Masih Sering Miskonsepsi Bilangan Kuantum? Yuk Pahami dengan Mudah!

Sebelum mengenal dan memahami lebih lanjut tentang bilangan kuantum, kita bisa mengamatinya pada kehidupan di alam semesta ini, misalnya elektron-elektron yang mengelilingi atom secara teratur di alam semesta. Wahh!! sungguh indah ciptaan tuhan yang telah diberikan bukan?

Nah elektron-elektron yang mengililingi atom tersebut secara teratur itu didasakan oleh bilangan kuantumnya. Apa sih itu bilangan kuantum? Yuk mari bersama -sama kita pahami apa itu bilangan kuantum.

Dalam mekanika kuantum persamaan schrodinger ini diselesaikan untuk atom hidrogen. Hal tersebut berfungsi untuk menentukan tingkat energi yang ditempati oleh elektron. Disamping itu, dapat mengidentifikasi fungsi-fungsi gelombang yang berkaitan satu sama lain. 

Fungsi-fungsi dan tingkatan energi gelombang ditandai dengan bilangan kuantum. Nah dari nilai bilangan kuantum tersebut, nantinya dapat membuat model yang lengkap untuk atom hidrogen. Pada mekanika kuantum didefinisikan sebagai daerah dimana elektron ditemukan dalam atom. 

Kerapatan elektron berkonsep untuk memberikan peluang elektron ditemukan pada daerah tertentu dalam atom. Jika suatu daerah memiliki kerapatan elektron yang tinggi, maka akan berpeluang untuk ditempati elektron. Kebalikannya, berlaku kepada daerah yang memiliki kerapatan elektron yang rendah. 

Pada model atom mekanika kuantum Schrödinger dinyatakan dengan persamaan matematis yang dinamakan persamaan gelombang. Persamaan gelombang shrodinger tersebut diselesaikan untuk atom hidrogen yang menghasilkan fungsi gelombang (ψ) atau orbital atom (menggambarkan keberadaan elektron dalam atom). 

ψ2 (kuadrat fungsi gelombang) berarti besar probabilitas menemukan elektron dalam ruang dengan volume tertentu di sekitar inti atom. Menurut asas ketidakpastian Heisenberg menyatakan bahwa posisi elektron dalam atom tidak dapat dipastikan tetapi hanya dapat diketahui tempat di mana elektron ditemukan.

Bilangan kuantum adalah bilangan-bilangan yang menyatakan kedudukan elektron ataupun posisi elektron di dalam atom yang diwakili oleh suatu nilai yang menjelaskan kuantitas kekal dalam sistem dinamis pada mekanika kuatum yang dicetuskan oleh Erwin Schrodinger. 

Bilangan kuantum ini  bertujuan untuk menentukan tingkat energi dari bentuk orbital, orientasi orbital, dan spin elektron. Perlu diketahui bahwa setiap sistem kuantum dapat memiliki satu atau lebih bilangan kuantum. Dalam mekanika kuantum, terdapat 3 bilangan kuantum yang diperlukan untuk menggambarkan distribusi elektron dalam atom hidrogen ataupun atom-atom yang lain. 

Bilangan tersebut diturunkan dari penyelesaian atau solusi matematis dari persamaan schrodinger atom hidrogen. Bilangan-bilangan kuantum tersebut yaitu bilangan kuantum utama, bilangan kuantum momentum sudut, dan bilangan kuantum magnetik. Para bilangan-bilangan itu digunakan untuk menggambarkan orbital-orbital dari atom dan sebagai penanda elektron-elektron yang terdapat di dalamnya. Bilangan kuantum ke-4 yaitu bilangan kuantum spin digunakan sebagai penggambar perilaku elektron dan pelengkap gambaran tentang elektron yang terdapat pada atom. Berikut penjelasan dari keempat bilangan kuantum:

• Bilangan Kuantum Utama (n)

Bilangan kuantum utama adalah bilangan kuantum yang menentukan besarnya tingkat energi (kulit) di mana elektron hadir yang mencirikan ukuraan orbital. Bilangan kuantum ini (n) dapat bernilai bilangan bulat (n = 1, 2, 3, 4, ……….). Karena nilai n menyatakan tingkat energi, maka dari itu tidak ada kulit ke 0 (tidak ada elektron yang tidak memiliki energi). Nilai n tersebut berfungsi untuk menentukan energi orbital. Disamping itu, dipergunakan sebagai penghitung jumlah maksimum elektron yang dapat ditahan oleh kulit. Adapun jumlah maksimum elektron dalam kulit sendiri adalah 2n2.  Bilangan kuantum utama ini juga berhubungan dengan jarak rata-rata elektron inti di dalam orbital tertentu. Dimana, semakin besar nilai n maka semakin besar jarak rata-rata elektron dalam orbital tersebut, dan semakin besar juga orbitalnya.

• Bilangan Kuantum Momentum Sudut atau Azimuth (l)

Bilangan kuantum momentum sudut adalah suatu bilangan yang memberikan informasi terkait bentuk orbital. Bilangan kuantum ini menentukan momentum sudut elektron dan dilambangkan dengan l. Pada bilangan ini nilai (l) dimulai dari 0 hingga n – 1, di mana n adalah bilangan kuantum utama. Perlu diketahui bahwa nilai l bergantung pada nilai n bilangan kuantum utama. Apbila orbital-orbital yang saling berkumpul memilki nilai n yang sama seringkali disebut dengan kulit. Jika satu atau lebih orbital yang memilki nilai n dan l yang sama disebut dengan subkulit. Jadi, bilangan azimuth tidak hanya menggambarkan bentuk orbital elektron, tetapi juga menggambarkan subkulit elektron dalam suatu atom. Dari subkulit atom tersebut menggambarkan bagaimana elektron tersebar secara merata, sehingga tidak bertumpuk di satu tempat.

• Bilangan Kuantum Magnetik (m)

Bilangan kuantum magentik adalah suatu bilangan kuantum yang menggambarkan orientasi orbital di dalam ruang yang menyusun subkulit dan orientasi dari orbital tersebut. Bilangan kuantum ini mewujudkan adanya satu atau beberapa tingkatan energi yang terdapat di dalam satu sub kulit. Perlu di ingat bahwa, pada satu subkulit nilai m (bilangan kuantum magnetik) sangat bergantung pada nilai bilangan kuantum utama sudut l. Pada bilangan kuantum magnetik ini mempunyai harga dari -1 hingga +1 dimana 1= nilai bilangan kuantum azimutnya. Bilangan kuantum magnetic ini menentukan arah orientasi dari orbital didalam ruang relatif terhadap orbital yang lain. Maka dari sebab itu untuk setiap satu sub kulit terdapat beberapa orbital yang dicirikan dengan nilai m.

• Bilangan Kuantum Spin (s)

Bilangan kuantum spin adalah suatu bilangan kuantum yang terlepas dari pengaruh momentum sudut. Bilangan ini menginformasikan tentang spin elektron dikarenakannya sifat magnetik dari zat. Pada bilangan kuantum spin menunjukkan putaran elektron yang tidak bergantung pada bilangan kuantum yang lain. Bilangan kuantum ini biasa ditunjuk dengan lambang s. Bilangan kuantum spin didasarkan pada pengamatan Otto stern dan Walter Gerlach terhadap spektrum yang dilewatkan pada medan magnet. Pada pengamatan tersebut didapatkan dua spektrum yang terpisah dengan kerapatan yang sama. Maka dapat disimpulkan dari pengamatan itu bahwa terjadinya pemisahan garis spektrum oleh medan magnet dimungkinkan karena elektron-elektron tersebut selama mengelilingi inti berputar pada sumbunya dengan arah yang berbeda. Hal itu bis akita andaikan dengan bumi berotasi pada sumbunya selama mengelilingi matahari. Maka dari perandaian tadi, di usulkannya bilangan kuantum spin untuk menandai arah putaran (spin) elektron pada sumbunya. Bilangan kuantum spin (s) menunjukkan arah bagaimana perputaran elektron pada sumbunya. Pada satu orbital, maksimum terdapat 2 elektron, lalu kedua elektron ini berputar melalui sumbu dengan arah yang berlawanan. Maka oleh sebab itu, nilai bilangan kuantum spin yaitu +1/2 atau -1/2.

Dari penjelasan terkait bilangan kuantum di atas semoga tidak miskonsepsi lagi yaa. Disamping itu, perlu diketahui bahwa dengan mempelajari bilangan kuantum ini kita bisa menggambarkan sifat elektron di dalam suatu orbital. Nah fungsi lainnya yang bisa kita dapatkan yaitu kita bisa menentukan tingkat energi utama suatu elektron yang jaraknya dihitung dari inti, menentukan bentuk orbital, menentukan orientasi orbital dan menentukan spin elektron.