Partikel Penyusun Atom, Bilangan kuantum , dan Konfigurasi Elektron

        Hallo sahabat semuanya yang tertarik banget akan dunia ilmiah, pada kali ini saya akan menjelaskan materi kimia tentang partikel penyusun atom yang telah dikemukakan oleh beberapa ahli terkenal pada pembahasan teori dan sejarah atom, bilangan kuantum (utama, azimuth, magnetik, dan spin), dan konfigurasi elektron seperti asas aufbau, hund, serta larangan pauli. Jadi tanpa basa basi lagi ayo kita langsung ke pembahasannya gengs….

1.Partikel Penyusun Atom

Sumber : materikimia.com

        Atom adalah unit dasar dari setiap substansi yang menempati ruang dan memiliki massa dan volume yang pasti. Atom memiliki inti yang disebut nukleus yang didalamnya terdapat muatan positif dan netral yang disebut proton (+) dan neutron ( + dan - = 0), serta elektron (-) berada pada lintasan tepatnya didalam ruang kebolehjadian di sekeliling inti atom. Penemu dari inti atom (nukleus) adalah Ernest Rutherford, proton ditemukan oleh Eugen Goldstein pada saat melakukan percobaan dengan memodifikasi tabung sinar katode dan ia mendapati bahwa gas yang belakang katode berpijar yang berarti radiasi sinar yang ditembakkan menembus lempengan katode. Penemu dari elektron adalah J.J Thomson, dan penemu dari neutron adalah James Chadwick yang melanjutkan penelitian dari W. Bothe dan H. Becker. 

        Penelitian yang dilakukan adalah melakukan penembakan menggunakan partikel alpha ke inti atom berilium dan hasilnya adalah ditemukan adanya radiasi partikel yang memiliki daya tembus yang besar dan Chadwick menemukan bahwa ternyata partikel tersebut bermuatan netral dan memiliki massa hampir sama dengan partikel proton dan kemudian disebut neutron, untuk lebih jelasnya tentang penemu atom yang bernama J.J Thomson, dan Ernest Rutherford dapat dibaca pada artikel tentang Teori dan Sejarah Atom. Untuk lebih jelasnya tentang partikel penyusun atom, dibuatlah tabel sebagai berikut :

Partikel	Penemu	Muatan	massa
Elektron	J.J Thomson	-	1/1800
Proton	Eugene Goldstein	+	1
Nukleus	Ernest Rutherford	+/0	Ditiadakan
Neutron	James Chadwick	0	1

2. Bilangan Kuantum

        Bilangan kuantum atau Quantum Number ialah bilangan yang menentukan suatu kedudukan posisi elektron atom yang mana posisi elektron atom itu diwakili oleh suatu nilai yang menjelaskan tentang kuantitas kekal dinamis. 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 (Arifin, 2019).

        Penemu dari mekanika kuantum ini adalah Erwin Schrödinger yang menyatakan bahwa model atom kuantum ditemukan dalam persamaan matematis yang disebut persamaan gelombang. Penyelesaian persamaan gelombang Schrödinger untuk atom hidrogen menghasilkan fungsi gelombang (ψ) atau orbital atom yang menggambarkan keberadaan elektron dalam atom kuadrat dari fungsi gelombang (ψ²) yang memiliki arti khusus yaitu besar probabilitas untuk menemukan elektron dalam ruang dengan volume tertentu di sekitar inti atom.

      Setiap orbital atom memiliki satu set tiga bilangan kuantum yang unik, antara lain bilangan kuantum utama, azimuth (atau momentum angular), dan magnetik . Ketiga bilangan kuantum tersebut dapat mendeskripsikan tingkat energi orbital dan juga ukuran, bentuk, dan orientasi dari distribusi probabilitas radial orbital atom. Lalu, terdapat bilangan yang keempat, yakni bilangan kuantum spin , yang memberikan informasi spin suatu elektron dalam sebuah orbital (Susianto, 2019).

A. Bilangan kuantum utama (n)

Sumber : jempolkimia.com

       Bilangan kuantum utama adalah bilangan kuantum primer yang difungsikan untuk menyatakan berapa tingkat energi yang telah dimiliki oleh elektron didalam sebuah atom. Bilangan kuantum utama tidak boleh nol (0) serta terdiri dari bilangan-bilangan positif. Semakin besar nilai bilangan kuantum utama (n) maka semakin besar pula nilai rata-rata energi kulit tersebut. Dengan kata lain, semakin besar nilai n maka letak elektron semakin jauh dari inti atom. 

       Lintasan tersebut dalam konfigurasi elektron dikenal sebagai kulit. Bilangan kuantum utama (n) juga dapat digunakan untuk menentukan jari-jari atom, yaitu jarak dari inti atom sampai kulit terluar. Semakin besar nilai n, jari-jari atomnya juga semakin besar. Kulit – kulit tersebut disimbolkan dengan huruf K, L, M, N, dan seterusnya. Huruf awal “K” lintasannya berada dekat inti atom sehingga elektronnya bernilai n=1, begitu juga seterusnya. Jika disajikan dalam bentuk tabel akan menjadi seperti berikut :

Simbol	K	L	M	N	…….
Nomor Kulit	1	2	3	4	……..

B. Bilangan Kuantum Azimuth (l)

       Bilangan kuantum azimut atau bilangan kuantum angular adalah bilangan yang menggambarkan subkulit atau subtingkat energi utama yang dinotasikan dengan l. Bilangan kuantum azimut menentukan bentuk orbital dari elektron. Bilangan ini menggambarkan energi dari elektron yang berhubungan dengan gerakan orbital serta digambarkan dengan menggunakan momentum sudut. Bilangan kuantum azimuh mempunyai rumus ( n-1 ) serta bilangan kuantum azimuth yang terdiri atas orbital–orbital diberi simbol s, p, d, f, g, h, i, dan seterusnya. Empat notasi huruf pertama menunjukkan spektrum atom logam alkali (litium sampai cesium). Empat seri garis spektrum ini menyatakan tajam (sharp), utama (principal), baur (diffuse), dan seri dasar (fundamental), yang dinotasikan dengan huruf s, p, d, dan f. Untuk simbol g, h, i, dan seterusnya, nilainya cukup dengan meneruskan secara alfabet. Jika kulit atom “K” bernilai n = 1, maka subkulit simbol pertama yaitu “s” bernilai l = 0 begitu juga seterusnya. Jika disajikan dalam bentuk tabel akan menjadi seperti berikut :

Simbol subkulit	s	p	d	f	g	h	i	…..
nilai	0	1	2	3	4	5	6	…..

C. Bilangan Kuantum Magnetik (m)

        Bilangan kuantum magnetik adalah bilangan yang menyatakan orientasi orbital dalam subkulit yang dinotasikan dengan (m). Dengan demikian, setiap orbital dalam subkulit tertentu dapat dibedakan orientasi orbitalnya dengan bilangan magnetik. Bilangan magnetik dinyatakan dengan bilangan bulat (nafiun, 2013). Lihatlah tabel berikut ini :

Kulit	subkulit	l	n	m	Jumlah subkulit	Jumlah orbital	Jumlah elektron
k	s	0	1	0	1	1	2
l	s p	0 1	2	0 -1, 0, +1	1 3	4	8
m	s p d	0 1 2	3	0 -1, 0, +1 -2, -1, 0, +1, +2	1 3 5	9	18
n	s p d f	0 1 2 3	4	0 -1, 0, +1 -2, -1, 0, +1, +2 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3	1 3 5 7	16	32

D. Bilangan Kuantum Spin (s)

Sumber : naifun.com

        Bilangan kuantum spin menyatakan momentum sudut suatu partikel. Bilangan kuantum spin menunjukkan arah perputaran yang serah jarum jam (arah atas) yang mempunyai nilai (s) = +1/2 ataupun berlawanan arah jarum jam (arah kebawah) yang mempunyai nilai (s) = -1/2. 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 (Arifin, 2019).

3. Konfigurasi Elektron

        Konfigurasi elektron merupakan susunan elektron-elektron dalam kulit-kulit atau subkulit-subkulit pada suatu atom. Pada penulisan konfigurasi elektron tentu saja terdapat tata cara penulisannya yang mempertimbangkan ketiga asas atau aturan yaitu prinsip Aufbau, aturan Hund, dan larangan Pauli.

A. Prinsip Aufbau

        Setiap elektron didalam suatu atom harus terlebih dahulu menempati subkulit-subkulit yang terendah (keadaan dasar) hingga paling tinggi. Dengan demikian, atom berada pada tingkat minimum, dapat ditunjukkan seperti gambar berikut ini :

Sumber : hisham.id

        Arah anak panah menunjukkan urutan pengisian orbital. Urutan orbital didasarkan pada tingkat energi yang mengacu pada urutan arah panah, yaitu 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, dan seterusnya. 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.

B. Aturan Hund

        Ditemukan oleh Frederick Hund pada tahun 1927, 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. Disebutkan bahwa elektron-elektron dalam orbital-orbital suatu subkulit cenderung untuk tidak berpasangan. Elektron-elektron baru berpasangan apabila pada subkulit itu sudah tidak ada lagi orbital kosong. Orbital ini dilambangkan dengan anak panah keatas jika hanya mengisi satu elektron dan untuk dua elektron yang menempati satu orbital dilambangkan dengan dua anak panah (terisi semua). Perhatikan contoh dibawah ini :

1.Tentukan diagram orbital pada unsur ₉F !

9F = 1s² 2s² 2p⁵

C. Larangan Pauli

        Wolfgang Pauli mengemukakan bahwa tidak ada dua elektron dalam satu atom yang boleh mempunyai keempat bilangan kuantum yang sama, dimana setiap orbital hanya mampu menampung maksimal dua elektron dan dalam satu orbital harus saling berlawanan arah untuk mengimbangi gaya tolak menolak diantara elektron tersebut.

• Orbital subkulit s maksimal 2 elektron
• Orbital subkulit p maksimal 6 elektron
• Orbital subkulit d maksimal 10 elektron
• Orbital subkulit f maksimal 14 elektron

Sebagai contohnya yaitu :

Tentukan bilangan kuantum dan diagram orbital oleh unsur ₂₀Ca

₂₀ Ca= 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p ⁶, 4s²

n = 4, l = 0, m= 0, s= -1/2

Daftar Pustaka

Arifin,A.2019. Bilangan Kuantum–Pengertian, Jenis-Jenis, Contoh Soal. https://rumusbilangan.com/bilangan-kuantum/. (Diakses pada tanggal 5 September 2019).

Nafiun. 2013. Pengertian Bilangan Kuantum Utama, Azimut, Magnetik, Spin, Contoh Soal, Kunci Jawaban. https://www.nafiun.com/2013/04/pengertian-bilangan-kuantum-utama-azimut-magnetik-spin-contoh-soal-kunci-jawaban.html . (Diakses pada tanggal 5 September 2019).

Susianto, N. 2019. Bilangan Kuantum. https://www.studiobelajar.com/bilangan-kuantum/. (Diakses pada tanggal 5 September 2019).