A. Definisi Bilangan Kuantum

Bilangan kuantum adalah suatu nilai yang menjelaskan kuantitas kekal dalam sistem dinamis. Bilangan ini menggambarkan sifat orbital dan elektron dalam orbital.

Bilangan ini 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 kekal dinamis adalah bilangan yang menyatakan kedudukan  posisi elektron dalam suatu atom yang diwakili oleh suatu nilai yang menjelaskan tenang kuantitas kekal dalam sistem dinamis. Kemudian Sifat elektron, digambarkan didalam suatu orbital.

Salah satu ciri khas dari model mekanika kuantum atau model atom modern yang dicetuskan oleh Erwin Schrodinger seorang ilmuan Fisikawan yang berasal dari Austria ialah Bilangan Kuantum. Yang mana bilangan kuantum itu sendiri memiliki kegunaan untuk menggambarkan distribusi elektron dalam atom jenis hedrogen dan jenis atom-atom lainnya.

B. Jenis-Jenis Bilangan Kuantum

1. Bilangan kuantum utama. Disimbolkan dengan huruf (n) yang menyatakan tingkat energi
2. Bilangan kuantum azimut atau momentum sudut. Disimbolkan (ℓ) yang menyatakan bentuk orbital
3. Bilangan kuantum magnetik. Disimbolkan dengan huruf (m) yang menyatakan orientasi orbital dalam ruang tiga   dimensi
4. Bilangan kuantum spin. Disimbolkan dengan huruf (s) yang menyatakan spin elektron pada sebuah atom

Penjelasan :

1. Bilangan Kuantum Utama

Bilangan kuantum utama adalah bilangan kuantum primer yang difungsikan untuk menyatakan berapa tingkat energi yang telah dimiliki oleh elektron didalam sebuah atom. Perlu diingat, bahwa bilangan kuantum tidak pernah bernilai nol (0). Nilai bilangan kuantum terdiri dari bilangan-bilangan positif, yakni : 1,2,3,4, dst. Kelopak atom itu sendiri dinyatakan menggunakan huruf-huruf seperti : K,L,M,N dst. Jika dijabarkan maka:

1.Elektron yang berada pada kelopak K adalah n=1
2.Elektron yang berada pada kelopak L adalah n=2
3.Elektron yang berada pada kelopak M adalah n=3
4.Elektron yang berada pada kelopak N adalah n=4

2. Bilangan Kuantum Azimut atau Momentum Sudut ( l )

Bilangan kuantum azimut atau bilangan kuantum anguler (sudut). Bilangan ini menggambarkan energi dari elektron, berhubungan dengan gerakan orbital yang digambarkan menggunakan momentum sudut. Bilangan Kuantum azimut membagi kulit menjadi orbital-orbital yang lebih kecil (sub Kulit). Setiap kulit pada bilangan kuantum azimut memiliki nilai l=0 sampai l=(n-1). Biasanya nya subkulit ditulis l=1,2,3,…, (n-1) diberi simbol s,p,d,f dan seterusnya. Lihat gambar :

3. Bilangan Kuantum Magnetik ( m )

Bilangan kuantum ini merupakan bilangan kuantum ketiga dari empat bilangan kuantum (bilangan kuantum utama, bilangan kuantum azimut, bilangan kuantum magnetik, dan bilangn kuantum spin) yang menggambarkan suatu keadaan kuantum suatu elektron. Bilangan kuantum magnetik ini membagi bilangan kuantum azimut menjadi orbital-orbital. Bilangan kuantum magnetik (m) ini jumlahnya untuk setiap bilangan kuantum azimut (l) dimulai dari m=-l sampai m=+l. Lihat tabel :

Tabel diatas menunjukan hubungan antara bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimuth (l), dan bilangan kuantum magnetik (m).

4. Bilangan Kuantum Spin ( s )

Bilangan kuantum spin (s) ini menunjukan arah perputaran (spin) atau rotasi di sebuah elektron pada sumbunya. Arahnya bisa searah jarum jam ataupun  berlawanan dengan arah jarum jam. Untuk itu bilangan kuantum spin (s) ini diberi nama ± 1/2 atau -1/2.

Untuk arah rotasi yang searah jarum jam diberi tanda atau ditulis +1/2 atau tanda panah keatas (↑), sedangkan yang berlawanan dengan arah jarum jam diberi tanda atau ditulis-1/2 atau tanda panah kebawah (↓).

Bilangan kuantum spin merupakan dasar pengisian elektron dalam suatu orbital, oleh karenanya setiap orbital hanya dapat ditempati oleh maksimal dua elektron dengan spin yang berbeda, maksudnya bahwa elektron-elektron didalam atom itu berbeda-beda antara atom satu dengan atom yang lain sebagaimana yang disampaikan oleh Wolfgang Pauli (tahun 1925) seorang fisikawan teoretis Amerika, yang mempelopori bidang fisika kuantum yang juga dikenal dengan teori spin-nya dalam ilmu fisika.

Asumsi pokok fisika klasik dapat diringkas sebagai berikut:

1. keadaan fisik sistem apa pun dapat dijelaskan dengan seperangkat jumlah yang disebut variabel dinamis yang mengambil nilai yang terdefinisi dengan baik setiap saat

2. keadaan masa depan sistem apa pun sepenuhnya ditentukan jika keadaan awal sistem diketahui

3. energi suatu sistem dapat divariasikan secara terus menerus selama rentang yang diizinkan

C. Tujuan Bilangan Kuantum

Untuk mengetahui atau menyatakan posisi atau kedudukan di dalam atom. Dari beberapa penjelasan ke-4 bilangan kuantum diatas, maka kita dapat ketahui hubungan antara ke-4 jenis bilangan kuantum tersebut seperti yang tertera pada gambar tabel dibawah :

D. Penentuan Konfigurasi Elektron

1. Prinsip Aufbau

Pada uraian sebelumnya, telah diketahui bahwa elektron menempati kulit atom berdasarkan tingkat energinya. Dengan demikian, pengisian elektron dimulai dari tingkat energi terendah menuju tingkat energi yang lebih tinggi. Prinsip ini dikenal dengan prinsip Aufbau. Keadaan ketika elektron mengisi kulit dengan energi terendah disebut keadaan dasar (ground state). Urutan pengisian elektron dapat kalian perhatikan pada Gambar

Arah anak panah menyatakan urutan pengisian orbital. [1] Urutan orbital berdasarkan tingkat energi mengacu pada urutan arah panah, yaitu 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, dan seterusnya. Dari urutan tersebut terlihat bahwa tingkat energi 3d lebih besar dibandingkan tingkat energi 4s. Jadi, setelah 3p penuh, elektron akan mengisi subkulit 4s terlebih dahulu sebelum subkulit 3d.

Pada saat pengisian elektron subkulit dengan tingkat energi terendah diisi penuh terlebih dahulu, kemudian sisa elektron akan menempati subkulit dengan tingkat energi lebih tinggi. Misalnya pada atom hidrogen, elektron terletak pada subkulit 1s. Jadi orbital ini mempunyai tingkat energi paling rendah. Karena atom hidrogen mempunyai 1 elektron maka kita tulis 1s1 untuk menunjukkan konfigurasi elektron atom hidrogen.

2. Kaidah Hund

Frederick Hund, 1927 (dikenal Hund) menyatakan bahwa elektron yang mengisi subkulit dengan jumlah orbital lebih dari satu akan tersebar pada orbital yang mempunyai kesamaan energi (equal-energy orbital) dengan arah putaran (spin) yang sama. 

Asas ini dikemukakan berdasarkan penalaran bahwa energi tolak-menolak antara dua elektron akan minimum jika jarak antara elektron berjauhan. Untuk lebih memahaminya, perhatikan gambaran pengisian elektron pada orbital p. [1]

Subkulit yang mengandung orbital lebih dari 1 adalah p, d, dan f. Pengisian elektron menurut aturan hund dimulai dengan mengisi satu elektron pada tiap-tiap orbital dengan arah putaran (spin) yang sama. Setelah semua orbital terisi satu elektron, elektron sisanya akan mengisi orbital dengan arah putaran (spin) yang berlawanan, sehingga orbital terisi pasangan elektron.

3. Larangan Pauli

Pauli mengemukakan hipotesisnya yang menyatakan bahwa dalam satu atom tidak mungkin dua elektron mempunyai keempat bilangan kuantum sama. Misal, 2 elektron akan menempati subkulit 1s. Tiga bilangan kuantum pertama akan mempunyai nilai yang sama (n = 1, l = 0, m = 0). Untuk itu bilangan kuantum yang terakhir, yaitu bilangan kuantum spin(s) harus mempunyai nilai berbeda (+1/2 atau -1/2). Dengan kata lain, setiap orbital maksimal hanya dapat terisi 2 elektron dengan arah spin berlawanan. Sebagai contoh, pengisian elektron pada orbital 1s digambarkan sebagai berikut.

Mengapa pada satu orbital hanya dapat ditempati maksimal oleh dua elektron? Karena jika ada elektron ketiga, maka elektron tersebut pasti akan mempunyai spin yang sama dengan salah satu elektron yang terdahulu dan itu akan melanggar asas larangan Pauli dengan demikian tidak dibenarkan. Jumlah elektron maksimal untuk tiap subkulit sama dengan dua kali dari jumlah orbitalnya. [1]

• orbital s maksimal 2 elektron,
• orbital p maksimal 6 elektron,
• orbital d maksimal 10 elektron, dan
• orbital f maksimal 14 elektron,

Karena satu orbital hanya ditempati 2 elektron, maka 2 elektron tersebut dibedakan berdasarkan arah putaran (spin) yang berbeda atau dapat dinyatakan bahwa elektron itu mempunyai bilangan kuantum spin berbeda. Perhatikan contoh soal berikut.

E. Referensi

http://www.nafiun.com/2013/04/prinsip-aufbau-aturan-hund-dan-larangan-pauli-asas-kaidah-konfigurasi-elektron-kimia.html

https://rumusbilangan.com/bilangan-kuantum/

https://www.ilmukimia.org/2013/05/bilangan-kuantum.html

university.chemistery.McGraw.Hill.Internasional.Edition