Penjelasan Teori Mekanika Kuantum dan Bilangan Kuantum

Kegagalan teori atom Bohr dalam menjelaskan spektra atom hidrogen dalam medan magnet dan medan listrik, mendorong Erwin Schrodinger yang merupakan seorang fisikawan berkebangsaan austria untuk mengembangkan teori atom yang didasarkan pada prinsip-prinsip mekanika kuantum.

Menurut Teori Atom Mekanika Kuantum, sifat elektron dalam mengelilingi atom didasarkan pada dualisme atau dikenal dengan istilah dualisme gelombang partikel. Prinsip ini sebagaimana yang disampaikan oleh Louis de Broglie, dimana cahaya dapat berperilaku sebagai materi dan gelombang.

Menurut Schrodinger, Kedudukan elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti, ini sesuai dengan prisnsip ketidakpastian Heisenberg dimana peluang yang dapat ditentukan dalam atom adalah kemungkinan menemukan elektron sebagai fungsi jarak dari inti atom. Daerah dimana besar kemungkinan ditemukannya elektron-elektron inilah yang disebut orbital.

Selanjutnya seorang yang berpengaruh di ilmu fisika pada abad-20, Werner Heisenberg mengemukakan bahwa metode eksperimen yang digunakan untuk memastikan posisi atau momentum suatu partikel dapat menyebabkan perubahan yang dialami partikel baik pada posisi, momentum atau keduanya.

Gambar Model Atom Mekanika Kuantum

Teori Schrodinger dan prinsip ketidakpastian Heisenberg ini melahirkan sebuah model atom mekanika kuantum yang bisa disimpulkan sebagai berikut:

Posisi elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti.
Atom mempunyai kulit elektron.
Setiap kulit elektron memiliki subkulit elektron.
Setiap subkulit elektron memiliki sub-sub kulit elektron.

Schrodinger kemudian membuat sebuah perhitungan matematika untuk menjelaskan lintasan elektron atau orbital yang dikenal dengan persamaan Schrodinger. Dari persamaan inilah k dihasilkan 3 bilangan kuantum, yaitu; bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimut (l), dan bilangan kuantum magnetik(m). Ketiga belingan ini mampu mendeskripsikan orbital elektron menjadi lebih jelas lagi.

Gambar Bilangan Kuantum

1. Bilangan Kuantum Utama (n)

Bilangan kuantum utama digunakan untuk menyatakan besarnya tingkat energi elektron yang digunakan untuk menentukan ukuran orbital. Jadi, bilangan ini serupa dengan tingkat energi elektron yang di jelaskan oleh Bohr. Bilangan kuantum utama merupakan fungsi jarak yang dihitung dari inti atom. Sehingga semakin besar nilai n, maka semakin jauh pula jaraknya dari inti.

Karena peluang menemukan elektron dinyatakan dengan orbital, maka dapat dikatakan bahwa orbital berada dalam tingkat energi sesuai dengan bilangan (n). Pada setiap tingkat energi terdapat
satu atau lebih bentuk orbital, Semua bentuk orbital ini membentuk kulit.

Kulit-kulit ini kemudian diberi lambang mulai dari K, L, M, N, ..., dst. Lihat Hubungan bilangan kuantum utama dengan lambang kulit pada gambar diatas.

2. Bilangan Kuantum Azimut (l)

Bilangan kuantum azimut ini juga disebut sebagai momentum sudut yang bisa memberikan informasi bentuk orbital. Nilainya tergantung pada nilai kunatum utama (n). Nilai bilangan kuantum azimut adalah l = n–1. Oleh karena nilai n merupakan bilangan bulat dan paling kecil adalah satu, maka harga l juga merupakan deret bilangan bulat juga mulai dari 0, 1, 2, ..., dst.

Bilangan kuantum azimut juga dapat menentukan jumlah subkulit dalam setiap kulit. Masing-masing subkulit diberi lambang dengan s, p, d, f,

3. Bilangan Kuantum Magnetik

Bilangan kuantum ini dapat menentukan orientasi orbital (arah orbital) di dalam sebuah ruang, dan relatif terhadap orbital lainnya. Bilangan ini dapat ditunjukkan dengan; meletakkan spektrum garis suatu atom tertentu ke dalam medan magnet lalu menghasilkan spektrum tambahan.

Lihat gambar dibawah ini lebih jelasnya tentang harga dan orientasi orbital.

4. Bilangan Kuantum Spin

Selain bilangan kuantum n, l , dan m, masih terdapat satu bilangan lain yang disebut Bilangan kuantum spin (s). Bilangan kuantum ini ditemukan dari hasil pengamatan Otto Stern dan W. Gerlach pada eskperimen radiasi uap perak yang dilewatkan melalui medan magnet.

Pada medan magnet, berkas cahaya dari uap atom perak ini terurai menjadi dua bagian. Dimana kedua berkas cahaya tersebut membelok ke kutub utara magnet dan kutub selatan magnet.

Berdasarkan pengamatan tersebut, disimpulkan bahwa ada dua macam spin elektron yang berlawanan arah dan saling meniadakan. Pada atom yang jumlah elektronnya ganjil, terdapat sebuah elektron yang spinnya tidak ada yang meniadakan. Akibatnya, atom tersebut memiliki medan magnet.

Spin elektron dinyatakan dengan bilangan kuantum spin. Bilangan kuantum spin ini memiliki dua harga, yaitu +1/2 dan –1/2 . Tanda (+) menunjukkan putaran searah jarum jam dan tanda (–) arah sebaliknya.

Demikian Penjelasan Teori Mekanika Kuantum yang, besar harapan saya artikel ini dapat bermanfaat.

Refrensi:

https://sainsmini.blogspot.com/2016/07/penjelasan-tentang-teori-atom-mekanika.html

https://www.siswapedia.com/teori-atom-dan-mekanika-kuantum/