Empat Bilangan Kuantum
Setelah ini kamu bisa menjelaskan keempat bilangan kuantum (n, l, m, s) sebagai alamat elektron dan aturan yang membatasinya.
Setiap elektron dalam atom memiliki alamat unik, seperti rumah di kota besar. Ada nomor blok (kulit), nomor rumah (subkulit), nomor kamar (orbital), dan jenis kelamin penghuni (spin). Keempat angka ini disebut bilangan kuantum: n (utama), l (azimut), m (magnetik), dan s (spin). Bersama, mereka menentukan di mana elektron beradaan dan bagaimana ia berperilaku. Memahami bilangan kuantum adalah kunci masuk ke dunia kimia kuantum. Coba pilah di bawah.
Bilangan kuantum utama (n)
Bilangan kuantum utama (n) menentukan kulit atau tingkat energi utama elektron. Nilai n adalah bilangan bulat positif: 1, 2, 3, 4, dan seterusnya. Kulit n=1 berarti paling dekat dengan inti (energi terendah), n=2 lebih jauh, dan seterusnya. Semakin besar n, semakin tinggi energi dan semakin jauh rata-rata elektron dari inti. Jumlah maksimum elektron dalam satu kulit adalah 2n². Kulit n=1 maksimal 2 elektron, n=2 maksimal 8, n=3 maksimal 18.
Bilangan kuantum utama (n) adalah bilangan yang menentukan kulit dan tingkat energi elektron; nilai 1, 2, 3, dst. Bilangan kuantum azimut (l) menentukan bentuk subkulit (s, p, d, f); nilai 0 sampai (n-1). Bilangan kuantum magnetik (m) menentukan orientasi orbital di ruang; nilai dari -l sampai +l. Bilangan kuantum spin (s) menentukan arah putaran elektron; nilai +1/2 atau -1/2.
Pasangkan bilangan dengan artinya.
Bilangan kuantum azimut (l)
Bilangan kuantum azimut (l) menentukan bentuk subkulit tempat elektron berada. Nilai l bergantung pada n: dari 0 sampai (n-1). Subkulit diberi nama berdasarkan nilai l: l=0 disebut s, l=1 disebut p, l=2 disebut d, l=3 disebut f. Untuk kulit n=1, hanya l=0 (subkulit 1s). Untuk n=2, l=0 (2s) dan l=1 (2p). Untuk n=3, l=0,1,2 (3s, 3p, 3d). Subkulit s berbentuk bola, p berbentuk balon dumbbell, d dan f lebih kompleks.
Sorot ciri kombinasi bilangan kuantum sah.
Bilangan magnetik (m) dan spin (s)
Bilangan kuantum magnetik (m) menentukan orientasi orbital di ruang tiga dimensi. Nilai m berkisar dari -l sampai +l, termasuk 0. Untuk subkulit s (l=0), hanya ada satu orbital (m=0). Untuk subkulit p (l=1), ada tiga orbital (m=-1, 0, +1) yang orientasinya px, py, pz. Untuk d (l=2), lima orbital. Bilangan kuantum spin (s) menjelaskan putaran elektron pada sumbunya, hanya dua nilai: +1/2 (spin naik) atau -1/2 (spin turun). Prinsip Pauli melarang dua elektron dalam satu orbital punya semua bilangan kuantum sama — jadi maksimal dua elektron per orbital dengan spin berlawanan.
Susun langkah menentukan alamat elektron.
Bayangkan alamat elektron seperti alamat rumah lengkap. n adalah nomor RT (kulit), l adalah nama gang (subkulit s/p/d/f), m adalah nomor rumah di gang itu (orientasi orbital), dan s adalah penghuni laki-laki atau perempuan (spin). Tanpa salah satu, alamat tidak lengkap. Prinsip Pauli seperti aturan satu rumah maksimal dua penghuni (suami-istri) — tak boleh dua orang dengan identitas sama di rumah yang sama. Inilah yang membuat elektron tersusun rapi di kulit-kulit atom.
Coba dulu di kertas, baru buka.
Soal. Elektron di orbital 2p_x memiliki kombinasi bilangan kuantum apa?
Orbital 2p berarti kulit n=2, subkulit p (l=1). Kombinasi n=2, l=1 sudah pasti.
Orbital p_x adalah salah satu dari tiga orbital p (m=-1, 0, +1); biasanya m=-1 dipakai untuk p_x. Spin bisa +1/2 atau -1/2 (elektron pertama biasanya +1/2 sesuai aturan Hund). Jadi satu jawaban: n=2, l=1, m=-1, s=+1/2.
Jebakan: memberi nilai l sama atau lebih besar dari n. Yang benar: l selalu lebih kecil dari n (0 sampai n-1). Untuk kulit n=2, l hanya bisa 0 atau 1 (subkulit 2s dan 2p), tidak ada 2d. Untuk n=3, l=0,1,2 (3s, 3p, 3d), tidak ada 3f. Memahami batas ini mencegah menulis kombinasi yang mustahil seperti 1p atau 2d.
Jebakan: menganggap satu orbital bisa berisi lebih dari dua elektron. Yang benar: berdasarkan prinsip Pauli, satu orbital maksimal dua elektron, dan keduanya harus berbeda spin (+1/2 dan -1/2). Subkulit s (1 orbital) maksimal 2 elektron, p (3 orbital) maksimal 6, d (5 orbital) maksimal 10, f (7 orbital) maksimal 14. Aturan ini menjelaskan susunan konfigurasi elektron yang rapi.
- n: kulit dan tingkat energi (1, 2, 3, …).
- l: bentuk subkulit s/p/d/f (0 sampai n-1).
- m: orientasi orbital (-l sampai +l).
- s: arah spin (+1/2 atau -1/2).
- Prinsip Pauli: maksimal dua elektron per orbital, spin berlawanan.