa : “Ada 3, Bu”
Guru : Pada jenis orbital d yang memiliki nilai bilangan kuantum azimut = 2, maka
memiliki nilai magnetic yaitu -2, -1, 0, +1, +2. Maka ada berapa orientasi orbital pada
jenis orbital d?”
Siswa : “Ada 5, Bu”
9
Guru : “Maka, dapatkah kalian menyebutkan ada betapa orientasi orbital pada jenis
orbital s dan f?”
Siswa : “Pada jenis orbital s yang memiliki nilai bilangan kuantum azimut = 0, maka
memiliki nilai magnetik yaitu 0. Maka hanya ada 1 arah orientasi orbital. Pada jenis
orbital f yang memiliki nilai bilangan kuantum azimut = 3, maka memiliki nilai
magnetic yaitu -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Maka ada 7 arah orientasi orbital”
Guru : “Jadi dapatkah kalian menentukan persamaan untuk nilai bilangan kuantum
magnetik?”
Siswa : “Jadi nilai m = -l hingga +l”
Guru : “Bagus”
(Waktu pembelajaran sudah habis, sebelum mengakhiri pembelajaran guru
memberikan tugas kepada siswa, sebagai berikut)
1. Tulislah bilangan-bilangan kuantum dari semua fungsi gelombang pada kulit M!
2. Tentukan apakah kombinasi nilai bilangan kuantum berikut benar untuk
menyatakan satu orbital. Jika tidak, jelaskan kesalahannya!
n
L
m
a
3
2
+1
b
4
4
0
c
2
1
+2
d
1
0
0
10
DESKRIPSI PEMBELAJARAN
KELAS XI SEMESTER I
Mata pelajaran
: Kimia
Kelas
: XI (Sebelas)
Semester
: I (Satu)
Alokasi Waktu
: 2 x 45 Menit (Pertemuan 2)
Standar Kompetensi
1. Memahami struktur atom untuk meramalkan sifat-sifat periodik unsur, struktur
molekul dan sifat-sifat senyawa
Kompetensi Dasar
1.1 Menjelaskan teori atom Bohr dan mekanika kuantum untuk menuliskan
konfigurasi elektron dan diagram orbital serta menentukan letak unsur dalam
tabel periodik
Indikator
1.1.8 Mampu menjelaskan teori atom mekanika kuantum
1.1.9 Mampu menjelaskan pengertian bilangan kuantum dan bentuk-bentuk orbital
1.1.10 Mampu menuliskan konfigurasi elektron dengan diagram orbital
1.1.11 Mampu menggunakan prinsip Aufbau, aturan Hund dan azas larangan Pauli
untuk menuliskan konfigurasi elektron dan diagram orbital
1.1.12 Menghubungkan konfigurasi elektron suatu unsur dengan letaknya dalam
sistem periodik
11
Kegiatan Pendahuluan
Guru memberi salam kepada siswa
Guru mengecek kehadiran siswa
Guru memberikan motivasi kepada siswa dengan memberikan pertanyaan-pertanyaan
motivasi
Guru : “Pada pertemuan kali ini kita akan mempelajari teori mekanika kuantum.
Sudahkah kalian membaca materi tentang ini semalam?”
Siswa : “Sudah, Bu”
Guru : “Apakah yang kalian ketahui tentang teori atom Bohr anak-anak?”
Siswa : “Saya tahu, Bu”
Guru : “Ya Nak, apa yang kamu ketahui tentang teori atom Bohr?”
Siswa : “Teori atom Bohr menyerupai sistem tata surya, yaitu matahari sebagai inti
atom dan planet-planet sebagai elektron yang mengelilingi inti”
Guru : “Betul sekali anak-anak. Menurut Bohr, spektrum garis menunjukkan bahwa
elektron dalam atom hanya dapat beredar pada lintasan-lintasan energi tertentu. Pada
lintasan itu, elektron dapat beredar tanpa pemancaran atau penyerapan energi.
Disebut apakah lintasan tersebut, ada yang tahu?”
Siswa : “Saya Bu”
Guru : “Ya silakan nak”
Kegiatan Pembelajaran
Siswa : “Lintasan itu disebut kulit atom Bu”
12
Guru : “Yah bener anak-anak, lintasan elektron disebut dengan kulit atom. Lintasan
ini berupa lingkaran dengan jari-jari atom tertentu.”
Siswa : “Ooo…”
Guru : “Setiap kulit atom ditandai dengan suatu bilangan yang disebut bilangan
kuantum. Bilangan kuantum ini dibedakan menjadi 4. Tahukah kalian dibedakan
menjadi bilangan apa saja bilangan kuantum itu?”
Siswa : “Bilangan kuantum utama, bilangan kuantum azimut, bilangan kuantum
magnetik, dan bilangan kuantum spin Bu”
Guru : “Yang kalian jawab itu benar sekali nak. Tahukah kalian apakah bilanganbilangan kuantum yang telah disebutkan oleh teman-teman kalian?”
Siswa : (Semua siswa diam)
Guru : “Baiklah ibu akan menjelaskannya, bilangan kuantum utama dilambangkan
dengan (n), bilangan kuantum ini menyatakan tingkat energi utama atau kulit atom.
Yang dimulai dari kulit paling dalam, n = 1, 2, 3, 4, … dst, dinyatakan dengan
lambang K, L, M, N, … dst. Semakin besar nilai n, berarti makin besar orbital yang
di huni oleh dua elektron itu”
Bilangan
Kuantum (n)
Lambang Kulit
1
2
3
4
dan seterusnya
K
L
M
N
dan seterusnya
Siswa : “Bu, apakah setiap kulit atom itu memiliki energi yang sama ?”
Guru : “Tidak anak-anak, setiap kulit atom memiliki tingkat energi yang berbeda.
Karena bilangan kuantum utama berhubungan dengan jarak rata-rata elektron dari
inti, dalam orbital tertentu. Semakin besar n, maka semakin besar jarak rata-rata
elektron dalam orbital tersebut dari inti, dan energinya semakin besar. Begitu pula
sebaliknya.”
13
Siswa : “Ooo, begitu yah Bu”
Guru : “Lalu apakah bilangan kuantum azimut itu anak-anak?”
Siswa : “Bilangan kuantum azimut itu menyatakan subtingkat energi atau juga
menyatakan bentuk/jenis orbital, Bu”
Guru : “Benar sekali. Nilai-nilai bilangan kuantum azimut dikaitkan dengan nilai
bilangan kuantum utamanya, yaitu semua bilangan bulat dari 0 (nol) hingga (n-1).
Bilangan kuantum ini sering disebut juga dengan bilangan kuantum momentum
sudut, bilangan ini dilambangkan dengan (l). Contohnya yaitu bila n = 1, hanya ada
satu nilai yang memungkinkan yakni 0, bila n = 2 maka hanya ada dua nilai l yang
memungkinkan yakni 0 dan 1. Bilan n = 3 maka ada tiga nilai l yaitu 0, 1 dan 2. Dari
nilai-nilai yang diperoleh, biasanya ditandai dengan huruf s, p, d, … dst, seperti
berikut:
Nilai l
Lambang
subkulit
0
1
2
3
4
dan seterusnya
s
P
d
f
g
dan seterusnya
Lambang yang dipakai berasal dari klasifikasi empiris spektrum deret sharp (tajam),
principal (utama), diffuse (kabur) dan fundamental (pokok)”
Siswa : “Jadi Bu, bila l = 0, kita mempunyai sebuah orbital s, bila l = 1 kita
mempunyai sebuah jenis orbital p”
Guru : “Tepat sekali nak. Ibu akan memberikan contoh yaitu, subkulit s dari kulit
pertama (K) dinyatakan dengan 1s (n = 1, l = 0), subkulit p dari kulit ketiga (M)
dinyatkan dengan 3p (n = 3, l = 1). Lambang dari semua subkulit pada kulit K sampai
dengan N yaitu sebagai berikut:
Kulit
Nilai n
Nilai l yang
Subkulit atau
diizinkan
jenis orbital
14
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
: “Lalu apa yang dimaksud dengan bilangan kuantum magnetik anak-anak ?”
Siswa : “Bilangan kuantum magnetik menyatakan orbital khusus mana yang
ditempati elektron pada suatu subkulit”
Guru : “Betul sekali. Bilangan kuantum magnetik juga menyatakan orientasi khusus
dari orbital itu dalam ruang relatif terhadap inti. Nilai bilangan kuantum magnetik
bergantung pada nilai bilangan kuantum azimuth, yaitu semua bilangan bulat mulai
dai –l sampai dengan +l, termasuk 0. Siapa yang dapat memberikan contohnya?”
Jumlah dan Jenis Orbital pada Subkulit
Jenis Orbital L
Jumlah orbital (2 l + 1)
Nilai m
s
0
1
0
p
1
3
-1, 0, +1
d
2
5
-2, -1, 0, +1, +2
f
3
7
-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3
Siswa : “Saya Bu, jika bilangan kuantum azimuth l = 0, maka nilai bilangan
kuantum magnetiknya yaitu m = 0, berarti hanya terdapat 1 orbital”
Guru : “Bagus sekali, siapa lagi yang dapat memberikan contohnya?”
Siswa : “Jika bilangan kuantum azimuth l = 1, maka nilai bilangan magnetiknya
yaitu m = -1, 0, +1, berarti terdapat 3 orbital”
Guru : “Ya benar sekali anak-anak. Sebagai kesimpulan pembahasan kita tentang
ketiga bilangan kuantum ini, perhatikan situasi dimana n = 2 dan l = 1. Apa yang bisa
kalian jelaskan dari situasi ini anak-anak?”
15
Siswa : “Nilai n dan l menandakan bahwa kita mempunyai subkulit 2p, dan dalam
sub kulit ini kita mempunyai tiga orbital 2p (sebab ada tiga nilai m, yaitu -1, 0, dan
1)”
Guru : “Baiklah anak-anak, apakah kalian semua sudah mengerti?”
Siswa : “Sudah, Bu”
Guru : “Baiklah, Ibu ingin bertanya, tahukah kalian untuk setiap tingkat energi
terdapat banyak orbital?”
Siswa : “Untuk setiap tingkat energi terdapat n2 orbital Bu”
Guru : “Memang benar, tapi dapatkah kalian buktikan bahwa untuk setiap tingkat
energi terdapat n2 orbital?”
Siswa : “Tidak tahu Bu”
Guru : “Ibu akan menjelaskannya dengan tabel. (sambil menulis tabel di papan
tulis)”
Tingkat Energi (n)
Jenis Orbital (l)
Jumlah Orbital
K (n = 1)
1s (l = 0)
1
........ 12
2s (l = 0)
1
4 ........ 22
2p (l = 1)
3
3s (l = 0)
1
3p (l = 1)
3
3d (l = 2)
5
4s (l = 0)
1
4p (l = 1)
3
4d (l = 2)
5
4f (l = 3)
7
L (n = 2)
M (n = 3)
N (n = 4)
9 ....... 32
16 ...... 42
Guru : “Jadi, apa yang dapat kalian simpulkan dari tabel ini anak-anak?”
16
Siswa : “Setiap tingkat energi (n) terdapat n2 orbital Bu”
Guru : “Good, seperti yang sudah dijelaskan di atas, elektron berada dalam orbital.
Bentuk dan orientasi orbital ditentukan oleh bilangan kuantum. Nilai bilangan
kuantum l menentukan bentuk geometris dari awan elektron atau penyebaran peluang
ditemukannya elektron. Oleh karen itu, bilangan kuantum l menentukan bentuk
orbital sedangkan bilangan kuantum m menunjukkan arah ruang orientasi orbital.
Lalu bentuk orbital apa saja yang telah kalian ketahui sebelumnya nak?”
Siswa : “Orbital s, orbital p, orbital d, dan orbital f Bu”
Guru : “Pada orbital s, telah dijelaskan bahwa de Broglie menyatakan elektron
bersifat gelombang. Jika fungsi gelombang dilambangkan dengan ψ (psi), maka ψ 2
dikenal sebagai kerapatan peluang ditemukannya elektron. Perhatikan gambar orbital
s berikut ini:
Dari gambar di atas, apa yang dapat kalian simpulkan anak-anak ?”
Siswa : “ Pada gambar terlihat bahwa peluang terbesar ditemukannya elektron
adalah di sekitar inti. Makin jauh dari inti, maka peluang ditemukannya elektron
makin kecil”
Guru : “Ya benar sekali. Pada orbital s ini, elektron dapat bergerak ke segala arah,
oleh karena itu orbital s digambarkan berbentuk bola”
17
Siswa : “Lalu bagaimana bentuk orbital p dan orbital d itu Bu?”
Guru : “Pada jenis orbital p (l =1), terdapat 3 harga m, yaitu -1, 0, dan +1, maka
terdapat 3 orbital p. Masing-masing orbital bersumbukan koordinat x, y, dan z. Oleh
karena itu, orbital-orbital ini disebut orbital Px, Py, dan Pz.
Sedangkan pada jenis orbital d (l =2) terdapat 5 harga m yaitu, -2, -1, 0, +1, dan +2.
Oleh karena itu terdapat 5 orbital sebagai berikut:
18
Berikut ini merupakan gambar bentuk orbital secar geometris dengan orientasi
masing-masing:
19
Siswa : “Jadi, bentuk orbital itu bergantung oleh arah orientasinya yah Bu?”
Guru : “Benar sekali, lalu kita akan melanjutkan bahasan kita tentang bilangan
kuantum spin. Bila elektron berputar mengelilingi sumbunya sendiri, seperti rotasi
bumi, maka sifat magnetiknya dapat dijelaskan. Menurut teori elektromagnetik,
muatan yang berputar pada sumbunya akan menghasilkan medan magnet, dan
gerakannya itulah yang menyebabkan elektron berprilaku seperti magnet. Tahukah
kalian, ada berapa kemungkinan gerak spin pada elektron?”
Siswa : “Terdapat dua kemungkinan gerak spin elektron Bu”
Guru : “Betul sekali anak-anak, lalu apa saja kemungkinannya?”
Siswa : “Yang satu searah jarum jam dan yang satunya lagi berlawan arah jarum
jam”
Guru : “Good, untuk menjelaskan spin elektron, penting untuk memperkenalkan
bilangan kuantum keempat, yang disebut bilangan kuantum spin elektron, yang
bernilai +½ (dinyatakan dengan tanda ↑) atau -½.(dinyatakan dengan tanda ↓). Tidak
seperti bilangan kuantum n, l, dan m yang saling berhubungan, bilangan kuantum
spin tidak bergantung pada ketiga bilangan kuantum tersebut. Baiklah Ibu akan
memberikan satu soal, siapa yang akan menjawabnya akan mendapatkan nilai (+),
apa sudah siap semua?”
Siswa : “Siap, Bu”
Guru : “Cobalah berikan nilai-nilai n, l, dan m untuk orbital-orbital pada subkulit
4d!, siapa yang mau menjawabnya?”
Siswa : “Saya, Bu”
Guru : “Baiklah coba jelaskan apa jawaban mu!”
Siswa : “Baik Bu, seperti yang kita bahas sebelumnya, bilangan yang digunakan
untuk menandakan subkulit adalah bilangan kuantum utama, sehingga dalam situasi
20
ini n bernilai 4 (n = 4). Lalu karena kita berhadapan dengan orbital d, maka l bernilai
2 (l = 2). Sedangkan untuk nilai m bervariasi dari –l, 0, dan +l. Sehingga m bernilai 2, -1, 0, +1, dan +2, yang berkaitan dengan kelima orbital d”
Guru : “Jawabanmu benar sekali nak. Selanjutnya keempat bilangan kuantum ini
memungkinkan kita untuk menandai elektron dalam orbital atom manapun secara
lengkap. Dalam hal ini, kita dapat menganggap keempat bilangan kuantum ini
sebagai ‘alamat’ elektron dalam atom, semacam alam jalan, kota, propinsi, dan kode
pos yang digunakan untukmengetahui alamat seseorang. Adakah dari kalian yang
dapat memberikan contohnya anak-anak?”
Siswa : (Semua diam)
Guru : “Baiklah Ibu akan memberikan contohnya, keempat bilangan kuantum untuk
elektron pada orbital 2s adalah n = 2, l = 0, m = 0, dan s = -½ atau +½. Namun untuk
menuliskan secara lengkap semua bilangan kuantum tidaklah praktis, sehingga kita
menggunakan notasi singkat (n, l, m, dan s). Sebagai contoh, bilangan kuantumnya
dapat berupa (2, 0, 0, -½) atau (2, 0, 0, +½). Nilai m tidak mempengaruhi energi,
ukuran, bentuk, dan orientasi orbital, tetapi nilai ini menentukan bagaimana elektron
tersusun dalam suatu orbital. Untuk atom yang memiliki elektron lebih banyak, kita
perlu mengetahui konfigurasi elektronnya, tahukah kalian konfigurasi elektron itu
apa?”
Siswa : “Konfigurasi elektron yaitu bagaimana elektron tersebar di antara berbagai
orbital atom, agar kita bisa mengetahui perilaku elektronnya Bu”
Guru : “Ada lagi yang ingin memberikan pendapat lain?”
Siswa : “Gambaran penyebaran elektron yang paling mungkin ke dalam orbitalorbital kulit elektron dinamakan konfigurasi elektron suatu atom”
21
Guru : “Benar sekali anak-anak, di dalam penulisan konfigurasi elektron, terdapat
tiga aturan atau prinsip yang harus dipertimbangkan dalam penentuan konfigurasi
elektron, coba kalian sebutkan apa saja ketiga aturan itu!”
Siswa : “Prinsip pengisian elektron atau yang sering disebut dengan prinsip Aufbau,
asas larangan Pauli, dan aturan Hund”
Guru : “Benar sekali anak-anak, pertama kita akan membahas tentang prinsip
Aunfbau. Menurut prinsip Aufbau pengisian elektron dimulai dari jenis orbital yang
berenergi rendah sampai penuh, kemudian pada jenis orbital yang tingkat energinya
lebih tinggi. Agar lebih mudah mengingat, perhatikan untuk pengisian elektron pada
jenis-jenis orbital sebagai berikut:
Berdasarkan urutan tersebut apa yang dapat kalian simpulkan anak-anak?”
Siswa : “Yang dapat kita simpulkan bahwa pengisian elektron pada tiap jenis orbital
yaitu:
22
1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p  5s  4d  dst.
Guru : “Tepat sekali anak-anak,, itu merupakan prinsip pengisian elektron.
Selanjutnnya, perhatikan tabel berikut ini:
n
l
m
Jumlah e-
K (n = 0)
1s (l = 0)
0
2
L (n = 1)
2s (l = 0)
0
2
2p (l = 1)
-1
2
0
2
+1
2
3s (l = 0)
0
2
3p (l = 1)
-1
2
0
2
+1
2
-2
2
-1
2
0
2
+1
2
+2
2
m
Jumlah e
M (n = 2)
3d (l = 2)
n
l
Pada tabel di atas, jika n = 1, l = 0, dan m = 0, karena dalam satu orbital terdapat
maksimum 2 elektron, bilangan kuantum n, l, dan m kedua elektron itu pasti sama,
tetapi sesuai dengan asas larangan Pauli yang menyebutkan bahwa
lalu berapakah
jumlah maksimum elektron dalam kulit atom atau setiap tingkat entidak ada dua buah
elektron yang mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama, maka kedua
elektron tersebut harus mempunyai bilangan kuantum yang berbeda, yaitu +½ dan –
½. Jadi, ada yang bisa menuliskan keempat bilangan kuantum dari situasi ini?”
Siswa : “Saya, Bu”
23
Guru : “Coba kamu tuliskan di papan tulis”
Siswa : (Salah seorang siswa menulis di papan tulis)
n=1
l=1
m=0
s = +½
n=1
l=1
m=0
s = –½
Guru : “Tepat sekali anak-anak. Selanjutnya, apakah bunyi dari aturan Hund?”
Siswa : “Jika terdapat orbital-orbital dengan energi yang sama, yaitu orbital dari satu
bentuk orbital, maka elektron akan menempati orbital itu sendiri-sendiri dengan spin
yang sama (sejajar), kemudian baru berpasangan (spin berlawanan)”
Guru : “Benar sekali nak, akibatnya dari aturan Hund ini, atom cenderung
mempunyai sebanyak mungkin elektron tak berpasangan. Hal tersebut dapat diterima
karena semua elektron membawa muatan listrik yang sama sehingga elektronelektron tersebut mencari orbital kosong terlebih dahulu sebelum berpasangan.
Contohnya adalah sebagai berikut:
Atom
7N
Konfigurasi elektron
1s2
2s2
2p3
Diagram orbital
↑↓
↑↓
↑ ↑ ↑
Kegiatan Penutup
Guru memberikan evaluasi belajar sesuai dengan materi, seperti berikut:
1. Jelaskanlah prinsip Aufbau, asas larangan Pauli dan aturan Hund!
2. Tentukanlah konfigurasi elektron dari unsur-unsur 4Be, 9F, 34Se, 41Nb, dan 25Mn
3. Tentukanlah nomor atom dan unsur apakah itu, dengan konfigurasi sebagai
berikut!
X = 1s2 2s2 2p4
24
Y = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5
Z = 1s2 2s2 2p 3s2 3p6 3d5 4s2
4. Tentukanlah bilangan kuantum elektron terakhir dari 7N, 19K, 24Cr, dan 33As
5. Tentukanlah nomor atom, jika diketahui bilangan kuantum elektron terakhirnya
sebagai berikut!
n=2
l=1
m=0
s=-½
n=3
l=2
m = +1
s=-½
n=4
l=1
m = -1
s=+½
Guru mengucapkan salam lalu meninggalkan kelas
25