B. Bilangan Kuantum dan Bentuk Orbital 1. Bilangan Kuantum

A. Model Atom Bohr dan Mekanika Kuantum
Model Atom Bohr
Model Atom Modern
Model Atom Bohr
1.
Elektron bergerak mengelilingi inti atom dalam lintasan
tertentu/tingkat energi tertentu.
2. Pada lintasannya elektron tidak menyerap atau memancarkan
energi. Pada kedaan ini elektron mengisi kulit-kulit dengan
tingkat energi terendah disebut tingkat dasar (ground state).
3. Elektron dapat pindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi
yang lain. Jika elektron pindah ke tingkat energi yang lebih tinggi
elektron tersebut dikatakan dalam keadaan tereksitasi (excited
state). Perpindahan elektron dari tingkat energi lebih rendah ke
tingkat energi lebih tinggi disertai penyerapan energi.
Sebaliknya, perpindahan elektron dari tingkat energi lebih tinggi
ke tingkat energi lebih rendah disertai pelepasan energi, yaitu
berupa radiasi elektromagnet.
Model Atom Modern
Teori Kuantum Max Planck
Atom-atom dan molekul dapat memancarkan atau
menyerap energi hanya dalam jumlah tertentu. Jumlah atau
paket energi terkecil yang dapat dipancarkan atau diserap
oleh atom atau molekul dalam bentuk radiasi
elektromagnetik disebut kuantum. Planck menemukan
bahwa energi foton (kuantum) berbanding lurus dengan
frekuensi cahaya.
E = h.v
E = energi (J)
h = konstanta Planck (6,626 x 10-34 J.s)
v = frekuensi radiasi (s-1)
Hipotesis
de
Broglie:
Sifat
dualisme
gelombang materi
de Broglie meneliti keberadaan gelombang melalui
eksperimen difraksi berkas elektron. Dari hasil
penelitiannya: Materi/cahaya memiliki sifat sebagai
partikel dan gelombang.
Panjang gelombang de Broglie:
λdB = h/m v = h/p
h = konstanta Planck
m = massa partikel (g)
v = kecepatan partikel (m/s)
Prinsip Ketidakpastian Heisenberg
Pengukuran posisi dan momentum partikel secara
serentak, selalu menghasilkan ketidakpastian yang
lebih besar dari konstanta Planck".
Atau Hampir tidak mungkin untuk mengukur dua
besaran secara bersamaan, misalnya posisi dan
momentum suatu partikel.
∆x . ∆p = h
∆x = ketidakpastian posisi partikel
∆p = ketidakpastian momentum partikel
Erwin Shrodinger
 Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk
menemukan elektron disebut orbital.
 orbital atom (bukan orbit) adalah volume ruang yang
memiliki kebolehjadian terbesar untuk menemukan
elektron
 Orbital menggambarkan tingkat energi elektron.
Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau
hampir sama akan membentuk sub kulit.
 Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit. Kulit
terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari
beberapa orbital.
Pada teori atom mekanika kuantum , untuk
menggambarkan posisi elektron, digunakan
bilangan kuantum. Daerah kemungkinan terbesar
ditemukan elektron di sebut orbital. Orbital
memiliki bentuk yang berbeda-beda.
1. Bilangan Kuantum Utama (n)
= kulit tempat ditemukannya elektron dinyatakan
dengan bilangan bulat positif. Nilai bilangan
kuantum utama dimulai dari n = 1, 2, 3, sampai ke
n.
Jenis Kulit
Nilai (n)
K
1
L
2
M
3
N
4
2. Bilangan kuantum azimut/orbital (l)
= tingkat energi elektron pada sub kulit dan bentuk
orbital, serta menentukan besarnya momentum sudut
elektron terhadap inti. Banyaknya subkulit tempat
elektron berada tergantung pada nilai bilangan kuantum
utama (n).
Bilangan azimut mempunyai harga : l = 0, 1, 2, 3,… sampai
n - 1 (untuk setiap harga n). Harga l = n - 1
Jumlah harga-harga l sesuai dengan harga n : untuk n=1,
ada satu harga dari l (l = 0); untuk n = 2, ada dua harga l ( l
= 0, l = 1) dan seterusnya.
Setiap harga l dinyatakan dengan huruf-huruf s, p, d, dan
f untuk notasi spektroskopi deret-deret spektrum unsur
alkali.
l = 0 adalah orbital s (sharp )
l = 1 adalah orbital p (principal)
l = 2 adalah orbital d (diffuse )
l = 3 adalah orbital f (fundamental )
Kulit K (n = 1) mengandung hanya orbital 1s
Kulit L (n = 2) mengandung orbital 2s dan 2p
Kulit M (n = 3) mengandung orbital 3s, 3p dan 3d
Kulit N (n = 4) mengandung orbital 4s, 4p, 4d dan 4f
Maka urutan subkulit/orbital pada kulit ke 4 :
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f atau berdasarkan urutan
tingkat energi orbital : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2
4d10 5p6 6s2 4f14
3. Bilangan kuantum magnetik (m)
= jumlah orbital pada subkulit elektron dan
menunjukkan arah orbital elektron.
Harga m = -l, 0, +l.
Subkulit
Harga l
Harga m
S
p
d
0
1
2
0
-1. 0. +1
-2, -1, 0, +1, +2
f
3
-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3
Jumlah
orbital
1
3
5
7
4. Bilangan Kuantum Spin (s)
Dengan spektroskop yang daya pisahnya tinggi,
tampak setiap garis spektrum terdiri dari sepasang
garis yang sangat berdekatan.
Untuk hal ini Uhlenbeck dan Goldsmit (1925)
menjelaskan bahwa elektron memiliki momen
magnetik sehingga elektron berputar pada sumbunya
dan menghasilkan momentum sudut spin.
Bilangan kuantum suatu elektron dalam orbital dapat
memiliki harga spin + ½ dan – ½ , dan untuk elektron
pertama di dalam orbital harga spinnya + ½ .
+ ½ = perputaran elektron searah jarum jam
- ½ = perputaran elektron berlawanan arah jarum jam
ms = +1/2
ms = -1/2
2. Bentuk Orbital
Elektron-elektron bergerak pada setiap orbitalnya.
Orbital-orbital mempunyai bentuk yang berbedabeda sesuai dengan arah gerakan elektron di
dalam atom.
Bentuk berbagai orbital adalah sebagai berikut.
a. Orbital s
1s
2s
3s
b. Orbital p
Orbital p terdiri atas 3 orbital , masing-masing
berbentuk balon terpilin dalam arah ruang sesuai
sumbu x, y, dan z.
c. Orbital d
Orbital d terdiri atas lima orbital yaitu dyz , dxz , dxy ,
dx2- y2, dan dz2.
d. Orbital f
Orbital f mempunyai 7 orbital, yaitu orbital fxyz, fx(z2y2), fy(z2-x2), fz(x2-y2), fx3, fy3, dan fz3.
Latihan 1
1. Tentukan harga keempat bilangan kuantum elektron terakhir
2.
3.
4.
5.
dari unsur-unsur dengan nomor atom 7, 12, 14, 19, 22, 27, dan
32.
Elektron terakhir dari suatu atom unsur mempunyai harga
bilangan kuantum n=3, l=1, m=+1, s=+1/2. tentukan nomor
atom tersebut ?
Elektron terakhir dari atom suatu unsur mempunyai bilangan
kuantum n=3, l=2, m=-1, s=-1/2. tentukan nomor atom unsur
tersebut ?
Nomor atom S = 16, tentukan harga n, l, m, dan s untuk ion S2?
Elektron terakhir dari unsur logam X mempunyai bilangan
kuantum n=3, l=2, m=+2, s=-1/2. Jika 6,5 gram logam X
direaksikan dengan H2SO4 sampai habis bereaksi ternyata
dihasilkan senyawa XSO4 dan gas H2 sebanyak 2,24 liter pada
keadaan STP, tentukan jumlah neutron yang terkandung
dalam unsur X ?
C. Konfigurasi Elektron
= susunan elektron yang terletak pada kulit, subkulit dan
orbital.
a. Aturan Penulisan Konfigurasi Elektron
1. Prinsip Aufbau
Elektron dalam atom harus terlebih dahulu menempati
orbital dengan energi terendah.
Kecenderungan
Pengisian elektron
Urutan subkulit dari energi terendah sampai tertinggi yaitu sebagai berikut.
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, 6f, 7d
80Hg
: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10
2. Asas Larangan Pauli
Tidak ada dua elektron di dalam atom memiliki empat bilangan
kuantum yang sama.
Dua elektron yang mempunyai bilangan n, l, m, yang sama dalam satu
orbital, harus mempunyai spin yang berbeda. Setiap orbital mampu
menampung maksimum dua elektron.
3. Aturan Hund
Pengisian elektron ke dalam orbital-orbital yang tingkat
energinya sama, cenderung tidak berpasangan terlebih
dahulu (spin sejajar).
Karbon , 6C :
Energi lebih tinggi
1s
2s
2p
Seharusnya ;
Energi lebih rendah
1s
2s
2p
4. Orbital penuh dan setengah penuh
 Hasil eksperiman menunjukkan bahwa orbital yang terisi penuh dan orbital
terisi setengah penuh merupakan struktur yang relatif lebih stabil.
Contoh untuk atom
dan
:
: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 bukan
: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4
Atom Cr akan berada dalam keadaan yang lebih stabil apabila subkulit
4s dan 3d keduanya terisi elektron setengah penuh.
: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 bukan
: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9
Atom Cu akan berada dalam keadaan yang lebih stabil apabila
subkulit 3d terisi penuh dan subkulit 4s terisi setengah penuh.
5. Menyingkat penulisan konfigurasi elektron
 Konfigurasi elektron atom yang berelektron banyak dapat
dituliskan dengan singkat, dengan menuliskan lambang
unsur gas mulia yang sesuai (2He, 10Ne, 18Ar, 36Kr, 54Xe,
86Rn).
 Tuliskan konfigurasi elektron untuk :
2
2
6
2
1
13
2
1
13Al : 1s 2s 2p 3s 3p ditulis Al : [Ne] 3s 3p
: [Ar] 4s2 3d7
2
10
5
35Br : [Ar] 4s 3d 4p
2
10
2
50Sn : [Kr] 5s 4d 5p
2
56Ba : [Xe] 6s
27Co
6. Konfigurasi ion
 Terbentuknya
ion pada suatu atom akibat
penambahan dan pengurangan elektronnya.
 Tuliskan konfigurasi ion, F- , Ca2+, Fe3+ (Nomor
atom F = 9, Ca = 20, Fe = 26?
2 2s2 2p5
- : 1s2 2s2 2p6
F
:
1s
F
9
2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
2+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Ca
:
1s
Ca
20
2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
Fe
:
1s
26
Fe3+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 3d5
D. Hubungan konfigurasi elektron dengan letak unsur
pada tabel periodik
Cara menentukan letak unsur dalam tabel periodik.
 Menentukan periode : harga n tertinggi.
Contoh : 21Sc : 4s2 3d1 , maka periode 4.
 Menentukan golongan :
- Golongan utama A ( IA s.d. VIIIA)
nsx
golongan xA, blok s
nsx npy
golongan (x + y)A, blok p
- Golongan B (IB s.d. VIIIB)
nsx (n-1)dz
golongan (x + z)B, blok d
untuk x + z = 8
=9
VIIIB
= 10
- Golongan Lantanida dan aktinida
Contoh : 57La : [Xe] 6s2 4f1
blok f, gol. IIIB, periode 6.
Ciri khas elektron valensi menurut golongan
Golongan
Utama
IA
Elektron
Valensi
ns1
IIA
IIIA
IVA
VA
VIA
VIIA
VIIIA
ns2
ns2 np1
ns2 np2
ns2 np3
ns2 np4
ns2 np5
ns2 np6
Golongan
Transisi
IIIB
IIIB
IVB
VB
VIB
VIIB
VIIIB
IB
IIB
Elektron
Valensi
ns2 (n-1)d1
ns2 (n-2)f1
ns2 (n-1)d2
ns2 (n-1)d3
ns1 (n-1)d5
ns2 (n-1)d5
ns2 (n-1)d6,7,8
ns1 (n-1)d10
ns2 (n-1)d10
Latihan 2
1.
2.
3.
4.
Tuliskan konfigurasi elektron, tentukan harga n, l, m, s elektron
terakhir dan periode, golongan pada tabel periodik untuk unsurunsur berikut : 17Cl, 28Ni, 33As, 47Ag, 79Au.
Diketahui 5,2 gram logam L (trivalen) direaksikan dengan asam
klorida encer dan terbentuk gas hidrogen sebanyak 3,36 liter (O0C, 1
atm). Bila logam tersebut memiliki jumlah neutron 25, tentukan :
a. Konfigurasi elektron dari logam L tersebut !
b. Bilangan kuantum dari elektron terakhir !
c. Letak unsur L dalam SPU !
Tuliskan konfigurasi ion berikut ; Al3+, P3-, V5+, Mn2+, Sr2+ ? Diketahui
nomor atom Al=13, P=15, V=23, Mn=25, Sr=38.
Konfigurasi X 3- : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p4.
a. Tentukan harga keempat bilangan kuantum elekton terakhir dari
unsur X.
b. Tentukan golongan dan periode atom X.