Penjelasan Tentang Teori Mekanika Kuantum

Teori Atom Bohr

Pada tahun 1913, berdasarkan analisis spektrum atom dan teori kuantum  yang dikemukakan oleh Max Plank, Niels Bohr mengajukan model atom hidrogen, yaitu atom yang hanya mengandung satu elektron. Menurut Bohr elektron beredar mengitari intinya pada tingkat-tingkat energi tertentu, bagaikan planet-planet mengitari matahari dan elektron dapat berpindah dari tingkat energi satu ke tingkat energi yang lain.

Model Atom Bohr mempunyai beberapa kelemahan:

1. Teori atom Bohr hanya dapat menerangkan spektrum atom yang saderhana, misal Hidrogen, dan tidak dapat menerangkan yang lebih rumit (nomor atom > 1)
2. Teori Bohr tidak dapat menjelaskan pengaruh medan magnet dalam atom hidrogen.

Oleh karena itu, tidak mungkin membayangkan elektron beredar mengitari inti menurut suatu orbit berbentuk lingkaran dengan jari- jari tertentu.

Kekurangan model atom Bohr disempurnakan dengan model atom mekanika kuantum yang dikemukakan oleh Erwin Schrodinger pada tahun 1927, seorang ilmuan dari Austria.

 Teori atom mekanika kuantum

Teori Atom Mekanika Kuantum didasarkan pada dualisme sifat elektron yaitu sebagai gelombang dan sebagai partikel.

Menurut de Broglie, cahaya dapat berperilaku sebagai materi dan berperilaku sebagai gelombang (dikenal dengan istilah dualisme gelombang partikel). Menurut Heisenberg, tidak mungkin menentukan kecepatan dan posisi elektron secara bersamaan, tetapi yang dapat ditentukan hanyalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti.

Erwin Schrodinger mengajukan teori yang disebut teori atom mekanika kuantum ”Kedudukan elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti yang dapat ditentukan adalah kemungkinan menemukna elektron sebagai fungsi jarak dari inti atom”.

Daerah dangan kemungkinan terbesar ditemukan elektron disebut orbital. Orbital digambarkan berupa awan, yang tebal tipisnya menyatakan besar kecilnya kemungkinan ditemukan elektron di daerah tersebut. Kemudian Werner Heisenberg mengemukakan bahwa metode eksperimen yang digunakan untuk menemukan posisi atau momentum suatu partikel seperti elektron dapat menyebabkan perubahan, baik pada posisi, momentum atau keduanya.

Teori Schrodinger dan prinsip ketidakpastian Heisenberg melahirkan model atom mekanika kuantum sebagai berikut:

1. Posisi elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti.
2. Atom mempunyai kulit elektron.
3. Setiap kulit elektron memiliki subkulit elektron.
4. Setiap subkulit elektron memiliki sub-sub kulit elektron.

a) Bilangan Kuantum

Untuk menyatakan kedudukan, bentuk, serta orientasi suatu orbital digunakan empat bilangan kuantum, sebagai berikut Bilangan kuantum utama (n)

Menyatakan tingkat energi utama/ kulit atom Bilangan kuantum utama paling banyak ditempati oleh 2n2elektron (n = jumlah kulit). Ex : Jumlah elektron maksimum yang ditempati kulit N adalah 2n2 = 2.(42) = 32 elektron.

Bilangan Kuantum Azimut (l)

Menyatakan subkulit tempat elektron berada. Nilai bilangan Azimut yaitu dari 0 sampai (n-1). Nilai l = 0, 1, 2, …(n–1′)

Ex : Tentukan notasi elektron, apabila diketahui elektron menempati: Kulit n = 1 dan subkulit = 0

Jawab : Kulit n = 1

Subkulit = 0, menunjukkan subkulit s

Sehingga, notasi elektronnya adalah 1s

Bilangan Kuantum magnetik (m)

Menyatakan orbital mana yang ditempati elektron pada suatu subkulit.

Bilangan Kuantum Spins (s)

Menyatakan ke arah mana elektron beredar. Selain mengutari inti elektron berputar pada sumbunya. Ada 2 kemungkinan arah rotasi elektron, yaitu

v  s =   + ½ , digambarkan dengan tanda panah ke atas ↑ (searah jarum jam)

v  s = -½, digambarkan dengan tanda panah ke bawah ↓ (berlawanan arah jarum jam)

b)      Bentuk Orbital

Bentuk orbital bergantung pada bilangan kuantum azimut (l). Orbital dengan bilangan kuantum azimut yang sama akan mempunyai bentuk yang sama.

Orbital s

Bentuk orbital subkulit s seperti bola, di manapun elektron beredar akan mempunyai jarak yang sama terhadap inti

Orbital p

Rapatan elektron terdistribusi pada bagian yang saling berlawanan dengan inti atom.inti terletak pada simpul dengan kerapatan elektron adalah nol. Orbital p mempunyai bentuk seperti balon terpilin. Dengan memiliki 3 harga m (-1, 0, +1), maka orbital p ada 3 macam yaitu px, py, pz

Orbital d

Subkulit d mempunyai 5 orbital , yaitu dxy, dzx, dyz, dx2, dx2– y2.

Orbital f

Orbital f mempunyai bentuk orbital yang lebih rumit dan lebih kompleks daripada orbital d. Setiap subkulit f mempunyai 7 orbital dengan energi yang setara. Orbital ini hanya digunakan untuk unsur-unsur transisi yang letaknya lebih dalam.

c)  Konfigurasi elektron

Konfigurasi elektron menggambarkan distribusi elektron dalam orbital atom. Elektron tersusun dalam atom menurut tiga aturan:

• Asas Aufbau

Mempunyai prinsip bahwa pengisian elektron pada orbital di mulai dari tingkat energi terendah ke tingkat energi yang lebih tinggi. Urutan energi dari tingkat yang terendah ke tingkat yang tertinggi, yaitu :

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d ………………

Ex : Tentukan konfigurasi elektron berdasarkan asas Aufbau pada 36Kr

Jawab : 36Kr = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6

• Aturan Hund

Menurut aturan Hund, pada pengisian orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama, yaitu orbital-orbital dalam satu subkulit, mula-mula elektron akan menempati orbital secara sendiri-sendiri dengan spin yang paralel, baru kemudian berpasangan.

Ex : Tentukan diagram orbital untuk unsur 7N

Jawab : 7N = 1s2 2s2 2p3 , diagram orbitalnya adalah

•   Asas Larangan Pauli

Asas larangan Pauli menyatakan bahwa tidak ada dua elektron dalam sebuah atom apa pun dapat mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama.

Ex :Tentukan bilangan kuamtum dan diagram orbital yang dimiliki oleh atom 19K

Jawab : 19K = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 atau (Ar) 4s1

`              n = 4, l = 0, m = 0, dan s = + ½

d)  Hubungan konfigurasi elektron dan letak unsur dalam Sistem Periodik

Sistim periodik unsur terdiri dari dua golongan besar, yaitu golongan utama (A) dan golongan transisi (B). Konfigurasi elektron atom-atom unsur dapat dikelompokkan ke dalam blok sebagai berikut:

Unsur Blok s

Unsur yang  konfigurasi elektron yang  diakhiri dengan subkulit s. Unsur-unsur yang termasuk blok s adalah unsur-unsur golongan IA dan IIA.

Unsur Blok p

Konfigurasi elektron yang diakhiri dengan subkulit p. Unsur yang termasuk golongan p adalah unsur-unsur golongan IIIA sampai VIIIA.

Uusur Blok d

Konfigurasi elektron yang diakhiri dengan subkulit d. Unsur yang termasuk blok d adalah unsur golongan IB sampai golongan VIIIB.

Unsur blok f

Konfigurasi elektron yang diakhiri subkulit f. Unsur yang termasuk blok f adalah unsur-unsur golongan Lantanida dan golongan Aktinida.Ex : Tentukan golongan dan perioda pada usur 14Si

Jawab : konfigurasi elektron 14Si = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 atau (Ne) 3s2 3p2

Jumlah elektron valensi = 4, subkulit s dan p, termasuk golongan IV A

Subkulit ke-3 sehingga termasuk perioda 3