8
Kimia XI SMA
Gambar 1.5
Susunan orbital dalam suatu atom multielektron.
Setiap kotak menunjuk satu orbital
Susunan kulit, subkulit, dan orbital dalam suatu atom
berelektron banyak dise- derhanakan seperti pada
gambar 1.5.
E. Bilangan Kuantum
Menurut mekanika gelombang, setiap tingkat energi dalam atom diaso- siasikan dengan satu atau lebih orbital. Untuk menyatakan kedudukan tingkat
energi, bentuk, serta orientasi suatu orbital menggunakan tiga bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama n, bilangan kuantum azimuth, dan
bilangan kuantum magnetik m
l
atau m James E. Brady, 1990.
1. Bilangan Kuantum Utama n
Bilangan kuantum utama n menyatakan tingkat energi utama atau kulit atom. Bilangan kuantum utama mempunyai harga mulai dari 1, 2, 3, dan
seterusnya bilangan bulat positif serta dinyatakan dengan lambang K
n = 1, L n = 2, dan seterusnya. Orbital-orbital dengan bilangan kuatum utama berbeda mempunyai tingkat energi yang berbeda secara nyata.
2. Bilangan Kuantum Azimuth l
Bilangan kuantum azimuth l menyatakan subkulit. Nilai-nilai untuk bilangan kuantum azimuth dikaitkan dengan nilai bilangan kuantum
utamanya, yaitu semua bilangan bulat dari 0 sampai n – 1.
3. Bilangan Kuantum Magnetik
m
l
atau m
Bilangan kuantum magnetik m menyatakan orbital khusus yang ditempati elektron pada suatu subkulit. Bilangan kuantum magnetik juga
menyatakan orientasi khusus dari orbital itu dalam ruang relatif terhadap inti. Nilai bilangan kuantum magnetik bergantung pada nilai kuantum
azimuth, yaitu semua bilangan bulat mulai dari –l sampai dengan +l, termasuk 0.
9
Kimia XI SMA
4. Bilangan Kuantum Spin
m
s
atau s
Sambil beredar mengintari inti, elektron juga berputar pada sumbunya. Gerak berputar pada sumbu ini disebut rotasi. Hanya ada dua kemungkinan
arah rotasi elektron, yaitu searah atau berlawanan arah jarum jam. Kedua arah yang berbeda itu dinyatakan dengan bilangan kuantum spin s yang
mempunyai nilai s = +
2 1
atau s = –
2 1
. Akibatnya satu orbital hanya dapat ditempati oleh maksimum dua elektron, di mana kedua elektron itu haruslah
mempunyai spin yang berlawanan, sehingga menghasilkan medan magnet yang berlawanan pula. Medan magnet yang berlawanan ini diperlukan untuk
mengimbangi gaya tolak-menolak listrik yang ada karena muatan sejenis.
Dapat disimpulkan bahwa kedudukan suatu elektron dalam suatu atom dinyatakan oleh empat bilangan kuantum, yaitu:
a. Bilangan kuantum utama n menyatakan kulit utamanya. b. Bilangan kuantum azimuth l menyatakan subkulitnya.
c. Bilangan kuantum magnetik m menyatakan orbitalnya. d. Bilangan kuantum spin s menyatakan spin atau arah rotasinya.
Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu: a. Sampai saat ini, elektron-elektron baru menempati subkulit-subkulit s,
p , d, dan f. Sedangkan subkulit g, h, dan i belum terisi elektron.
b. Setiap kulit mengandung subkulit sebanyak nomor kulit dan dimulai dari subkulit yang paling sedikit orbitalnya. Kulit pertama hanya mengandung
subkulit s; kulit ke-2 mengandung s dan p; kulit ke-3 mengandung subkulit s
, p, dan d; dan seterusnya.
Tabel 1.2 Pembagian Kulit-kulit dalam Atom
F. Bentuk dan Orientasi Orbital
Energi dan bentuk orbital diturunkan dari persamaan gelombang ϕ = psi,
sedangkan besaran pangkat dua ϕ
2
dari persamaan gelombang menyatakan rapatan muatan atau peluang menemukan elektron pada suatu titik dan jarak
tertentu dari inti. Bentuk orbital tergantung pada bilangan kuantum azimuth l, artinya orbital dengan bilangan kuantum azimuth yang sama akan
mempunyai bentuk yang sama. Orbital 1s, 2s, dan 3s akan mempunyai bentuk yang sama, tetapi ukuran atau tingkat energinya berbeda.
Nomor Kulit Jumlah Subkulit
Jumlah Orbital Elektron Maksimum
Kulit ke-1 K s
1 orbital 2 elektron
Kulit ke-2 L s
, p 4 orbital
8 elektron Kulit ke-3 M
s , p, d
9 orbital 18 elektron
Kulit ke-4 N s
, p, d, f 16 orbital
32 elektron Kulit ke-5 O
s , p, d, f, g
25 orbital 50 elektron
Kulit ke-6 P s
, p, d, f, g, h 36 orbital
72 elektron Kulit ke-7 Q
s , p, d, f, g, h, i
49 orbital 98 elektron
Kulit ke-n n
buah subkulit n
2
orbital 2n
2
elektron
10
Kimia XI SMA
1. Orbital
s
Orbital yang paling sederhana untuk dipaparkan adalah orbital 1s. Gambar 1.6 menunjukkan tiga cara pemaparan orbital 1s. Gambar me-
nunjukkan bahwa rapatan muatan maksimum adalah pada titik-titik di sekitar dekat inti. Rapatan berkurang secara eksponen dengan bertambahnya jarak
dari inti. Pola bercak-bercak gambar secara jelas menunjukkan bahwa rapatan muatan meluas secara simetris ke semua arah dengan jarak
antarbercak yang berangsur meningkat. Secara teori peluang, untuk menemui elektron tidak pernah mencapai nol. Oleh karena itu tidak mungkin
menggambarkan suatu orbital secara lengkap. Biasanya gambar orbital dibatasi, sehingga mencakup bagian terbesar katakanlah 90 peluang
menemukan elektron. Gambar 1.6c adalah orbital 1s dengan kontur 90. Dalam teori atom modern, jari-jari atom didefinisikan sebagai jarak dari
inti hingga daerah dengan peluang terbesar menemukan elektron pada orbital terluar. Bentuk dan orientasi orbital 2s diberikan pada gambar. Sama dengan
orbital 1s, rapatan muatan terbesar adalah pada titik-titik sekitar inti. Rapatan menurun sampai mencapai nol pada jarak tertentu dari inti. Daerah tanpa
peluang menemukan elektron ini disebut simpul. Selanjutnya, rapatan muatan elektron meningkat kembali sampai mencapai maksimum, kemudian secara
bertahap menurun mendekati nol pada jarak yang lebih jauh. Peluang terbesar menemukan elektron pada orbital 2s adalah pada awan lapisan kedua.
Sedangkan untuk orbital 3s juga mempunyai pola yang mirip dengan orbital 2s, tetapi dengan 2 simpul. Kontur 90 dari orbital 3s ditunjukkan pada
gambar 1.6b, di mana peluang untuk menemukan elektron pada orbital 3s adalah pada awan lapisan ketiga.
2. Orbital p
Rapatan muatan elektron orbital 2p adalah nol pada inti gambar 1.7, meningkat hingga mencapai maksimum di kedua sisi, kemudian menurun
mendekati nol seiring dengan bertambahnya jarak dari inti. Setiap subkulit p
l
= 1 terdiri dari tiga orbital yang setara sesuai dengan tiga harga m untuk
l
= 1, yaitu -1, 0, dan +1. Masing-masing diberi nama p
x
, p
y
, dan p
z
a b
c
Gambar 1.6
Orbital 1s, 2s, 3s Sumber: Chemistry, The Molecular Nature of Matter and Change, Martin S. Silberberg. 2000.
