Penjelasan Wacana Teori Atom Mekanika Kuantum

Teori Atom Mekanika Kuantum - Kegagalan teori atom Bohr dalam pertanda spektra atom hidrogen dalam medan magnet dan medan listrik, mendorong Erwin Schrodinger membuatkan teori atom yang didasarkan pada prinsip- prinsip mekanika kuantum. Teori atom mekanika kuantum ibarat dengan yang diajukan oleh model atom Bohr, yaitu atom mempunyai inti bermuatan positif dikelilingi oleh elektron-elektron bermuatan negatif. Perbedaannya terletak pada posisi elektron dalam mengelilingi inti atom.

Menurut Bohr, keberadaan elektron-elektron dalam mengelilingi inti atom berada dalam orbit dengan jarak tertentu dari inti atom, yang disebut jari-jari atom (perhatikan Gambar berikut).

dalam pertanda spektra atom hidrogen dalam medan magnet dan medan listrik Penjelasan perihal Teori Atom Mekanika Kuantum

Menurut Bohr, jarak elektron dari inti atom hidrogen yakni 0,529Å.

Menurut teori atom mekanika kuantum, posisi elektron dalam mengelilingi inti atom tidak sanggup diketahui secara niscaya sesuai prinsip ketidakpastian Heisenberg. Oleh lantaran itu, kebolehjadian (peluang) terbesar ditemukannya elektron berada pada orbit atom tersebut. Dengan kata lain, orbital yakni tempat kebolehjadian terbesar ditemukannya elektron dalam atom.

Menurut model atom mekanika kuantum, gerakan elektron dalam mengelilingi inti atom mempunyai sifat dualisme sebagaimana diajukan oleh de Broglie. Oleh lantaran gerakan elektron dalam mengelilingi inti mempunyai sifat ibarat gelombang maka persamaan gerak elektron dalam mengelilingi inti harus terkait dengan fungsi gelombang. Dengan kata lain, energi gerak (kinetik) elektron harus diungkapkan dalam bentuk persamaan fungsi gelombang.

Persamaan yang menyatakan gerakan elektron dalam mengelilingi inti atom dihubungkan dengan sifat dualisme bahan yang diungkapkan dalam bentuk koordinat Cartesius. Persamaan ini dikenal sebagai persamaan Schrodinger.

Dari persamaan Schrodinger ini dihasilkan tiga bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimut( A ), dan bilangan kuantum magnetik(m). Ketiga bilangan kuantum ini merupakan bilangan lingkaran sederhana yang menunjukkan peluang adanya elektron di sekeliling inti atom. Penyelesaian persamaan Schrodinger menghasilkan tiga bilangan kuantum. Orbital diturunkan dari persamaan Schrodinger sehingga terdapat relasi antara orbital dan ketiga bilangan kuantum tersebut.

a. Bilangan Kuantum Utama (n)

Bilangan kuantum utama (n) mempunyai nilai n = 1, 2, 3, ..., n. Bilangan kuantum ini menyatakan tingkat energi utama elektron dan sebagai ukuran kebolehjadian ditemukannya elektron dari inti atom. Jadi, bilangan kuantum utama serupa dengan tingkat-tingkat energi elektron atau orbit berdasarkan teori atom Bohr. Bilangan kuantum utama merupakan fungsi jarak yang dihitung dari inti atom (sebagai titik nol). Jadi, semakin besar nilai n, semakin jauh jaraknya dari inti.

Oleh lantaran peluang menemukan elektron dinyatakan dengan orbital maka sanggup dikatakan bahwa orbital berada dalam tingkat-tingkat energi sesuai dengan bilangan kuantum utama (n). Pada setiap tingkat energi terdapat

satu atau lebih bentuk orbital. Semua bentuk orbital ini membentuk kulit (shell). Kulit yakni kumpulan bentuk orbital dalam bilangan kuantum utama yang sama.

Kulit-kulit ini diberi lambang mulai dari K, L, M, N, ..., dan seterusnya. Hubungan bilangan kuantum utama dengan lambang kulit sebagai berikut.

Jumlah orbital dalam setiap kulit sama dengan n² , n yakni bilangan kuantum utama.

b. Bilangan Kuantum Azimut ( l )

Bilangan kuantum azimut disebut juga bilangan kuantum momentum sudut, dilambangkan dengan l . Bilangan kuantum azimut memilih bentuk orbital. Nilai bilangan kuantum azimut yakni l = n–1. Oleh lantaran nilai n merupakan bilangan lingkaran dan terkecil sama dengan satu maka harga l juga merupakan deret bilangan lingkaran 0, 1, 2, ..., (n–1). Jadi, untuk n=1 hanya ada satu harga bilangan kuantum azimut, yaitu 0. Berarti, pada kulit K (n=1) hanya terdapat satu bentuk orbital. Untuk n=2 ada dua harga bilangan kuantum azimut, yaitu 0 dan 1. Artinya, pada kulit L (n=2) terdapat dua bentuk orbital, yaitu orbital yang mempunyai nilai l =0 dan orbital yang mempunyai nilai l =1.

Bentuk orbital dengan bilangan kuantum azimut sama dinamakan subkulit. Jadi, bilangan kuantum azimut sanggup juga menunjukkan jumlah subkulit dalam setiap kulit. Masing-masing subkulit diberi lambang dengan s, p, d, f, ..., dan seterusnya. Hubungan subkulit dengan lambangnya yakni sebagai berikut.

c. Bilangan Kuantum Magnetik (m)

Bilangan kuantum magnetik disebut juga bilangan kuantum orientasi lantaran bilangan kuantum ini menunjukkan orientasi (arah orbital) dalam ruang atau orientasi subkulit dalam kulit. Nilai bilangan kuantum magnetik berupa deret bilangan lingkaran dari –m melalui nol hingga +m. Untuk l =1, nilai m=0, ±l. Jadi, nilai bilangan kuantum magnetik untuk l =1 yakni –l melalui 0 hingga +l.

Subkulit-s ( l =0) mempunyai harga m=0, artinya subkulit-s hanya mempunyai satu buah orbital. Oleh lantaran m=0, orbital-s tidak mempunyai orientasi dalam ruang sehingga bentuk orbital-s dikukuhkan berupa bola yang simetris.

Subkulit-p ( l =1) mempunyai nilai m= –1, 0, +1. Artinya, subkulit-p mempunyai tiga buah orientasi dalam ruang (3 orbital), yaitu orientasi pada sumbu-x dinamakan orbital p_x, orientasi pada sumbu-y dinamakan orbital p_y, dan orientasi pada sumbu-z dinamakan orbital p_z.

Subkulit-d ( l =2) mempunyai harga m= –2, –1, 0, +1, +2. Artinya, subkulit-d mempunyai lima buah orientasi dalam ruang (5 orbital), yaitu pada bidang-xy dinamakan orbital d_xy , pada bidang-xz dinamakan orbital d_xz, pada bidang-yz dinamakan orbital d _yz , pada sumbu x²– y² dinamakan orbital d _x2 - _y2 , dan orientasi pada sumbu z² dinamakan orbital d_z 2 . Contoh orientasi orbital sanggup dilihat pada Gambar berikut.

Orientasi orbital pada sumbu y koordinat Cartesius.

d. Bilangan Kuantum Spin (s)

Di samping bilangan kuantum n, A , dan m, masih terdapat satu bilangan kuantum lain. Bilangan kuantum ini dinamakan bilangan kuantum spin, dilambangkan dengan s. Bilangan kuantum ini ditemukan dari hasil pengamatan radiasi uap perak yang dilewatkan melalui medan magnet, oleh Otto Stern dan W. Gerlach.

Pada medan magnet, berkas cahaya dari uap atom perak terurai menjadi dua berkas. Satu berkas membelok ke kutub utara magnet dan satu berkas lagi ke kutub selatan magnet (perhatikan Gambar berikut).

Penguraian berkas uap atom perak (percobaan Stern-Gerlach)

Berdasarkan pengamatan tersebut, disimpulkan bahwa atom-atom perak mempunyai sifat magnet. Pengamatan terhadap atom-atom unsur lain, ibarat atom Li, Na, Cu, dan Au selalu menghasilkan tanda-tanda yang serupa. Atom-atom tersebut mempunyai jumlah elektron ganjil. Munculnya sifat magnet dari berkas uap atom disebabkan oleh spin atau putaran elektron pada porosnya.

Berdasarkan percobaan Stern-Gerlach, sanggup disimpulkan bahwa ada dua macam spin elektron yang berlawanan arah dan saling meniadakan. Pada atom yang jumlah elektronnya ganjil, terdapat sebuah elektron yang spinnya tidak ada yang meniadakan. Akibatnya, atom tersebut mempunyai medan magnet.

Spin elektron dinyatakan dengan bilangan kuantum spin. Bilangan kuantum ini mempunyai dua harga yang berlawanan tanda, yaitu + 1/2 dan – 1/2 . Tanda (+) menunjukkan putaran searah jarum jam dan tanda (–) arah sebaliknya (perhatikan Gambar dibawah). Adapun harga, menyatakan fraksi elektron.