Bilangan kuantum - Pada Postingan Sebelumnya telah diterangkan, bahwa meskipun elektron bersifat sebagai gelombang, tetapi tetap mempunyai tingkatan energi diskontinu yang terkuantifikasi.
Teori mekanika kuantum juga menjelaskan bahwa atom tersusun atas kulit-kulit dan masing- masing kulit terdiri atas subkulit-subkulit. Untuk menggambarkan letak elektron-elektron dalam atom dikenalkan istilah bilangan kuantum. Dalam teori mekanika kuantum, dikenal empat macam bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum utama(n), bilangan kuantum azimuth(l), bilangan kuantum magnetik(m), dan bilangan kuantum spin(s).
a. Bilangan kuantum utama (n)
Bilangan kuantum utama (n) menyatakan kulit tempat orbital berada. Bilangan kuantum utama (n) diberi nomor dari n = 1 sampai dengan n = ≈ . Kulit-kulit tersebut disimbolkan dengan huruf, dimulai huruf K, L, M, N, dan seterusnya. Perhatikan Tabel di bawah ini.
Beberapa kulit-kulit berdasarkan bilangan kuantum utamanya.
Bilangan kuantum utama (n) terkait dengan jarak rata-rata lautan elektron dari inti (jari-jari = r). Jika nilai n semakin besar, maka jaraknya dengan inti semakin besar pula. Bilangan kuantum utama terdiri atas orbital-orbital yang diberi simbol s, p, d, f, g, h, i, dan seterusnya, yang kemudian dikenal dengan bilangan kuantum azimut.
b. Bilangan kuantum azimuth (l)
Bilangan kuantum azimuth (l) membagi kulit menjadi orbital- orbital yang lebih kecil (subkulit). Untuk setiap kulit n, memiliki bilangan kuantum azimuth (l) mulai l = 0 sampai l = (n – 1). Biasanya subkulit dengan l = 1, 2, 3, ..., (n – 1) diberi simbol s, p, d, f, dan seterusnya. Bilangan kuantum azimuth (l) menggambarkan bentuk orbital. Selain itu, pada atom yang memiliki dua elektron atau lebih bilangan kuantum azimuth(l) juga menyatakan tingkat energi. Untuk kulit yang sama, energi subkulit akan meningkat dengan bertambahnya nilai l. Jadi, subkulit s memiliki tingkat energi yang terendah, diikuti subkulit p, d, f, dan seterusnya.
Subkulit pada bilangan kuantum azimuth(l).
c. Bilangan kuantum magnetik (m)
Bilangan kuantum magnetik (m) membagi bilangan kuantum azimut menjadi orbital-orbital. Jumlah bilangan kuantum magnetik (m) untuk setiap bilangan kuantum azimut (l) dimulai dari m = – l sampai m = + l .
Hubungan bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimuth (l), dan bilangan kuantum magnetik (m).
Apa yang dapat kalian simpulkan dari Tabel diatas? Dari Tabel diatas terlihat subkulit s mempunyai 1 orbital, subkulit p mempunyai 3 orbital, subkulit d mempunyai 5 orbital, dan subkulit f mempunyai 7 orbital.
d. Bilangan kuantum spin (s)
Bilangan kuantum spin (s) menunjukkan arah putaran atau spin atau rotasi sebuah elektron pada sumbunya. Arah rotasi elektron bisa searah jarum jam (clockwise) atau berlawanan arah dengan jarum jam (anticlockwise). Oleh karena itu diberi nilai ± 1/2. Arah rotasi yang searah jarum jam diberi notasi + 1/2 atau simbol ↑ . Sedangkan yang berlawanan arah dengan jarum jam diberi notasi – 1/2 atau ↓ . Bilangan kuantum spin merupakan dasar pengisian elektron dalam orbital .
Elektron mengelilingi sumbunya menimbulkan medan magnet.
Elektron-elektron yang ada dalam atom tidak mungkin berada dalam keadaan yang sama persis antara satu atom dengan atom lain. Keberadaan elektron dalam atom bersifat khas. Prinsip ini dikemukakan oleh Wolfgang Pauli, 1925 (dikenal Pauli). Pauli mengusulkan postulat bahwa sebuah elektron dapat berada dalam dua kemungkinan keadaan yang ditandai dengan bilangan kuantum spin + 1/2 atau – 1/2, atau dengan kata lain setiap orbital hanya dapat ditempati oleh maksimal dua elektron dengan spin yang berbeda.