Ringkasan Teori Atom Bohr Dan Mekanika Kuantum

Materi kimia kelas XI SMA

Menurut Rutherford, atom terdiri atas inti atom dan elektron. Pada inti terdapat proton dan neutron. Inti atom bermuatan positif, sedangkan elektronnya bermuatan negatif dan bergerak mengelilingi inti. Teori ini ternyata ada kelemahannya. Pada tahun 1913, teori ini dilengkapi oleh Niels Bohr sehingga muncul teori atom Bohr.

Menurut teori atom Bohr, atom terdiri atas inti atom yang merupakan pusat massa atom dan muatan inti, sedangkan elektron berputar mengelilingi inti pada lintasan tertentu dan dapat berpindah dari lintasan yang satu ke lintasan yang lainnya.

Teori atom Bohr hanya dapat menjelaskan spektrum atom hidrogen, setelah itu muncullah teori-teori baru tentang atom yang dikemukakan oleh Louis de Broglie, Schrodinger, dan Heisenberg yang dikenal dengan teori atom mekanika kuantum. Pada bab ini akan dibahas tentang teori atom mekanika kuantum, bilangan kuantum, bentuk orbital, konfigurasi elektron, diagram elektron, dan hubungan konfigurasi elektron unsur dengan tempatnya dalam tabel periodik.

 

1. Teori atom born dan mekanika kuantum
   

Pada tahun 1913, Niels Bohr mengajukan suatu model atom untuk mengatasi kelemahan dari model atom Rutherford. Bohr melakukan serangkaian percobaan atas dasar postulat Planck tentang cahaya dan spektrum hidrogen yang terdiri dari garis-garis. Kemudian lahirlah teori atom Bohr yang Menyatakan:

• Elektron dalam atom mempunyai tingkat energi tertentu atau elektron bergerak mengelilingi inti dalam lintasan tertentu.
  
• Pada lintasannya elektron tidak menyerap atau memancarkan energi.
  
• Elektron dapat pindah dari satu tingkat ke tingkat energi yang lain. Jika elektron pindah ke tingkat energi yang lebih tinggi elektron tersebut dikatakan dalam keadaan tereksitasi.
  

Teori atom Bohr ini belum mampu menjelaskan atom-atom berelektron banyak.Spektrum garis hidrogen ternyata terdiri atas garis-garis kecil yang sangat berdekatan. Para ahli berusaha memecahkan masalah ini.

Pada tahun 1923 Louis de Broglie mengemukakan bahwa semua materi memiliki sifat gelombang dan setiap partikel yang bergerak memiliki sifat gelombang dengan panjang gelombang tertentu. Elektron yang bergerak mengelilingi inti, gerakannya seperti sebuah gelombang, keberadaan dalam lintasannya tidak pasti. Hal ini tidak sesuai dengan yang dikemukakan Bohr yaitu elektron bergerak pada lintasan tertentu.

Pada tahun 1926 Erwin Schrodinger dan Werner Heisenberg mengemukakan teori bahwa lokasi elektron dalam atom tidak dapat ditentukan secara pasti, yang dapat ditentukan hanyalah daerah Kemungkinan keberadaan elektron. Oleh karena keberadaan elektron diperkirakan dengan mekanika kuantum maka teori ini disebut teori atom mekanika kuantum.

1. Bilangan kuantum dan bentuk orbital  

Pada teori atom mekanika kuantum, untuk menggambarkan posisi elektron digunakan bilangan-bilangan kuantum. Daerah kemungkinan elektron berada disebut orbital. Orbital memiliki bentuk yang berbeda-beda. Untuk memahami bilangan kuantum dan bentuk-bentuk orbital perhatikan uraian berikut.

a.bilangan kuantum. 
Schrodinger menggunakan tiga bilangan kuantum yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimut (l), dan bilangan kuantum magnetik (m). Ketiga bilangan kuantum tersebut menjelaskan tingkat energi, bentuk, dan orientasi elektron di dalam orbital. Selain ketiga bilangan kuantum tersebut ada bilangan kuantum spin (s) yang menunjukkan perputaran elektron pada sumbunya.

1. Bilangan kuantum utama (n)

Bilangan kuantum utama memiliki lambang n. Harga n melambangkan tingkat energi elektron atau kulit elektron. Harga n untuk berbagai kulit elektron yaitu sebagai berikut.

Elektron pada kulit ke-1, memiliki harga n = 1.

Elektron pada kulit ke-2, memiliki harga n = 2.

Elektron pada kulit ke-3, memiliki harga n = 3.

            Elektron pada kulit ke-4, memiliki harga n = 4 

2. Bilangan kuantum azimut (l) 

Bilangan kuantum azimut memiliki lambang l. Bilangan kuantum azimut menyatakan tingkat energi elektron pada subkulit. Subkulit elektron mempunyai lambang s, p, d, f. Huruf-huruf tersebut berasal dari kata sharp (s), principal (p), diffuse (d), dan fundamental (f) yang diambil dari nama-nama seri spektrum unsur. Harga l untuk berbagai subkulit yaitu sebagai berikut.

Elektron pada subkulit s memiliki harga l = 0

Elektron pada subkulit p memiliki harga l = 1

Elektron pada subkulit d memiliki harga l = 2

Elektron pada subkulit f memiliki harga l = 3 

Hubungan harga n dengan l adalah harga l mulai dari 0 sampai dengan n-1.

Contoh:

Jika n = 1 maka l = 0.

Jika n = 2 maka l = 0, 1.

Jika n = 3 maka l = 0, 1, 2.

           Jika n = 4, maka l = 0, 1, 2, 3. 

3. Bilangan kuantum magnetik (m)

Bilangan kuantum magnetik memiliki lambang m yang menunjukkan arah orbital elektron. Bilangan kuantum magnetik menyatakan jumlah orbital pada subkulit elektron. Bilangan kuantum ini bernilai negatif, nol, dan positif. Secara matematika harga m dapat ditulis mulai dari -l sampai dengan +l. Harga m untuk berbagai l atau subkulit dapat dilihat pada Tabel 1.1.

 

Tabel 1.1 Harga m untuk berbagai subkulit

Subkulit	Harga L	Harga M	Jumlah Orbital
S	0	0	1
P	1	-1, 0, +1	3
d	2	-2, -1, 0, +1, +2	5
f	3	-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3	7

 

Harga bilangan kuantum n, l, danm untuk berbagai bilangan kuantum dapat

digambarkan seperti Tabel 1.2.

 

Tabel 1.2 Harga bilangan kuantum n, l, dan m untuk berbagai bilangan kuantum

4. Bilangan kuantum spin (s) 

Elektron dalam orbital tidak hanya bergerak di sekitar inti tetapi berputar pada 

sumbunya. Perhatikan Gambar 1.1 

Bilangan kuatum spin dengan lambang s, menyatakan arah perputaran elektron pada sumbunya. Bilangan kuantum suatu elektron di dalam orbital dapat memiliki harga spin + 1/ 2 dan – 1/ 2 , tetapi berdasarkan kesepakatan para tokoh kimia, untuk elektron pertama di dalam orbital harga spinnya = + 1/2.

 

 

 

 

Berdasarkan harga bilangan kuantum dapat ditentukan berapa jumlah elektron maksimum yang dapat menempati subkulit dan kulit. Perhatikan Tabel 1.3.

Tabel 1.3 Harga Masing- Masing Bilangan Kuantum

 

Bagaimana cara menentukan harga bilangan kuantum? Perhatikan contoh soal berikut! 

1.Tentukan harga bilangan kuantum n, l, dan m untuk elektron-elektron yang berada pada orbital atau subkulit 2s. 

Penyelesaian : 

Nomor kulit = 2             n = 2

Subkulit = s            l = 0

Harga m = 0. Jadi subkulit 2s memiliki harga n = 2, l = 0 dan m= 0.

2. Suatu elektron mempunyai harga bilangan kuantum n = 2, l = 1, dan m = +1. Terletak pada orbital atau  subkulit mana elektron tersebut? 

Penyelesaian :

Diketahui : n = 2 menyatakan kulit ke 2, l = 1 menyatakan subkulit p, jadi bilangan kuantum magnetiknya (m ) = -1, 0, 1. Jadi elektron tersebut berada pada subkulit 2p dan pada orbital ke-3.   

3. Elektron terakhir suatu atom menempati subkulit 3d, tentukan harga keempat bilangan kuantum dari elektron tersebut?

Diket : subkulit 3d¹, berarti n = 3 dan l = 2, 

m = -2,-1,0,1,2 

s = +1/2