Pengertian, Fungsi, Rentang Nilai dan Contoh Soal Tentang Bilangan Kuantum Utama, Magnetik, Azimuth dan Spin

Pada artikel kali ini kamu dapat menemukan informasi lengkap mengenai pengertian, fungsi, rentang nilai dan contoh-contoh soal berkaitan dengan bilangan kuantum utama, magnetik, azimuth dan spin.

Materi mengenai bilangan kuantum merupakan bagian dari bab struktur atom yang untuk kurikulum merdeka diajarkan di kelas 11 semester 1. 

Setelah mempelajari teori atom mekeanika kuantum, kita mengetahui bahwa tidak mungkin untuk menentukan posisi elektron secara tepat di dalam atom. Hal ini disebabkan karena elektron di dalam atom bergerak bergelombang. Yang dapat ditentukan hanyalah daerah ke bolehjadian menemukan elektron yang kita kenal dengan nama orbital.

Bilangan kuantum adalah sederetan bilangan yang digunakan untuk menentukan di orbital mana suatu elektron berada. Jadi fungsi dari bilangan kuantum mirip seperti koordinat, namun hanya sampai pada tingkat daerah, bukan posisi elektron secara pasti.

Ada empat jenis bilangan kuantum yang perlu kita pelajari yaitu:

1. Bilangan kuantum utama
2. Bilangan kuantum azimuth
3. Bilangan kuantum magnetik
4. Bilangan kuantum spin

Masing-masing bilangan kuantum tersebut memiliki fungsinya tersendiri yang berkaitan dengan menyatakan posisi elektron di dalam atom. Pada bagian berikutnya kita akan bahas secara rinci mengenai bilangan kuantum tersebut.

Bilangan Kuantum

Bilangan Kuantum Utama

Fungsi bilangan kuantum utama

Simbol = n

Fungsi = bilangan kuantum utama berfungsi untuk menyatakan di tingkat energi ke berapa suatu elektron berada.

Sebagaimana yang kita ketahui bahwa elektron di dalam atom bergerak pada tingkat tingkat energi tertentu di mana di sini dia tidak melepas maupun menyerap energi. Dengan begitu elektron dapat berputar secara terus-menerus mengelilingi inti atom.

Jika kita bawakan ke dalam konsep teori atom Bohr, tingkat energi dari elektron itu sama dengan kulit atom. 

Dengan begitu dapat kita simpulkan juga bahwa fungsi dari bilangan kuantum utama adalah untuk menunjukkan di kulit mana suatu elektron berada.

Rentang nilai bilangan kuantum utama

Nilai bilangan kuantum utama tidak bergantung pada apapun. Nilai dari bilangan kuantum utama di mulai dari angka 1 yang menunjukkan bahwa elektron berada di tingkat energi atau kulit pertama dari atom. Kulit pertama dari atom merupakan kulit dengan tingkat energi yang paling rendah. Kemudian 2, 3, 4 dan seterusnya.

n = 1, 2, 3, 4……

Kulit pertama dari atom adalah kulit yang letaknya paling dekat ke inti atom. Semakin jauh letaknya dari atom maka semakin tinggi tingkat energi dari kulitnya. 

Dalam teori atom Bohr, kita tahu bahwa kulit kulit atom itu diberi nama sebagai berikut.

Kulit 1 = kulit K ⇒ n = 1

Kulit 2 = kulit L ⇒ n = 2

Kulit 3 = kulit M ⇒ n = 3

Kuli 4 = kulit N ⇒ n = 4

……dan seterusnya 

Dari penjelasan di atas dapat kamu lihat hubungan antara bilangan kuantum utama dengan kulit atom. Berikut adalah contoh soal yang sering muncul berkaitan dengan hal tersebut. 

Contoh Soal:

Jika suatu elektron memiliki nilai n = 5, tentukanlah di kulit mana elektron tersebut berada?

Pembahasan:

Jika suatu elektron memiliki nilai n = 5 maka elektron tersebut akan berada di kulit kelima dari atom yaitu kulit O

Contoh Soal 2

Nilai n untuk elektron-elektron yang berada di kulit M adalah........

A. 1

B. 2

C. 3

D. 4

E. 5

Pembahasan:

Karena M adalah kulit ketiga maka nilai bilangan kuantum utama atau n dari elektron-elektron yang berada pada kulit tersebut adalah 3.

Saya juga sudah bikin video youtube yang menjelaskan tentang bilangan kuantum utama secara lengkap. Jika kamu berkenaan silahkan tonton videonya sebagai berikut ya.

Bilangan Kuantum Azimuth

Fungsi bilangan kuantum azimuth

Simbol = l

Fungsi = bilangan kuantum azimuth memiliki fungsi untuk menyatakan di sub kulit mana suatu elektron berada. 

Sebagaimana yang telah kamu ketahui, kulit kulit atom itu terbagi menjadi beberapa sub kulit. Nah untuk menunjukkan di sub kulit mana suatu elektron berada maka kita gunakan nilai dari bilangan kuantum azimuth (l).

Rentang nilai bilangan kuantum azimuth (l)

Nilai dari bilangan kuantum azimut bergantung pada bilangan kuantum utamanya. Rentang nilai l itu adalah sebagai berikut:

l = 0……(n-1)

Jadi setiap nilai n memiliki nilai l yang diizinkan. Sebagai contoh:

Jika n = 1 ⇒ l = 0

Jika n = 2 ⇒ l = 0, 1

Jika n = 3 ⇒ l = 0, 1, 2

Dan seterusnya……..

Contoh:

Tentukanlah nilai l yang diizinkan untuk elektron dengan n = 4!

Pembahasan:

Jika n = 4, maka nilai l yang diperbolehkan ada empat buah yaitu 0, 1, 2 dan 3.

Apa artinya nilai bilangan kuantum azimat tersebut? 

Pada contoh soal di atas jika nilai n = 4 (kulit N), maka ada 4 buah nilai l yang diperbolehkan yaitu 0, 1, 2, 3. Itu artinya, kulit N dari atom terdiri dari 4 buah sub kulit. 

Dengan begitu kita bisa mencari berapa jumlah sub kulit atom yang dimiliki oleh masing-masing kulit atom yaitu sebagai berikut.

K (n = 1) ⇒l =  0 (1 sub kulit)

L (n = 2) ⇒ l = 0, 1 (2 sub kulit)

M (n = 3) ⇒ l = 0, 1, 2 (3 sub kulit)

Dan seterusnya…….

Contoh Soal:

Tentukanlah jumlah sub kulit yang dimiliki kulit O dari suatu atom!

Pembahasan:

Kulit O adalah kulit ke - 5, berarti nilai n = 5

O (n = 5) ⇒ l = 0, 1, 2, 3, 4 (5 sub kulit)

Untuk seluruh unsur yang berada dalam tabel periodik hanya ada 4 jenis sub kulit yang dikenal yaitu:

Subkulit s = l = 0

Subkulit p = l = 1

Subkulit d = l = 2

Subkulit f = l = 3

Video youtube yang menjelaskan mengenai bilangan kuantum azimuth juga saya buat. Kamu dapat saksikan videonya lewat jendela youtube di bawah ini ya.

Bilangan Kuantum Magnetik

Fungsi bilangan kuantum utama

Simbol = m

Fungsi = bilangan kuantum magnetik berfungsi untuk menentukan dia orbital mana suatu elektron berada.

Sebagaimana yang sudah dijelaskan di awal, orbital adalah daerah di dalam atom tempat memungkinkan ditemukannya elektron. Dalam ilmu kimia, untuk mempermudah kita mempelajarinya, orbital biasanya dilambangkan dengan kotak.

Kita sudah mengetahui bahwa kulit atom itu terbagi menjadi beberapa sub kulit. Nah di sub kulit inilah terdapat orbital orbital yang ditempati oleh elektron.

Rentang nilai bilangan kuantum magnetik

Nilai bilangan kuantum magnetik (m) bergantung pada bilangan kuantum azimuth (l). Rentang nilainya adalah sebagai berikut:

m = -l …..0……+l

Jadi setiap nilai l memiliki nilai m yang diizinkan. Sebagai contoh:

Jika l = 0 ⇒ m = 0

Jika l = 1 ⇒ m = -1, 0, +1

Jika l = 2 ⇒ m = -2, -1, 0, +1, +2

Contoh Soal:

Tentukanlah nilai m yang diperbolehkan untuk sub kulit f?

Pembahasan:

Sub kulit f adalah sub kulit dengan nilai l = 3. Untuk nilai l = 3, maka ada 7 buah nilai m yang diizinkan yaitu sebagai berikut:

l = 3 ⇒ m = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

Jumlah nilai m yang dimiliki oleh masing-masing sub kulit atom itu menandakan berapa banyak orbital yang terdapat di dalamnya. Sebagai contoh:

Jika l = 0 ⇒ m = 0 (1 orbital)

Jika l = 1 ⇒ m = -1, 0, +1 (3 orbital)

Jika l = 2 ⇒ m = -2, -1, 0, +1, +2 (5 orbital)

Dan seterusnya……..

Contoh Soal:

Tentukanlah banyaknya orbital yang dimiliki oleh subkukit f dari suatu atom!

Pembahasan:

Pada pembahasan contoh soal sebelumnya kita sudah mengetahui bahwa nilai m yang diizinkan untuk dimiliki oleh subkukit f ada 7 buah. Berarti, subkulit f memiliki 7 buah orbital atau terdiri dari 7 buah kotak.

Bilangan Kuantum Spin

Fungsi Bilangan Kuantum Spin 

Simbol = s

Fungsi = bilangan kuantum spin berfungsi untuk menyatakan arah orientasi elektron di dalam orbital.

Sama seperti bumi yang selain bergerak mengelilingi matahari, bumi juga berputar pada porosnya. Begitu juga dengan elektron di dalam orbital. Selain bergerak mengelilingi inti atom, elektron juga berputar pada porosnya. 

Untuk menyatakan bagaimana arah perputaran elektron pada porosnya di dalam orbital digunakan lah bilangan kuantum spin.

Nilai bilangan kuantum spin

Menurut suatu aturan yang disebut dengan azas larangan Pauli, sebuah orbital hanya mampu menampung 2 buah elektron yang memiliki spin berbeda. Oleh karena itulah, nilai bilangan kuantum spin hanya ada dua yaitu + ½ dan - ½. 

Tanda positif dan negatif menunjukkan bahwa arah perputaran elektron di dalam orbital berbeda. Sedangkan angka ½ menunjukkan sebagian karena sebagian elektron di dalam orbital memiliki spin positif dan sebagian lagi memiliki spin yang negatif.

Untuk menunjukkan bahwa elektron memiliki spin yang berbeda, di dalam kotak-kotak orbital elektron dilambangkan sebagai anak panah dengan arah yang berlawanan (keatas = spin + dan kebawah = spin -).

Bagaimana cara menentukan nilai keempat bilangan kuantum elektron terakhir dari suatu unsur?

Contoh Soal 1

Nilai keempat bilangan kuantum elektron terakhir dari unsur X yang memiliki nomor atom 25 adalah........

Pembahasan:

Berikut adalah langkah-langkah yang dapat kalian ikuti untuk menentukan nilai keempat bilangan kuantum elektron terakhir dari unsur x dengan nomor atom 25.

Langkah 1: Membuat konfigurasi elektron

Konfigurasi e unsur X (nomor atom 25)

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁵

Langkah 2: Tentukan letak elektron terakhir dari unsur 

Elektron terakhir dari unsur tentunya berada pada orbital paling ujung. Untuk unsur X orbital yang paling ujung adalah 3d⁵.

Angka 3 pada 3d⁵ menunjukkan nilai n atau bilangan kuantum utamanya. Sedangkan huruf d menunjukkan bahwa elektron berada di subkulit d yaitu subkulit yang nilai l-nya sama dengan 2.

Jadi elektron terakhir unsur x memiliki nilai n = 3 dan l = 2.

Langkah 3: Menggambar diagram orbital yang paling ujung tersebut

Dari diagram orbital di atas dapat kita lihat bahwa elektron terakhir unsur X berada di orbital yang paling kanan atau orbital dengan nilai m = +2. Dan dari arah panah elektronnya yang ke atas maka kita bisa simpulkan bahwa nilai bilangan kuantum spin nya adalah +1/2.

Jadi nilai keempat bilangan kuantum elektron terakhir dari unsur X dengan nomor atom 25 adalah sebagai berikut.

n = 3, l = 2, m = +2, s = +1/2 

Itulah penjelasan lengkap mengenai pengertian, simbol, fungsi dan rentang nilai dari bilangan kuantum utama, azimuth, magnetik dan spin. Kalau untuk contoh soal berkaitan dengan bilangan kuantum ini, saya sudah pernah bikin banyak sekali artikel. Kamu mengunjungi artikel tersebut melalui link link dibawah ini ya.

Semoga penjelasan diatas bermanfaat bagi kamu yang telah berkunjung ke blog ini. Sampai jumpa lagi di artikel-artikel lainnya.

Location:

Berbagi :