Mekanika Kuantum

Model atom mekanika kuantum menjadi salah satu model atom paling modern yang dipakai sampai sekarang ini.

Untuk modelnya sendiri berwujud atom dengan inti atom serta proton terletak ditengah sementara elektron mengelilinginya dalam sebuah orbital.

Dikutip dalam Khan Academy, Erwin Schrodingier yang merupakan seorang ilmuan mengemukakan model atom mekanika kuantum ini didasari oleh Prinsip Ketidakpastian Heisenberg serta hipotesis dari Louis de Broglie.

Selengkapnya terkait Mekanika Kuantum, simak ulasannya di bawah ini baik – baik ya.

Teori Mekanika Kuantum

Berikut ini adalah beberapa teori mekanika kuantum yang dikemukakan oleh beberapa ahli, antar lain:

1. Max Planck

Max Planck adalah seorang fisikawan asal Jerman yang dianggap sebagai bapak dari mekanika kuantum.

Ia mematahkan teori fisika klasik yang menyebutkan jika cahaya adalah sebuah gelombang.

Teori dari fisika klasik itu juga bertahan lama sampai Planck dapat menjumpai adanya teori baru serta sangat revolusioner, yakni adanya gelombang cahaya yang masuk ke dalam gelombang serta sebuah partikel.

2. Werner Heisenberg

Teori yang dikemukakan oleh Heisenberg ini biasa disebut sebagai teori ketidakpastian.

Kenapa disebut dengan teori ketidakpastian?

Hal tersebut dikarenakan posisi sekaligus momentum elektron tidak dapat ditentukan dengan pasti.

3. Louis de Broglie

Louis de Broglie menyebutkan jika partikel kecil yang bergerak amat cepat seperti elektron ini mempunyai sifat menyerupai gelombang.

De Broglie pun merumuskan sebuah persamaan atau rumus yang mana panjang gelombang yang ditimbulkan pada saat sebuah partikel bergerak.

Berikut rumus atau persamaannya:

Keterangan:

• λ = panjang gelombang
• h = ketetapan planck
• m = massa
• v = cepat rambat gelombang

4. Erwin Schrodinger

Dari teori de Broglie serta Heisenberg, maka timbulkan teori dari Schrodinger yang menyebutkan jika posisi serta momentum elektron tidak dapat ditentukan dengan pasti.

Melainkan yang dapat ditentukan ialah probabilitas (kemungkinan daerahnya) dalam menjumpai elektron.

Kawasan dengan probabilitas menemukan elektron terbesar disebut sebagai orbital.

Untuk menjumpai tingkat energi, bentuk, serta orientasi orbital, maka Schrodinger pun menyebutkan terdapat tiga jenis bilangan kuantum yang terdiri atas bilangan kuantum utama, azimut, serta magnetik.

Model Atom Mekanika Kuantum

Sebelum kalian menuju ke bilangan kuantum, maka sebaiknya kalian juga mengetahui model dari atom mekanika kuantum itu sendiri.

Model dari atom pun mengalami perkembangan dari yang pertama yakni model atom Dalton, lalu disempurnakan oleh Thomson yang mana hal tersebut masih kurang sempurna serta disempurnakan kembali oleh Rutherford, Berikutnya Bohr, yang ternyata masih terdapat kelemahan sampai pada akhirnya berkembang lagi menjadi model atom Mekanika Kuantum sampai sekarang ini.

Berikut ini adalah beberapa model atom yang perlu kalian ketahui, antara lain:

1. Model Atom Thomson

Thomson menjumpai jika bagian terkecil dari sebuah materi bukanlah suatu atom. Sehingga, di dalam teori Dalton ini pun menjadi runtuh.

Ia menjumpai adanya partikel penyusun atom. Thomson pun menjumpai partikel sub atomik dengan muatan negatif  bernama elektron/ sinar katoda.

Teori dari Thomson menyebutkan jika atom mempunyai muatan dengan nilai positif, lalu ada berbagai partikel negatif yang menyelimuti atom itu, sehingga wujudnya terlihat seperti roti kismis.

Oleh sebab itu, model atom Thomson dikenal juga sebagai model bola kismis.

2. Model Atom Dalton

Dalton menuturkan jika partikel terkecil pada sebuah materi disebut sebagai atom.

Sehingga pada saat terdapat sebuah benda lalu dibagi serta dibagi terus menerus hingga kecil, sampai ditemukan benda itu telah tidak dapat dibagi lagi. Itu lah yang disebut dengan atom.

3. Model Atom Rutherford

Berikutnya Rutherford juga ingin membuktikan apakah teori Thomson benar/ salah.

Ternyata, ditemukan jika atom terdiri atas berbagai rongga kosong serta memiliki inti atom yang dengan muatan positif.

Nah, pada massa atom tersebut berpusat di inti, sehingga elektron tidak dapat berpengaruh pada massa atom.

4. Model Atom Mekanika Kuantum

Model atom terakhir yang masih eksis sampai waktu sekarang ini ialah mekanika kuantum.

Pada model satu ini menyebutkan jika atom terdiri atas inti atom dengan muatan positif serta dikelilingi dengan berbagai awan elektron.

Dari teori itulah dijumpai adanya empat jenis orbital, yakni s, p, d, f.

Berikut untuk gambaran modelnya:

5. Model Atom Bohr

Ternyata, untuk model atom Rutherford ini diketahui mempunyai beberapa kelemahan teori.

Yang mana membuat Niels Bohr bersama Ernest Rutherford mengerjakan percobaan lagi, sampai pada akhirnya dicetuskan model atom Bohr.

Model satu ini menyebutkan jika atom terdiri atas inti atom yang di dalamnya terkandung proton serta neutron yang dikelilingi dengan elektron.

Sehingga, si elektron tersebut berputar pada orbitnya dengan tingkatan energi tertentu.

Tingkat energi tertentu tersebutlah yang disebut sebagai orbit/ kulit atom (n), yakni K, L, M, N.

Namun, model atom Bohr satu ini ternyata juga memiliki kelemahan. Ia hanya bisa menerangkan spektrum dari atom/ ion dengan elektron tunggal.

Bilangan Kuantum

Berikut ini adalah beberapa macam bilangan kuantum yang perlu kalian ketahui, antara lain:

1. Bilangan Kuantum Utama (n)

Bilangan kuantum utama menyebutkan jika tingkat energi utama elektron yang dimiliki dari sebuah atom.

Dalam bilangan satu ini juga dilambangkan dengan adanya n yang melambangkan kulit atom di dalam model atom Bohr.

Kalian dapat me-review kembali jika di dalam model atom Bohr ada jenis kulit K (n=1), L (n=2), M (n=3), N (n=4), O (n=5), dst.

Di mana semakin besar nilai n, maka akan semakin besar pula ukuran orbital beserta tingkat energinya.

2. Bilangan Kuantum Azimut (l)

Jika tadi bilangan kuantum utama menyebutkan adanya kulit atom, nah jika bilangan azimuth ini akan menyebutkan sebuah bentuk orbital/ sub-kulit atom.

Kemudian banyaknya dari sub kulit satu ini juga tergantung dengan banyaknya tingkat energi utama (kulit).

Atau dengan kata lain:

Jika jumlah kulit (n) ialah 1, maka sub kulit (l) yang diperkenankan juga hanya 1.

Perhatikan gambar yang ada di bawah ini:

Begitu seterusnya, namun pada waktu sekarang ini, belum ditemukan adanya atom yang elektronnya mengisi sub kulit 5 g. Sehingga diketahui hanya sampai sub kulit s, p, d, serta f.

3. Bilangan Kuantum Magnetik (m)

Berikutnya ialah bilangan kuantum magnetik dengan lambang m.

Bilangan satu ini menyebutkan orientasi dari orbital, wujud khusus orbital, dan ukuran orbital. Yang mana nilai m yang diperkenankan adalah m = –l hingga +l.

Dari gambar yang ada di atas, maka kalian dapat mengetahui jika sub kulit s (l=0) mempunyai harga m=0 yang berarti ia hanya memiliki 1 buah orbital.

Lalu pada sub kulit p (l=1) mempunyai harga m=-1, 0, 1 yang berarti ia hanya mempunyai 3 buah orbital. Dan begitu juga seterusnya.

4. Bilangan Kuantum Spin (s)

Bilangan kuantum yang terakhir merupakan spin atau biasa dilambangkan dengan huruf s.

Perlu kalian ketahui jika selain berevolusi mengelilingi inti, ternyata elektron pun berotasi juga.

Dan hal itulah yang nantinya akan dibahas di dalam bilangan kuantum spin. Yang mana pada bilangan satu ini akan mendeskripsikan arah spin elektron pada suatu orbital.

Harga s yang diperkenankan ialah – ½ atau + ½.

Harga s = + ½ akan dilambangkan bersama tanda panah yang mengarah ke arah atas. Sementara pada harga s = – ½ dilambangkan menggunakan tanda panah yang mengarah ke arah bawah.

Di dalam penulisannya, tanda panah yang mengarah ke atas harus diutamakan/ didahulukan terlebih dahulu.

Bentuk Orbital Atom

Bentuk orbital bergantung dengan bilangan kuantum azimut (l).

Orbital bersama bilangan kuantum azimut yang sama akan memiliki bentuk yang sama. Berikut penjelasan selengkapnya:

1. Orbital s

Wujud dari orbital subkulit s nampak menyerupai sebuah bola, di mana pun elektron beredar maka nantinya akan memiliki jarak yang sama dengan inti.

2. Orbital p

Rapatan elektron terdistribusi di dalam bagian yang saling berlawanan bersama inti atom inti yang terletak do simpul dengan kerapatan elektron yakni nol (0).

Orbital p memiliki wujud yang menyerupai balon terpilin.

Dengan mempunyai 3 harga m (-1, 0, +1), sehingga orbital p terdapat 3 macam, yakni px, py, pz.

3. Orbital d

Orbital d merupakan suatu orbital dengan l = 2.

Pada orbital d memiliki 5 jenis orientasi, sebagaimana ada lima nilai ml yang mungkin, yakni −2, −1, 0, +1, maupun +2.

Empat dari lima orbital d, diantaranya yaitu dxy, dxz dyz, dan dx2−y2, memiliki 4 cuping menyerupai bentuk daun semanggi.

Orbital d kelima, dz2, memiliki dua cuping utama dengan sumbu z serta satu bagian berwujud seperti donat di bagian tengah.

4. Orbital f

Orbital f adalah suatu orbital dengan l = 3. Pada orbital f ini memiliki tujuh jenis orientasi, sebagaimana terdapat tujuh nilai ml yang mungkin yaitu (2l + 1 = 7).

Ketujuh orbital f tersebut memiliki wujud yang kompleks dengan berbagai cuping.

Orbital satu ini hanya dapat digunakan untuk berbagai unsur transisi yang letaknya lebih dalam.

Konfigurasi Elektron

Konfigurasi elektron adalah suatu gambaran distribusi elektron di dalam berbagai orbital penyusun atom.

Dan kalian harus mengetahui terlebih dahulu prinsip – prinsip di dalam menyusun atom, yakni asas aufbau, kaidah hund, serta larangan pauli yang akan di bahas di bawah ini.

1. Asas Aufbau

Asas satu ini menyebutkan jika pengisian elektron di mulai dari sub kulit yang mempunyai tingkat energi terendah lebih dulu.

Begini urutannya adalah dari tingkat energi yang terendah sampai pada tingkat tertinggi:

2. Kaidah Hund

Kaidah berikutnya ialah kaidah hund, yang menyebutkan jika elektron yang ada di dalam sebuah orbital tidak boleh berpasangan sebelum masing – masing orbital pada sub kulit terisi masing – masing 1 elektron.

Supaya kalian lebih jelas untuk memahaminya, kalian perhatikan gambar yang ada di bawah ini:

Di dalam kaidah hund satu ini juga memiliki penyimpangan konfigurasi di dalam sub kulit d.

Yang mana sub kulit d ternyata menyukai kondisi yang stabil, yakni pada saat ½ penuh dan penuh.

Contohnya dapat kalian lihat dalam kasus Cr serta Cu berikut ini:

Dapat diketahui jika dalam orbital d sebetulnya tidak stabil sebab kosong.

Supaya sub kulit d dapat stabil, maka 1 elektron dari sub kulit s akan diberikan pada d, sehingga d akan menjadi stabil.

3. Asas Larangan Pauli

Dan yang terakhir terdapat asas larangan pauli.

Dalam asas satu ini menuturkan jika berbagai elektron di dalam menyusun atom mempunyai masing – masing empat bilangan kuantum yang berbeda.

Sehingga tidak ada yang sama bilangan kuantum nya pada satu buah atom.

Hal tersebut disebabkan keempat bilangan kuantum menyebutkan alamat dari sebuah elektron.

Perhatikan gambar yang ada di bawah ini:

Dari gambar yang di atas, maka dapat diketahui jika tidak ada bilangan kuantum yang sama di dalam atom S itu.

Jika m-nya sama, maka s-nya akan berbeda.

Contoh Soal

Untuk memudahkan kalian dalam memahami uraian yang ada di atas, berikut ini adalah contoh soal beserta pembahasan yang dapat kalian pelajari, antara lain:

Tentukan konfigurasi elektron serta diagram elektron dari atom unsur serta ion monoatomik di bawah ini:

1. ₂₇Co
2. ₃₂Ge
3. ₂₀Mg²⁺
4. ₂₆Fe³⁺
5. ₈O²⁻

Jawab:

1. ₂₇Co = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁷ atau [Ar] 4s² 3d⁷

2. ₃₂Ge: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p² atau [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p²

3. ₂₀Mg = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² atau [Ar] 4s²

₂₀Mg²⁺ = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ atau [Ar] (sebanyak 2 elektron dikurangi dari kulit terluar: 4s²⁻²)

4. ₂₆Fe = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶ atau [Ar] 4s² 3d⁶
₂₆Fe³⁺ = 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ atau [Ar] 3d⁵ (sebanyak 3 elektron dikurangi dari kulit terluar: 4s²⁻² 3d⁶⁻¹)

5. ₈O = 1s² 2s² 2p⁴ atau [He] 2s² 2p⁴
₈O²⁻ = 1s² 2s² 2p⁶ atau [He] 2s² 2p⁶ atau [Ne] (sebanyak 2 elektron ditambahkan: 2s² 2p⁴⁺²)