Mari Belajar Kimia: PARTIKEL PENYUSUN ATOM, BILANGAN KUANTUM, DAN KONFIGURASI ELEKTRON

Hallo kawan-kawan semuanya, disini saya akan menjelaskan sedikit materi dari judul diatas. Pertama saya akan membahas tentang Partikel Atom. Ayo kita pelajari!!!.

*. PARTIKEL PENYUSUN ATOM

Partikel Dasar Penyusun Atom – Atom merupakan puing terkecil dari suatu zatyang memiliki sifat tidak bisa di bagi lagi. Pendapat seperti ini ternyata tidak sepenuhnya benar. Apa alasannya? Pembuktian bahwa atom bukan merupakan bagian terkecil dari suatu zat atau materi ditandai dengan ditemukannya elektron oleh Sir John Joseph Thomson. Pembuktian ini semakin menguat ketika imuwan berkebangsaan inggris Ernest Rutherford berhasil menemukan bahwa inti atom masih tersusun dari bagian yang lebih kecil berupa proton dan neutron. Elektron, proton, dan neutron menjadi partikel dasar yang menyusun sebuah atom.

1. Elektron

Diakhir tahun 1800-an tepatnya pada tahun 1897, seorang ilmuwan berkebangsaan inggris bernama Sir John Joseph Thomson atau yang sering sobat sebut dengan J.J. Thomson berhasil menemukan elektron. Ia melakukan pengamatan terhadap pelat katoda dan anoda yang ditempatkan dalam tabung hampa udara yang dialiri arus listrik tegangan tinggi. Dari percobaan tersebut ia menemukan bahwa pelat katoda atau pelat bermuatan negatif memancarkan berkas sinar yang bergerak menurut garis lurus menuju ke pelat anoda atau pelat positif.

Sinar tersebut tidak hanya bergerak lurus, ia juga dapat dibelokkan oleh medan magnet atau medan listrik menuju ke kutub positif. Sinar tersebut membelok mendekati kutub positif medan magnet atau medan listrik. Percobaan ini membuktikan bahwa sinar yang memancar dari pleat katoda tersebut merupakan partikel yang lebih kecil dari atom dan ia bermuatan negatif. Partikel ini kemudian disebut dengan elektron. Sinar tersebut tidak hanya bergerak lurus, ia juga dapat dibelokkan oleh medan magnet atau medan listrik menuju ke kutub positif. Sinar tersebut membelok mendekati kutub positif medan magnet atau medan listrik. Percobaan ini membuktikan bahwa sinar yang memancar dari pleat katoda tersebut merupakan partikel yang lebih kecil dari atom dan ia bermuatan negatif. Partikel ini kemudian disebut dengan elektron.

2. Proton

Pengungkapan tentang materi dasar penyusun atom tidak terhenti pada penemuan elektron. Pada kondisi normal sebuah atom itu tidak bermuatan atau muatannya netral. Kemudian setelah ditemukan adanya partikel dasar bermuatan negatif yang ada dalam atom memunculkan dugaan kuat adanya partikel dasar lain yang bermuatan positif yang menjadikan sebuah atom bermuatan netral. Tanda tanya besar ini kemudian dijawab oleh seorang ilmuwan berkebangsaan Jerman bernama Eugene Goldstein. Berangkat dari rasa penasarannya ia melakukan sebuah eksperimen dengan menggunakan tabung hampa bermuatan listrik yang dilengkapi dengan lempeng katoda berlubang. Alhasil, dari percobaan tersebut diketahui ada sebuah sinar yang bergerak berlawanan arah dengan sinar katoda (disebut sinar anoda). Ia bergerak dari anoda ke katoda. Eugen goldstein menyimpulkan bahwa sinar tersebut merupakan partikel dasar yang mutannya positif.

3. Neutron

Partikel dasar atom berikutnya adalah neutron. Muncul tanda tanya lagi bagi Ernest Rutherford. Setelah massa proton dan elekton pada suatu atom dijumlah ternyata jumlahnya masih kurang dari setengah massa atom relatifnya (baca : massa atom relatif). Massa elektron juga sangat kecil jika dibanding dengan massa proton. Massa proton sekitar 1,67 x 10-24 gram sedangkan masa elektron adalah 9,11 x 10-28 gram. Rutherford menduga masih ada partikel dasar penyusun atom selain proton dan elektron.

Tiga belas tahun kemudian tepatnya tahun 1932 James Chadwick — Ahli fisika berkebangsaan Inggris –melakukan percobaan untuk membuktikan dugaan dari Rutherford. James melakukan percobaan dengan menembakkan sinar alfa yang bermuatan negatif ke atom berilium. Dari percobaan yang dilakukannya ia berhasil menemukan bahwa selain proton dan elektron masih ada partikel dasar pernyusun atom yang lain yang bermuatan netral yaitu neutron.

*. Bilangan Kuantum

Bilangan kuantum (bahasa Inggris: Quantum number) adalah bilangan yang menyatakan kedudukan atau posisi elektron dalam atom yang diwakili oleh suatu nilai yang menjelaskan kuantitas kekal dalam sistem dinamis. Bilangan kuantum menggambarkan sifat elektron dalam orbital.

Bilangan kuantum menentukan tingkat energi utama atau jarak dari inti, bentuk orbital, orientasi orbital, dan spin elektron. Setiap sistem kuantum dapat memiliki satu atau lebih bilangan kuantum.

Bilangan kuantum merupakan salah satu ciri khas dari model atom mekanika kuantum atau model atom modern yang dicetuskan oleh Erwin Schrödinger. Dalam mekanika kuantum, bilangan kuantum diperlukan untuk menggambarkan distribusi elektron dalam atom hidrogen dan atom-atom lain. Bilangan-bilangan ini diturunkan dari penyelesaian matematis persamaan Schrödinger untuk atom hidrogen.

- JENIS-JENIS BILANGAN KUANTUM:

* Bilangan Kuantum Utama (n), yang menyatakan tingkat energi.

* Bilangan Kuantum Azimuth/Momentum sudut (l), yang menyatakan bentuk orbital.

* Bilangan Kuantum Spin (s), yang menyatakan spin elektron pada sebuah atom.

1. BILANGAN KUANTUM UTAMA (n)

Bilangan kuantum utama (primer) digunakan untuk menyatakan tingkat energi utama yang dimiliki oleh elektron dalam sebuah atom. Bilangan kuantum utama tidak pernah bernilai nol. Bilangan kuantum utama dapat mempunyai nilai semua bilangan positif, yaitu 1,2,3,4 dan seterusnya. Sedangkan kelopak atom dinyatakan dengan huruf K,L,M,N dan seterusnya.

Kulit	K	L	M	N
Nilai n	1	2	3	4

contoh:

n=1 elektron berada pada kelopak K;

n=2 elektron berada pada kelopak L;

n=3 elektron berada pada kelopak M;

n=4 elektron berada pada kelopak N; dan seterusnya

Bilangan kuantum utama juga berhubungan dengan jarak rata-rata elektron dari inti dalam orbital tertentu. Semakin besar n, semakin besar jarak rata-rata elektron dalam orbital tersebut dari inti dan oleh karena itu semakin besar orbitalnya.

2. BILANGAN KUANTUM AZIMUTH/MOMENTUM SUDUT (l)

Bilangan kuantum azimut sering disebut bilangan kuantum anguler (sudut). Energi sebuah elektron berhubungan dengan gerakan orbital yang digambarkan dengan momentum sudut. Momentum sudut tersebut dikarakterisasi menggunakan bilangan kuantum azimut. Bilangan azimut menyatakan bentuk suatu orbital dengan simbol

\ell

{\displaystyle \ell }"huruf L kecil". Bilangan kuantum azimut juga berhubungan dengan jumlah subkelopak. Nilai ini menggambarkan subkelopak yang dimana elektron berbeda. Untuk subkelopak s, p, d, f bilangan kuantum azimut berturut-turut adalah 0,1,2,3.

Nilai bilangan kuantum azimut atau "l” ini bergantung pada nilai bilangan kuantum utama atau "n" . Untuk nilain tertentu, “l” mempunyai nilai bilangan bulat yang mungkin dari 0 sampai (n-1). Bila n-1, hanya ada satu nilai “l” yakni “l” = n – 1 = 1 – 1 = 0. Bila n=2, ada dua nilai “l” , yakni 0 dan 1. Bila n=3, ada tiga nilai “l” , yakni 0,1, dan 2. Nilai-nilai “l” biasanya ditandai dengan huruf s, p, d, f... sebagai berikut:

{\displaystyle \ell }”l”	0	1	2	3
Nama orbital	s	p	d	f

Jadi bila

\ell

”l” = 0, kita mempunyai sebuah orbital s; bila

\ell

”l” = 1, kita mempunyai orbital f; dan seterusnya.

Sekumpulan orbital-orbital dengan nilai n yang sama seringkali disebut kulit. Satu atau lebih orbital dengan nilai n dan

\ell

”l” yang sama dirujuk selalu subkelopak. Misalnya kelopak dengan n=2 terdiri atas 2 subkelopak,

\ell

”l” = 0 dan 1 (nilai-nilai

\ell

”l” yang diizinkan untuk n=2). Subkelopak-subkelopak ini disebut subkelopak 2s dan subkelopak 2p di mana 2 melambangkan nilai n, sedangan s dan p melambangkan nilai "l".

Tabel di bawah ini menunjukkan keterkaitan jumlah kelopak dengan banyaknya subkelopak serta jenis subkelopak dalam suatu atom.

Jenis subkelopak	Jumlah orbital	Elektron maksimum
Subkelopak s	1 orbital	2 elektron
Subkelopak p	3 orbital	6 elektron
Subkelopak d	5 orbital	10 elektron
Subkelopak f	7 orbital	14 elektron

3. BILANGAN KUANTUM MAGNETIK (m)

Bilangan kuantum magnetik menyatakan tingkah laku elektron dalam medan magnet. Tidak adanya medan magnet luar membuat elektron atau orbital mempunyai nilai n dan l yang sama tetapi berbeda m. Namun dengan adanya medan magnet, nilai tersebut sedikit berubah. Hal ini dikarenakan timbulnya interaksi antara medan magnet sendiri dengan medan magnet luar.

Bilangan kuantum magnetik ada karena momentum sudut elektron, gerakannya berhubungan aliran arus listrik. Karena interaksi ini, elektron menyesuaikan diri di wilayah tertentu sekitar inti. Daerah khusus ini dikenal sebagai orbital. Orientasi elektron di sekitar inti dapat ditentukan dengan menggunakan bilangan kuantum magnetik m.

Di dalam satu subkulit, nilai m bergantung pada nilai bilangan kuantum azimut/momentum sudut l. Untuk nilai l tertentu, ada (2l + 1) nilai bulat m sebagai berikut: -l, (-l + 1), ..., 0, ..., (+l - 1), +l

Bila l =0, maka m=0. Bila l =1, maka terdapat tiga nilai m yaitu -1,0,dan -1. Bila l =2, maka terdapat lima nilai m yaitu -2,-1,0,+1, dan +2. Jumlah m menunjukkan jumlah orbital dalam subkulit dengan nilai l tertentu.

4. BILANGAN KUANTUM SPIN (s)

Bilangan kuantum spin menyatakan momentum sudut suatu partikel. Spin mempunyai simbol "s" atau sering ditulis dengan m_s(bilangan kuantum spin magnetik). Suatu elektron dapat mempunyai bilangan kuantum spin s = +1/2 atau -1/2.

Nilai positif atau negatif dari spin menyatakan spin atau rotasi partikel pada sumbu. Sebagai contoh, untuk nilai s=+1/2 berarti berlawanan arah jarum jam (ke atas), sedangkan s=-1/2 berarti searah jarum jam (ke bawah). Diambil nilai setengah karena hanya ada dua peluang orientasi, yaitu atas dan bawah. Dengan demikian, peluang untuk mengarah ke atas adalah 50% dan peluang untuk ke bawah adalah 50%.

*KONFIGURASI ELEKTRON

Konfigurasi Elektron merupakan susunan elektron – elektron pada sebuah atom, molekul, dan struktur fisik lainnya. Sama seperti partikel elementer lainnya, elektron juga harus patuh pada hukum mekanika kuantum dan menampilkan sifat – sifat bak-partikel maupun bak-gelombang.

Macam – Macam Konfigurasi Elektron

Konfigurasi Elektron juga memiliki beberapa macam – macamnya, yaitu sebagai berikut :

1. Kulit Dan Sub-kulit:

Sebuah kulit elektron yaitu beberapa subkulit yang berbagi bilangan kuantum yang sama yaitu n (nomor sebelum angka dalam sebuah orbital). Sebuah atom dengan kulit ke-n dapat berisi 2n2 elektron.

Subkulit merupakan sebuah tempat di dalam kulit yang berisi bilangan azimuth yaitu ℓ. Nilai dari ℓ (0, 1, 2, atau 3) sesuai dengan masing – masing label s, p, d, dan f. Jumlah maksimum elektron yang bisa ditempatkan di sebuah subkulit dirumuskan sebagai 2(2ℓ+1). Pada subkulit s maksimum 2, 6 elektron pada subkulit p, 10 pada subkulit d, dan 14 pada subkulit f.

2. Notasi:

Notasi standar untuk mengetahui konfigurasi elektron dari sebuah atom dan molekul. Untuk atom, notasinya terdiri dari urutan orbital atom (contoh : untuk fospor urutannya adalah 1s, 2s, 2p, 3s, 3p) dengan nomor elektron mengisi masing-masing orbital dalam format superscript.

3. Energi:

Energi juga dapat dikaitkan dengan elektron dalam orbital. Energi dalam sebuah konfigurasi sering kali mendekati jumlah energi di setiap elektron dengan mengabaikan interaksi antar elektron. Konfigurasi yang memiliki energi terendah disebut keadaan dasar (ground state). Sedangkan konfigurasi lainnya disebut keadaan tereksitasi (excited state).

4. Prinsip Aufbau dan Aturan Madelung:

Orbital diisi untuk meningkatkan nilai n+l.

Dimana dua orbital memiliki nilai n+l yang sama.

Berikut ini yaitu urutan orbital pada konfigurasi elektron :

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, (8s, 5g, 6f, 7d, 8p, dan 9s).

5. 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.

6. Asas Hund:

Berdasarkan pendapat Friedrich Hund keadaan yang paling rendah energinya (paling stabil) adalah bila elektron-elektron tersebut tersebar ke semua orbital dengan spin yang sejajar (spin sama), aturan ini dikenal dengan Aturan Hund.