Orbital Elektron

ORBITAL ELEKTRON

Disusun Oleh:

Ghefira Nanda Utami (Z07-GHEFIRA)

 

Abstrak

Penggunaan orbital elektron dalam teori kuantum dan kimia dibahas. Kesalahpahaman umum disoroti. Saran diberikan bagaimana materi ini dapat mendeskripsikan orbital dalam kurikulum perguruan tinggi tahun pertama dan kedua dengan lebih akurat tanpa memperkenalkan teknis yang tidak diinginkan. Perbandingan dibuat dari berbagai cara untuk merepresentasikan orbital secara grafis. Hubungan delokalisasi orbital dan delokalisasi elektron dijelaskan dengan menggunakan representasi grafis orbital molekul kanonik dan terlokalisasi untuk air, benzena, dan heksatriena linier.

Pendahuluan

Orbital adalah daerah di sekitar inti atom tempat elektron paling mungkin ditemukan. Mereka diwakili oleh struktur geometris yang dapat divisualisasikan sebagai apartemen dalam sebuah bangunan. Setiap tingkat energi memiliki hingga empat orbital berbeda yang tersedia, namun jumlah elektron yang dapat hidup di setiap orbital berbeda-beda bergantung pada jenisnya. Ruang efisiensi, dilambangkan dengan s, hanya dapat menampung dua penghuni. Hibridisasi orbital adalah konsep pencampuran orbital atom untuk membentuk orbital hibrid baru yang cocok untuk pasangan elektron dalam molekul. Perkiraan ini didasarkan pada orbital atom, mirip dengan yang diperoleh untuk atom hidrogen, satu-satunya atom netral yang persamaan Schrödingernya dapat diselesaikan secara tepat. Kemungkinan ruang di mana elektron dapat ditemukan dijelaskan oleh bentuk orbital. Setiap elektron mempunyai tingkat energi tertentu yang menentukan bentuk orbitalnya. Misalnya, orbital s berbentuk bola dan dapat menampung hingga dua elektron, sedangkan orbital p berbentuk halter dan dapat menampung hingga enam elektron.

Rumusan Masalah:

Adapun rumusan masalah dari makalah ini adalah sebagai berikut:

a. Bagaimana persamaan dari gelombang Schrodinger?

b. Apa yang dimaksud dengan bilangan kuantum?

c. Apa penjelasan bentuk dari orbital atom?

Tujuan

a.Untuk mengetahui persamaan dari gelombang Schrodinger.

b.Untuk mengetahui yang di maksud dari bilangan kuantum.

c.Untuk mengetahui bentuk dari orbital atom

Pembahasan

A.  Pembahasan Schrodinger

Schrödinger menyatakan bahwa perilaku elektron, termasuk tingkat-tingkatenergi elektron yang diskrit dalam atom, mengikuti suatu persamaan diferensialuntuk gelombang, yang kemudian dikenal sebagai persamaan Schrödinger. DanielD. Pollock membahas hal ini agak mendalam dalam bukunya, namun ada satu langkah yang dihilangkan dalam mengintroduksi operator momentum maupun energi.

Fungsi Hamilton Jika gelombang dapat mewakili elektron maka energi gelombang dan energi partikel elektron yang diwakilinya haruslah sama. Contohnya sebagai, satu elektron mempunyai energi total yang terdiri dari energi potensial dan energi kinetik. Energi potensial merupakan fungsi posisi x (dengan referensi koordinat tertentu) dan kita sebut Ep(x), sedangkan energi kinetik adalah Ek = ½ mv2 dengan m adalah massa elektron dan v adalah kecepatannya. Energi total elektron sebagai partikel menjadi

E = Ep + Ek 

E = mv²+Ep (x) atau E = p²+ E_p (x)

                2                               2m

 Di mana p = mv adalah momentum elektron. Suatu fungsi yang  menyatakan energi total suatu partikel dapat didefinisikan, dengan momentum p dan pososi x sebagai peubah. Fungsi tersebut adalah.

 H (p,x) =p² + E_p (x) = E 

                         2m

H(p,x) adalah sebuah fungsi yang disebut fungsi Hamilton (dari William Rowan Hamilton 1805–1865; matematikawan Irlandia), dengan p dan x adalah peubah-peubah bebas. Peubah dalam fungsi Hamilton, yaitu p dan x,menyatakan momentum dan posisi dalam relasi fisika, maka kita peroleh. Jadi turunan H(p,x) terhadap p memberikan turunan x terhadap t danturunan H(p,x) terhadap x memberikan turunan p terhadap t; dan kita pahami bahwa p di sini adalah momentum, suatu besaran fisis dan bukan lagi sebuah peubah bebas dalam fungsi Hamilton. Dalam relasi fisika, vdtdx=/ adalah kecepatan, dan Fdtdp=/ adalah gaya. Dengan demikian maka fungsi Hamilton, yang menetapkan hubungan antara peubah-peubah bebas p dan x untuk memperoleh E, dapat kita gunakan untuk menggantikan hubungan-hubungan fisik mengenai momentum, kecepatan, dan gaya yang biasa kita nyatakan sebagai mvp.

Persamaan Schrodinger dapat diperoleh dengan berbagai cara, tetapi semuanya mengandung kelemahan yang sama yaitu persamaan tersebut tidak dapat diturunkan secara ketat dari prinsip fisis yang ada karena persamaan itu sendiri menyatakan sesuatu yang baru dan dianggap sebagai satu postulat dari mekanika kuantum, yang dinilai kebenarannya atas dasar hasil-hasil yang diturunkan darinya. Persamaan Schrodinger diperoleh mulai dari fungsi gelombang partikel yang bergerak bebas. Perluasan persamaan Schrodinger untuk kasus khusus partikel bebas (potensial V = konstan) ke kasus umum dengan sebuah partikel yang mengalami gaya sembarang yang berubah terhadap ruang dan waktu merupakan suatu kemungkinan yang bisa ditempuh, tetapi tidak ada satucara pun yang membuktikan bahwa perluasan itu benar. Yang bisa kita lakukan hanyalah mengambil postulat bahwa persamaan Schrodinger berlaku untuk  berbagai situasi fisis dan membandingkan hasilnya dengan hasil eksperimen.

 

B.  Bilangan Kuantum

Bilangan kuantum adalah bilangan yang menyatakan kedudukan atau posisi elektron dalam atom yang diwakili oleh suatu nilai yang menjelaskan kuantitas kekal dalam sistem dinamis. Bilangan kuantum menggambarkan sifat electron dalam orbital. Bilangan kuantum juga menentuan 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 kuantum merupakan salah satu ciri khas dari model atom mekanika kuantum atau model atom modern yang dicetuskan oleh ErwinSchrodinger. Dalam mekanika kuantum, bilangan kuantum diperlukan untuk menggambarkan distribusi elektron dalam atom hidrogen dan atom-atom lain. Bilangan -bilangan ini diturunkan dari penyelesaian matematis persamaan Schrodinger untuk atom hidrogen.

Untuk menjelaskan elektron secara lengkap ada   empat macam bilangan           kuantum, yaitu:

1.    Utama (n) yang menyatakan tingkat energy.

.Bilangan Kuantum Utama (n): mewujudkan lintasan electron dalam atom. n mempunyai harga 1, 2, 3, .....- n = 1 sesuai dengan kulit K - n = 2 sesuai dengan kulit L- n = 3 sesuai dengan kulit M- dan seterusnya Tiap kulit atau setiap tingkat energi ditempati oleh sejumlah elektron. Jumlah elektron maksimum yang dapat menempati tingkat energi itu harus memenuhi rumus Pauli = 2n2.

Contoh:

kulit ke-4 (n=4) dapat ditempati maksimum= 2 x 42 elektron = 32 elektron.

Bilangan ini digunakan untuk menyatakan tingkat energi utama yang dimiliki oleh elektron dalam sebuah atom. Bilangan utama tidak pernah bernilai nol. Semakin tinggi nilai n semakin tinggi pula energi elektron.

 Untuk sebuah atom, nilai bilangan utama berkisar dari 1 ke tingkat energy yang mengandung elektron terluar. Bilangan kuantum utama mempunyai nilai sebagai bilangan bulat positif 1,2,3 disebut. Nilai-nilai

tersebut melambangkan K, L, M, disebut.

 

2.    Azimut (l) yang menyatakan bentuk orbital.

Bilangan Kuantum Azimut (l) Menunjukkan sub kulit dimana elektron itu bergerak sekaligusmenunjukkan sub kulit yang merupakan penyusun suatu kulit.

Bilangan kuantum azimuth mempunyai harga dari 0 sampai dengan (n-1)

n = 1 ; l = 0 ; sesuai kulit   K   

n = 2 ; l = 0, 1; sesuai kulit L

n = 3 ; l = 0, 1, 2 ; sesuai kulit M

n = 4 ; l = 0, 1, 2, 3 ; sesuai kulit N

dan seterusnya

 

Sub kulit yang harganya berbeda-beda ini diberi nama khusus:

l = 0 ; sesuai sub kulit s (s = sharp)

l = 1 ; sesuai sub kulit p (p = principle)

l = 2 ; sesuai sub kulit d (d = diffuse)

l = 3 ; sesuai sub kulit f (f = fundamental)

 

Bilangan ini sering disebut dengan bilangan kuantum angular (sudut). Energi sebuah elektron berhubungan dengan gerakan orbital yang digambarkan dengan momentum sudut. Momentum sudut tersebut dikarakterisasi menggunakan bilangan kuantum azimuth. Bilangan kuantum azimuth menyatakan bentuk suatu orbital dengan symbol l.

 

3.    Magnetik (m) yang menyatakan orientasi orbital dalam ruang tiga   dimensi.

Bilangan Kuantum Magnetik (m) Mewujudkan adanya satu atau beberapa tingkatan energi di dalam satusub kulit. Bilangan kuantum magnetik (m) mempunyai harga (-l) sampai harga (+l).

Untuk:

l = 0 (sub kulit s), harga m = 0 (mempunyai 1 orbital)

l = 1 (sub kulit p), harga m = -1, O, +1 (mempunyai 3 orbital)

l = 2 (sub kulit d), harga m = -2, -1, O, +1, +2 (mempunyai 5 orbital)

l = 3 (sub kwit f) , harga m = -3, -2, O, +1, +2, +3 (mempunyai 7

orbital)

Bilangan ini menyatakan tingkah laku elektron dalam medan magnet. Tidak ada medan magnet luar membuat elektron atau orbital mempunyai nilai n dan l yang sama tetapi berbeda m. Namun dengan adanya medan magnet, nilai tersebut dapat sedikit berubah. Hal tersebut dikarenakan timbulnya interaksi antara medan magnet sendiri dengan medan magnet luar.Bilangan magnetik ada karena momentum sudut elektron, gerakannya berhubungan dengan aliran arus listrik. Karena interaksi ini, electron menyesuaikan diri di wilayah tertentu disekitar inti

 

4.    Spin (s) yang menyatakan spin elektron pada sebuah atom.

Bilangan ini menyatakan momentum sudut suatu partikel. Spin mempunyai symbol s atau sering ditulis dengan ms (bilangan kuantum spinmagnetik). Suatu elektron dapat mempunyai bilangan kuantum spin s = +1/2atau1/2.

    

Nilai positif atau negative dari spin menyatakan spin atau rotasi

partikel pada sumbu. sebagai contoh, untuk nilai s = +1/2 berarti              berlawanan arah jarum jam (ke atas), sedangkan s = -1/2 berarti searah jarum jam (ke bawah). Diambil nilai setengah karena hanya ada dua peluang orientasi, yaitu atas dan bawah.

 

C.   Penjelasan Orbital Atom

Orbital atom adalah sebuah fungsi matematika yang menggambarkan perilaku sebuah elektron ataupun sepasang elektron bak-gelombang dalam sebuah atom. Fungsi ini dapat digunakan untuk menghitung probabilitas penemuan elektron dalam sebuah atom pada daerah spesifik manapun di sekeliling inti atom. Oleh karena itu, istilah orbital atom dapat pula secara langsung merujuk pada daerah tertentu pada sekitar atom yang ditentukan oleh fungsi matematis kebermungkinan penemuan electron secara spesifik, orbital atom menyatakan keadaan-keadaan kuantum yang mungkin dari suatu elektron dalam sekumpulan elektron di sekeliling atom.

Walaupun beranalogi dengan planet mengelilingi Matahari, elektron tidak dapat digambarkan sebagai partikel padat, sehingga orbital atom pula tidak akan menyerupai lintasan revolusi planet. Analogi yang lebih akurat adalah membandingkan orbital atom dengan atmosfer (elektron) yang berada di sekeliling planet kecil (inti atom). Orbital atom dengan persis menggambarkan bentuk geometri atmosfer ini hanya ketika terdapat satu elektron yang ada dalam atom.Ketika elektron yang lebih banyak ditambahkan pada atom tersebut, electron tambahan tersebut cenderung akan mengisi volume ruang di sekeliling inti atom secara merata sehingga kumpulan elektron (kadang-kadang disebut "awan elektron") tersebut umumnya cenderung membentuk daerah probabilitas.

Elektron dapat berevolusi di sekeliling ini atom dengan momentum sudut yang pasti diargumenkan dengan penuh keyakinan oleh Niels Bohr  pada tahun 1913, dan fisikawan Jepang Hantaro Nagaoka pun telah mempublikasi hipotesis perilaku orbit elektron seawal tahun 1904. Namun adalah penyelesaian persamaan Schrödinger  pada tahun 1926 untuk gelombang elektron pada atom yang memberikan fungsi matematis orbital atom modern.Oleh karena berbeda dengan "orbit" mekanika klasik, istilah "orbit" elektron pada atom digantikan dengan istilah

orbital yang diciptakan oleh kimiawan Robert Mulliken pada tahun 1932. Orbital atom umumnya dideskripsikan sebagai fungsi gelombang "bak hidrogen" dengan bilangan kuantum n, l, m yang berkorespondensi dengan energi, momentum sudut, dan arahmomentum sudut pasangan elektron secara berurutan. Tiap-tiap orbital (ditentukanoleh sehimpunan bilangan kuantum yang berbeda) yang secara maksimal hanya dapat menampung dua elektron ini memiliki nama klasik s, p, d, dan f.

Nama-namaini berasal dari karakteristik yang terpantau pada garis   spektroskopi masing-masing, yakni sharp, principal, diffuse, dan fundamental. Nama orbital setelah orbital f  dinamakan secara alfabetis mulai dari g.

Kesimpulan

Sehubungan dengan uraian diatas, maka dapat saya simpulkan bahwa atom telah banyak menghasilkan berbagai perspektif definisinya dari beberapa ilmuwan dan telah banyak mengalami perkembangan dari masa ke masa. Selain itu unsu ratom juga memiliki harga bilangan kuantum yang terdiri atas bilangan kuantum utama, bilangan kuantum azimuth, bilangan kuantum magnetik dan bilangan kuantum spin.

Pertanyaan

1.    Bilangan kuantum yang melambangkan jumlah kulit atom adalah …

Jawaban: n

Karena Bilangan kuantum utama / n melambangkan jumlah kulit atom (K, L, M, N).

 

2.    Nilai m yang paling mungkin dimiliki oleh suatu elektron yang berada pada orbital 2p adalah

Jawaban: 2

Karena Nilai m dapat sebesar dari −l sampai +l , termasuk 0.

Daftar Pustaka

https://fatek.umsu.ac.id/2023/07/08/atom-modern-dasar-struktur-dan-penerapan/

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ed200673w

https://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_orbital

https://www.academia.edu/40201480/STRUKTUR_ELEKTRONIK_MAKALAH

https://www.wardayacollege.com/belajar-kimia/kimia-fisik/kimia-kuantum/orbital-bilangan-kuantum/