Set bilangan kuantum berikut yang tidak diperbolehkan adalah

Bilangan kuantum (dalam fungsi gelombang) adalah bilangan yang memiliki makna khusus dalam menjelaskan keadaan sistem kuantum. Bilangan-bilangan kuantum dapat memberikan deskripsi keadaan elektron dalam atom.

Table of Contents Show

Orbital dan Bilangan Kuantum
Bentuk Orbital Atom
Konfigurasi Elektron
Contoh Soal Bilangan Kuantum
Video yang berhubungan

Setelah dikemukakannya teori dualisme partikel−gelombang, pada tahun 1926 Erwin Schrödinger mengajukan teori mekanika kuantum yang menjelaskan struktur atom. Model atom mekanika kuantum Schrödinger dinyatakan dalam persamaan matematis yang disebut persamaan gelombang. Penyelesaian persamaan gelombang Schrödinger untuk atom hidrogen menghasilkan fungsi gelombang (ψ) atau orbital atom yang menggambarkan keberadaan elektron dalam atom. Kuadrat dari fungsi gelombang, ψ2, memiliki arti khusus yaitu besar probabilitas menemukan elektron dalam ruang dengan volum tertentu di sekitar inti atom. Sebagaimana asas ketidakpastian Heisenberg, posisi elektron dalam atom tidak dapat dipastikan, namun hanya dapat diketahui tempat di mana elektron paling mungkin ditemukan.

Lihat juga materi lainnya:
Sel Volta
Tata Nama Senyawa

Orbital dan Bilangan Kuantum

Setiap orbital atom memiliki satu set tiga bilangan kuantum yang unik, antara lain bilangan kuantum utama (n), azimuth (atau momentum angular) (l), dan magnetik (ml). Ketiga bilangan kuantum tersebut dapat mendeskripsikan tingkat energi orbital dan juga ukuran, bentuk, dan orientasi dari distribusi probabilitas radial orbital atom. Lalu, terdapat bilangan yang keempat, yakni bilangan kuantum spin (ms), yang memberikan informasi spin suatu elektron dalam sebuah orbital. Setiap elektron dalam sebuah atom memiliki satu set empat bilangan kuantum yang unik, yakni n, l, ml, dan ms.

Bilangan kuantum utama (n) mendeskripsikan ukuran dan tingkat energi orbital. Semakin besar nilai n, maka semakin besar ukuran orbital dan semakin tinggi tingkat energinya. Nilai n yang diperbolehkan adalah bilangan bulat positif (1, 2, 3, dan seterusnya).
Bilangan kuantum azimuth (l) mendeskripsikan bentuk orbital. Nilai l yang diperbolehkan adalah bilangan bulat dari 0 hingga n − 1.
Bilangan kuantum magnetik (ml) mendeskripsikan orientasi orbital. Nilai ml yang diperbolehkan adalah bilangan bulat dari −l hingga +l.
Bilangan kuantum spin (ms) mendeskripsikan arah spin elektron dalam orbital. Nilai ms yang diperbolehkan adalah +½ atau −½.

Kombinasi bilangan kuantum n, l, dan ml yang mungkin pada 4 kulit elektron pertama dapat dilihat pada tabel berikut:

Bentuk Orbital Atom

Orbital s

Orbital s adalah orbital dengan l = 0 berbentuk bola dengan inti atom pada bagian tengah. Oleh karena bola hanya memiliki satu orientasi, semua orbital s hanya memiliki satu nilai ml, yaitu ml = 0. Orbital 1s memiliki densitas (kerapatan) elektron tertinggi pada bagian inti atom dan kemudian densitas semakin menurun perlahan-lahan setelah menjauh dari inti atom. Orbital 2s memiliki dua daerah dengan densitas elektron tinggi. Di antara kedua daerah tersebut terdapat simpul bola, di mana probabilitas menemukan elektron pada daerah tersebut menurun hingga nol (ψ2 = 0). Pada orbital 3s, terdapat tiga daerah dengan densitas elektron tinggi dan dua simpul. Pola bertambahnya simpul orbital s ini masih terus berlanjut dengan orbital 4s, 5s, dan seterusnya.

Orbital p

Orbital p adalah orbital dengan l = 1 berbentuk seperti balon terpilin dengan dua cuping. Kedua cuping terletak pada dua sisi inti atom yang saling bersebrangan. Inti atom terletak pada bidang simpul orbital p, yakni di antara dua cuping yang masing-masing memiliki densitas elektron tinggi. Orbital p memiliki tiga jenis orientasi ruang, px, py, dan pz, sebagaimana terdapat tiga nilai ml yang mungkin, yaitu −1, 0, atau +1. Ketiga orbital p tersebut terletak saling tegak lurus pada sumbu x, y, dan z koordinat Kartesius dengan bentuk, ukuran, dan energi yang sama.

Orbital d

Orbital d adalah orbital dengan l = 2. Orbital d memiliki lima jenis orientasi, sebagaimana terdapat lima nilai ml yang mungkin, yaitu −2, −1, 0, +1, atau +2. Empat dari lima orbital d, antara lain dxy, dxz dyz, dan dx2−y2, memiliki empat cuping seperti bentuk daun semanggi. Orbital d kelima, dz2, memiliki dua cuping utama pada sumbu z dan satu bagian berbentuk donat pada bagian tengah.

Orbital f

Orbital f adalah orbital dengan l = 3. Orbital f memiliki tujuh jenis orientasi, sebagaimana terdapat tujuh nilai ml yang mungkin (2l + 1 = 7). Ketujuh orbital f memiliki bentuk yang kompleks dengan beberapa cuping.

Konfigurasi Elektron

Setelah memahami hubungan keberadaan elektron dalam atom dengan orbital pada teori atom mekanika kuantum, berikut akan dibahas konfigurasi elektron, yaitu penyusunan elektron-elektron dalam orbital-orbital pada kulit-kulit atom multi elektron. Aturan-aturan dalam penentuan konfigurasi elektron berdasarkan orbital, antara lain:

Asas Aufbau: Elektron menempati orbital-orbital dimulai dari tingkat energi yang terendah, dimulai dari 1s, 2s, 2p, dan seterusnya seperti urutan subkulit yang terlihat pada gambar berikut.

Asas larangan Pauli: Tidak ada dua elektron dalam satu atom yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama. Setiap orbital maksimum diisi oleh 2 elektron yang memiliki spin yang berlawanan (ms = +½ dan ms = −½).
Kaidah Hund: Jika ada orbital dengan tingkat energi yang sama, konfigurasi elektron dengan energi terendah adalah dengan jumlah elektron tak berpasangan dengan spin paralel yang paling banyak.

Berdasarkan eksperimen, terdapat anomali konfigurasi elektron dari aturan-aturan di atas. Subkulit d memiliki kecenderungan untuk terisi setengah penuh atau terisi penuh. Contohnya, konfigurasi elektron 24Cr: [Ar] 4s1 3d5 lebih stabil dibanding [Ar] 4s2 3d4; dan 29Cu: [Ar] 4s1 3d10 lebih stabil dibanding [Ar] 4s2 3d9.

Konfigurasi elektron untuk ion monoatomik (seperti Na+, K+, Ca2+, S2-, Br–) dapat ditentukan dari konfigurasi elektron atom netralnya terlebih dahulu. Pada kation (ion bermuatan positif) monoatomik Ax+ yang bermuatan x+, sebanyak x elektron dilepas (dikurangi) dari kulit elektron terluar atom netral A. Pada anion (ion bermuatan negatif) monoatomik By− yang bermuatan y−, sebanyak y elektron ditangkap (ditambahkan) pada orbital level energi terendah yang masih belum penuh oleh elektron.

Contoh Soal Bilangan Kuantum

Tentukan konfigurasi elektron dan diagram elektron dari atom unsur dan ion monoatomik berikut.

a. 27Co

b. 32Ge

c. 20Mg2+

d. 26Fe3+

e. 8O2−

Pembahasan:

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

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

c. 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)

d. 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)

e. 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)

Reading Time: 3 minutes

Halo teman ambis, setelah membaca artikel Bilangan Kuantum, kini saatnya kita berlatih soal agar teman ambis paham dengan materi ini. Yuk langsung aja kita kerjakan bersama!

1. Harga keempat bilangan kuantum untuk elektron terakhir dari atom adalah …. (UN 2015)

A. n = 3; l = 1; m = –1; s = + ½

B. n = 3; l = 1; m = +1; s = –½

C. n = 3; l = 1; m = 0; s = – ½

D. n = 3; l = 2; m = 0; s = –½

E. n = 3; l = 1; m = 0; s = – ½

Jawaban: C

Konfigurasi elektron \({_35^{17}}Cl =\) \(1s^{2}\) \(2s^{2}\) \(2p^{6}\) \(3s^{2}\) \(3p^{5}\)
Elektron terakhir ada di kulit ketiga, sehingga bilangan kuantum utama (n) = 3
Elektron terakhir ada di subkulit p, sehingga bilangan kuantum azimut (l) = 1
Karena terletak pada subkulit p, maka terdapat 3 kotak orbital dengan bilangan kuantum -1, 0, +1, yang diisi oleh 5 elektron
Elektron terakhir ada di kotak kedua dari orbital, sehingga bilangan kuantum magnetik (m) = 0.
Elektron terakhir pada kotak kedua memiliki arah spin ke bawah, sehingga bilangan kuantum spin (s) = –½.

2. Berikut ini urutan bilangan kuantum suatu elektron dalam orbital 4d yang benar adalah …. (OSK, 2013)

	n (utama)	l (azimuth)	m (magnetik)	s (spin)
A.	4	1	-1	+½
B.	4	2	-2	-½
C.	4	3	3	+½
D.	4	3	-1	-½
E.	4	3	-3	-½

Jawaban: B

Bilangan kuantum dalam orbital \(4d\)

Bilangan kuantum utama (n) = 4
Bilangan kuantum azimut (l) = 2
Karena terletak pada subkulit d, maka bilangan kuantum yang mungkin adalah m = -2, -1, 0, +1, +2
Bilangan kuantum spin yang mungkin adalah s = –½ dan +½

3. Di antara bilangan kuantum berikut yang tidak diperbolehkan adalah … (Soal UM)

A. n = 3, l = 2, m = 1

B. n = 2, l = 1 , m = -1

C. n = 3, l = 3, m = -1

D. n = 3, l = 0, m = 0

E. n = 3, l = 2, m = -1

Jawaban: C

Jika harga bilangan kuantum utama (n) = 3, maka harga bilangan kuantum azimuth (l) maksimum adalah = n-1 = 3-1 = 2. Oleh karena itu, bilangan kuantum n = 3, l = 3 pada option C tidak diizinkan.

4. Suatu atom yang elektron terakhirnya memiliki bilangan kuantum n = 3; l = 2; m = -1; s = – ½, maka nomor atom unsur tersebut adalah ….

A.18

B. 24

C. 27

D. 29

E. 30

Jawaban: C

Bilangan kuantum unsur n = 3, l = 2, m = -1, s = – ½, maka konfigurasi elektron terakhirnya adalah \(3d^{7}\).

Konfigurasi elektron dari unsur tersebut adalah \(X=\) \(1s^{2}=\) \(2s^{2}=\) \(2p^{6}=\) \(3s^{2}=\) \(3p^{6}=\) \(4s^{2}=\) \(3d^{7}=\) , sehingga nomor atom unsur tersebut adalah 27.

Jadi lebih paham tentang materi ini kan teman-teman? Kalau kamu masih bingung dengan materi bilangan kuantum atau mungkin dengan materi kimia yang lain, jangan khawatir! Kamu bisa bertanya ke pengajar terbaik dari Teman Belajar. Dengan memesan les privat kimia, kamu akan dibimbing dan didampingi sampai paham. Selain itu pengajar kami juga bisa membantu kamu dalam mengerjakan tugas atau PR. Tunggu apa lagi? Pesan sekarang!