Berapa harga-harga bilangan kuantum yang dimiliki oleh elektron pada subkulit 4f

Cara menentukan harga bilangan kuantum berguna untuk mengetahui letak atau kedudukan elektron dari suatu atom. Ada empat bilangan kuantum yang menunjukan posisi atau letak kedudukan elektron dari suatu atom. Keempat bilangan kuantum tersebut meliputi bilangan kuantum utama, azimuth, magnetik, dan spin.

Setiap elektron pada suatu atom memiliki empat bilangan kuantum yang berbeda. Letak elektron pada model atom mekanika kuantum menempati orbital. Orbital adalah ruang (awan) tempat kebolehjadian terbesar ditemukannya elektron dalam suatu atom. Orbital-orbital menyusun sub kulit pada kulit atom yang mengelilingi inti atom. Pada setiap orbital hanya terdapat dua buah elektron dengan arah yang berlawanan.

Bilangan Kuantum

Bilangan kuantum diperoleh dari hasil konfigurasi elektron pada model mekanika kuantum. Urutan bilangan kuantum pada konfigurasi elektron pada model mekanika kuantum menunjukkan elektron pada sub kuit dengan energi rendah ke tinggi. Nilai atau harga empat bilangan kuantum mewakili letak posisi atau kedudukan elektron pada suatu atom. Empat harga bilangan kuantum menunjukkan di mana letak kulit, sub kulit, orbital, dan arah dari elektron-elektron pada suatu atom.

Sebagai contoh, elektron atom Oksigen (nomor atom: 8) memiliki konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p4. Letak elektron terakhir berada pada sub kulit dengan energi paling tinggi yaitu 2p4. Harga empat bilangan kuantum dari 2p4 masing-masing harga bilangan kuantum adalah n = 2, ℓ = 1 , m = –1, dan s = –1/2.

Baca Juga: Perkembangan Teori Atom

Sobat idschool dapat mencari tahu bagaimana cara menentukan harga bilangan kuantum melalui ulasan di bawah.

4 Harga Bilangan Kuantum

Sebuah atom terdiri dari proton dan neutron pada inti atom yang dikelilingi oleh elektron pada kulit atom. Kulit atom memuat sub kulit atom yang tersusun atas orbital di mana menjadi tempat kebolehjadian tersbesar adanya elektron. Kata kebolehjadian tersebut dikarenakan adanya prinsip ketidakpastian W. Heisenberg yang menerangkan bahwa posisi elektron yang mengelilingi inti atom tidak dapat ditentukan secara pasti.

Bilangan kuantum menyatakan letak kedudukan elektron dari suatu atom melalui sebuah harga atau nilai. Bilangan kuantum utama (n) dan azimuth (ℓ) berturut-turut menyetakan kulit dan sub kulit. Sedangkan bilangan kuantum magnetik (m) dan spin berturut-turut menyatakan nilai orbital yang ditempati dan arah perputaran elektron terakir.

Penjelasan masing-masing empat bilangan kuantum diberikan seperti bahasan di bawah.

Bilangan Kuantum Utama

Pada model atom Bohr, sebuah atom terdiri dari proton dan neutron dalam inti atom yang dikelilingi oleh elektron. Elektron dalam sebuah atom berada di kulit atom yang berlapis dan dinyatakan sebagai kulit K, L, M, N, dan seterusnya. Pada teori atom model mekanika kuantum, letak elektorn pada kulit atom dinyatakan dalam bilangan kuantum utama n = 1, 2, 3, dan seterusnya.

Bilangan kuantum utama (n) menyatakan tingkat energi utama atau kulit atom. Nilai atau harga bilangan kuantum utama merupakan bilangan bulat mulai dari 1 sampai tak terhingga. Bilangan kuantum utama n = 1 menunjuk elektron terletak pada kulit K. Bilangan kuantum utama n = 2 menunjuk elektron berada pada kulit L, begitu seterusnya untuk nilai n lainnya.

Bilangan Kuantum Azimuth

Bilangan kuantum Azimuth (ℓ) menyatakan bentuk orbital tempat elektron pada sub kulit dengan nilai ℓ = 0, 1, 2, 3, dan seterusnya. Nilai ℓ = 0 menandakan bahwa elektron terletak pada sub kulit s dengan bentuk orbital s yaitu orbital dengan satu buah ruang. Bilangan Azimuth ℓ = 1 menunjukkan bahwa elektron terletak pada sub kulit p dengan bentuk orbital p dengan banyak orbital sama dengan 3 orbital.

Banyak orbital-orbital pada sub kulit dinyatakan dalam persamaan 2ℓ + 1. Sehingga, banyak orbital akan selalu merupakan bilangan ganjil. Misalnya pada sub kulit d, nilai ℓ = 2 maka banyak orbital d = 2ℓ + 1 = 2 × 2 + 1 = 5 orbital. Untuk sub kulit f, bilangan kuantum azimuth ℓ = 3 dan banyak orbital = 7 orbital.

Ruang dalam orbital-orbital merupakan tempat yang akan ditempati elektron. Setiap kotak orbital hanya akan memuat dua buah elektron dengan arah putaran yang berlawanan.

Baca Juga: Cara Menentukan Jumlah Proton, Neutron, dan Elektron pada Suatu Atom

Cara Menentukan Harga Bilangan Kuantum Magnetik

Bilangan kuantum magnetik (m) menyatakan letak elektron pada suatu orbital dengan nilai bilangan kuantum m = …, –1, 0, +1, …. Harga atau nilai bilangan kuantum magnetik menyatakan nilai-nilai pada setiap ruang orbital pada bilangan Azimuth. Pada ℓ = 0 terdapat satu kotak orbital dengan nilai 0, untuk ℓ = 1 terdapat tiga kotak orbital dengan nilai –1 ≤ m ≤ +1. Untuk ℓ = 2 terdapat lima kotak orbital dengan nilai –2 ≤ m ≤ +2. Untuk ℓ = 1 terdapat tujuh kotak orbital dengan nilai –3 ≤ m ≤ +3.

Harga bilangan kuantum magnetik sama dengan nilai pada orbital terakhir yang ditempati elektron. Sebagai contoh elektron dalam bilangan kuantum 2p4 memiliki hargag bilangan kuantum magnetik m = –1. Harga bilangan magnetik tersebut diperoleh melalui cara seperti gambar di bawah.

Baca Juga: Konfigurasi Elektron Model Bohr dan Mekanika Kuantum

Cara Menentukan Harga Bilangan Kuantum Spin

Bilangan kuantum spin (s) menyatakan arah perputaran elektron yang berada dalam kotak orbital. Ada dua nilai atau harga bilangan kuantum spin yaitu s = –1/2 dan s = +1/2. Harga bilangan kuantum spin s = –1/2 untuk elektron dengan arah perputaran berlawanan jarum jam. Sedangkan harga bilangan kuantum spin s = +1/2 untuk elektron dengan arah putaran searah jarum jam.

Dalam kotak orbital, elektron yang searah dengan jarum jarm digambarkan dengan anak panah keatas. Sedangkan elektron yang berputar berlawanan arah jarum jam digambarkan dengan anak panah ke bawah. Harga bilangan kuantum spin s = +1/2 jika elektron terakhir yang menempati orbital adalah tanda anak panah ke atas. Harga bilangan kuantum spin s = –1/2 jika elektron terakhir yang menempati orbital adalah tanda anak panah ke bawah.

Secara ringkas, empat bilangan kuantum pada bahasan di atas diberikan pada gambar di bawah.

Baca Juga: 4 Aturan Konfigurasi Elektron pada Teori Atom Mekanika Kuantum

Contoh Soal Cara Menentukan Harga Bilangan Kuantum dan Pembahasannya

Sobat idschool dapat menambah pemahaman bahsan di atas melalui beberapa contoh soal di bawah. Setiap contoh soal yang diberikan disertai dengan pembahasannya. Sobat idschool dapat menggunakan pembahasan tersebut sebagai tolak ukur keberhasilan mengerjakan soal. Selamat berlatih!

Contoh 1 – Soal Menentukann Harga Empat Bilangan Kuantum dari Suatu Atom

Pembahasan:

Konfigurasi elektron 16S = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4
Elektron terakhir beradalah pada bilangan kuantum 3p4

Harga bilangan kuantum utama (n) dan azimuth (ℓ) untuk elektron terakhir dari 16S:

• Kulit 3 → bilangan kuantum utama: n = 3
• Sub kulit p → bilangan kuantum Azimuth: ℓ = 1

Harga bilangan kuantum Azimuth ℓ = 1 = orbital p yaitu orbital dengan 3 kotak yang dapat diisi elektron. Perhatikan gambar berikut untuk menentukan harga bilangan kuantum magnetik (m) dan spin (s).

Harga bilangan kuantum magnetik (m) dan spin (s) untuk elektron terakhir dari 16S:

• Bilangan kuantum magnetik = nilai/harga kotak orbital yang ditempati elektron terakhir: m = –1
• Bilangan kuantum spin → elektron terakhir yang menempati orbital adalah anak panah ke bawah: s = –1/2

Jadi, harga keempat bilangan kuantum elektron terakhir dari 16S adalah n = 3, ℓ = 1, m = –1, s = –1/2.

Jawaban: B

Contoh 2 – Soal Menganalisa Harga Bilangan Kuantum yang Mungkin pada Suatu Atom

Bilangan-bilangan kuantum yang mungkin dimiliki oleh suatu elektron adalah ….
A. n = 2; ℓ = 2; m = 0; s = +1/2
B. n = 3; ℓ = 0; m = +1; s = +1/2
C. n = 4; ℓ = 2; m = –2; s = +1/2
D. n = 3; ℓ = 3; m = 0; s = –1/2
E. n = 2; ℓ = 2; m = 0; s = –1/2

Pembahasan:

Sobat idschool perlu menganalisis empat harga bilangan kuantum agar dapat mengetahui bilangan kuantum yang mungkin pada suatu elektron. Miasalnya, pada kulit utama n = 1 hanya terdapat orbital s (ℓ = 0) dan harga bilangan kuantum magnetik m = 0.

Pada kulit utama n = 2 terdapat orbital s (ℓ = 0) dan orbital p (ℓ = 1). Orbital p (ℓ = 1) memiliki tiga kotak dengan nilai bilangan kuantum magnetik m = –1, 0, 1. Dengan kata lain, tidak ada bilangan kuantum dengan ℓ = 1 dan bilangan m di luar nilai –1 ≤ m ≤ 1.

Sebagai contoh, analisis harga bilangan kuantum n = 2; ℓ = 2; m = 0; s = +1/2:

• bilangan kuantum n = 2 → memiliki orbital s (ℓ = 0) dan orbital p (ℓ = 1)
• tidak mungkin ada ℓ = 2 (orbital d)

Sehingga, empat harga bilangan kuantum untuk n = 1; ℓ = 1; m = +1; s = +1/2 tidak mungkin ada. (Pilihan A salah)

Selanjutnya periksa harga bilangan kuantum n = 4; ℓ = 2; m = –2; s = +1/2:

• bilangan kuantum n = 4 → memiliki orbital s (ℓ = 0), orbital p (ℓ = 1), orbital d (ℓ = 2), dan orbital f (ℓ = 3)
• ℓ = 2 (orbital s) → memenuhi → nilai m yang mungkin m = –2, –1, 0, +1, +2
• bilangan kuantum magnetik: m = + 1 → memenuhi
• bilangan kuantum spin: s = + 1/2 → memenuhi

Jadi, keempat bilangan kuantum yang mungkin untuk suatu elektron adalah n = 4; ℓ = 2; m = –2; s = +1/2.

Jawaban: C

Contoh 3 – Soal Harga Bilangan Kuantum

Berikut ini adalah deretan bilangan kuantum yang dimiliki oleh suatu elektron.

1. n=3, l=0, m=0, s=–1/2
2. n=3, l=1, m=+1, s=+1/2
3. n=3, l = 1, m=+2, s=–1/2
4. n=3, l = 2, m=–1, s=+1/2
5. n=3, l = 2, m=+2, s=+1/2

Deretan bilangan kuantum yang tidak mungkin adalah adalah nomor ….A. 1 dan 3 B. 2 dan 4C. 3D. 4

E. 5