Mekanika Kuantum. Orbital dan Bilangan Kuantum

Transkripsi

1 Standar Kompetensi Kompetensi Dasar Mendeskripsikan struktur atom dan sifat-sifat periodik serta struktur molekul dan sifat-sifatnya. Menerapkan teori atom mekanika kuantum untuk menuliskan konfigurasi elektron dan diagram orbital serta menggunakannya pada penentuan letak unsur dalam tabel periodik. A Mekanika Kuantum Kelemahan Teori Atom Bohr (Niels Henrick David Bohr) Hanya menjelaskan spektrum atom Hidrogen. Tidak dapat menjelaskan mengapa spektrum atom Hidrogen memiliki garis-garis tambahan ketika dipengaruhi medan magnet. Elektron beredar mengitari inti menurut suatu orbit berbentuk lingkaran dengan jari-jari tertentu. Disempurnakan oleh Louis de Broglie Selain bersifat partikel, elektron dapat bersifat gelombang, sedangkan Bohr berpendapat bahwa elektron adalah partikel. Prinsip dasar Teori Mekanika Kuantum (Teori Atom Modern oleh Erwin Schrödinger dan Werner Heisenberg) adalah gerakan elektron dalam mengelilingi inti bersifat seperti gelombang. Berdasarkan Teori Mekanika Kuantum, keberadaan elektron dalam lintasan tidak dapat ditentukan dengan pasti, yang dapat diketahui hanya daerah kebolehjadian ditemukan elektron. Teori ini dikemukakan oleh ahli fisika Jerman, Werner Heisenberg dan dinamakan Prinsip Ketidakpastian Heisenberg. B Orbital dan Bilangan Kuantum Pengertian Orbital Niels Bohr elektron berada di luar inti atom, beredar mengelilingi inti atom pada lintasan yang memiliki tingkat energi tertentu dan tidak menyerap atau membebaskan energi. Lintasan elektron menunjukkan tingkat energi utama elektron tersebut. Lintasan ini disebut orbit atau kulit tempat elektron beredar. Kulit tempat elektron beredar terdiri atas beberapa subkulit. Pada setiap orbital terdapat subkulit. Orbital adalah ruang tempat elektron berada (daerah kebolehjadian untuk menemukan elektron). Lintasan ini disebut orbit atau kulit tempat elektron Ind_chem 08 1

2 Bilangan Kuantum Berguna untuk menggambarkan kedudukan atau posisi elektron suatu atom. 4 Jenis: 1. Bilangan Kuantum Utama (n) 2. Bilangan Kuantum Azimuth (l) 3. Bilangan Kuantum Magnetik (m) 4. Bilangan Kuantum Spin (s) 1. Bilangan Kuantum Utama (n) - Menunjukkan posisi elektron pada tingkat energi utama/kulit/lintasan. - Nilai Bilangan Kuantum Utama dan Nomor Kulit. n Kulit K L M N O P Q - Semakin jauh dari inti atom, harga n semakin besar, sehingga tingkat energi semakin besar. 2. Bilangan Kuantum Azimuth (l) - Menunjukkan posisi elektron dalam subkulit/sublintasan. - Nilai Bilangan Kuantum Azimuth dan Subkulit l dan seterusnya (n 1) Subkulit s p d f dan seterusnya - Untuk n = 1 (kulit K) maka l = 0 (1 subkulit) - Untuk n = 2 (kulit L) maka l = 0 dan 1 (2 subkulit) - Untuk n = 3 (kulit M) maka l = 0,1 dan 2 (3 subkulit) - Untuk n = 4 (kulit N) maka l = 0,1,2 dan 3 (4 subkulit) 1. Tentukan nilai n dan l untuk elektron yang terletak pada orbital : a. 4s b. 3d a. Orbital 4s, berarti n = 4 (kulit ke-4) dan l = 0 (subkulit s) b. Orbital 3d, berarti n = 3 (kulit ke-3) dan l = 2 (subkulit d) 2. Tuliskan nama orbital yang ditempati elektron yang mempunyai nilai : a. n = 5 dan l = 2 b. n = 4 dan l = 3 a. l = 2, berarti elektron terletak pada subkulit d. Karena n = 5, maka nama orbitalnya adalah 5d. b. l = 3, berarti elektron terletak pada subkulit f. Karena n = 4, maka nama orbitalnya adalah 4f. 3. Bilangan Kuantum Magnetik (m) - Menunjukkan orbital khusus yang ditempati elektron pada suatu subkulit. - Harga bilangan kuantum magnetik sangat bergantung pada harga bilangan kuantum azimuth, dengan ketentuan: Harga m = -l, 0, +l - Jika l = 0, maka nilai m = 0 (hanya terdapat 1 orbital). - Jika l = 1, maka nilai m = -1, 0, +1 (terdapat 3 orbital). - Jika l =2, maka nilai m = -2, -1, 0, +1, +2 (terdapat 5 orbital). Ind_chem 08 2

3 - Susunan orbital-orbital dalam satu subkulit dinyatakan dengan diagram orbital berikut: 4. Bilangan Kuantum Spin (s) Gambaran Spin Elektron - Menunjukkan arah rotasi (perputaran) elektron pada orbital. - Setiap orbital maksimal memiliki 2 elektron yang memiliki arah 1 spin yang berlawanan. Jumlah elektron maksimum = 2 x jumlah orbital 2 - Jumlah Elektron Maksimum dalam Subkulit Subkulit Jumlah Orbital Jumlah Elektron Maksimum s p d f C Bentuk Orbital Orbital s terletak di subkulit s. memiliki sebuah orbital. diisi paling banyak oleh dua elektron. berbentuk bola dengan arah ruang yang sama ke seluruh tubuh. orbital 1s, 2s, & 3s berbentuk sama, tetapi ukuran berbeda. Bentuk Orbital s Orbital p berjumlah 3 buah yang terletak di subkulit p (px, py & pz). ketiganya berenergi sama, tetapi arah ruang berbeda. berbentuk balon terpilin. Bentuk Orbital p Ind_chem 08 3

4 Orbital d berjumlah 5 buah yang terletak di subkulit d (dxy, dxz, dyz, dx2-dy2 & dy2). kelimanya berenergi sama, tetapi arah ruang berbeda. berbentuk balon terpilin. Bentuk Orbital d D Konfigurasi Elektron Cara penyusunan elektron dalam suatu atom. Penulisan berdasarkan jumlah elektron dalam subkulit (cara s, p, d, f). a. Aturan Aufbau Elektron secara bertahap menempati orbital mulai dari yang berenergi paling rendah. Setelah orbital berenergi rendah terisi penuh, elektron menempati orbital yang energinya satu tingkat lebih tinggi, dst sampai semua elektron dalam atom menempati orbitalnya. Soal Tuliskan konfigurasi elektron atom-atom berikut : a. 7N b. 25Mn a. 7N : 1s 2 2s 2 2p 3 b. 25Mn : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 Tuliskan konfigurasi elektron atom-atom berikut : a. 12Mg b. 19K c. 35Br d. 48Cd e. 52Te Urutan tingkat energi orbital. Orbital dengan tingkat energi terendah adalah 1s, kemudian 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d dst. Ind_chem 08 4

5 b. Penyingkatan Penulisan Konfigurasi elektron Penulisan Konfigurasi elektron dapat disingkat berdasarkan konfigurasi elektron gas mulia. 2He : 1s 2 10Ne : 1s 2 2s 2 2p 6 18Ar : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 36Kr : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 54Xe : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 86Rn : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 8O : 1s 2 2s 2 2p 4 disingkat [He] 2s 2 2p 4 48Cd : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 disingkat [Kr] 5s 2 4d 10 Atom yang memiliki elektron pada subkulit d, konfigurasi elektronnya dapat dituliskan dengan dua cara : 1) Berdasarkan urutan subkulit, atau 2) Berdasarkan nomor kulit 25Mn : [Ar] 4s 2 3d 5, atau 25Mn : [Ar] 3d 5 4s 2 c. Konfigurasi Elektron Atom Bermuatan Tuliskan konfigurasi elektron unsur berikut : a. 11Na b. 19K + (melepaskan 1 elektron) c. 16S 2- (menerima 2 elektron) a. 11Na : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 atau [Ar] 4s 2 3d 5 b. 19K + : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 c. 16S 2- : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Tuliskan konfigurasi elektron unsur berikut : a. 26Fe b. 26Fe 3+ c. 8O d. 8O 2- e. 20Ca f. 20Ca 2+ g. 35Br h. 35Br - E Diagram Orbital a. Pembuatan Diagram Orbital Diagram orbital dibuat melalui langkah-langkah berikut : 1) Tulis konfigurasi elektron berdasarkan aturan Aufbau. 2) Buat kotak orbital sesuai jenis orbital yang terakhir. orbital s = 1 kotak, p = 3 kotak, d = 5 kotak, f = 7 kotak 3) Isi kotak orbital dengan elektron-elektron pada orbital terakhir yang dinyatakan dengan tanda panah ke atas atau ke bawah. Satu buah kotak diisi maksimum dua elektron. b. Kaidah Hund Pengisian elektron pada orbital yang memiliki tingkat energi yang sama, masing-masing diisi dengan satu elektron terlebih dahulu yang memiliki arah spin yang sama, kemudian diisi dengan elektron berikutnya yang memiliki arah spin yang berlawanan. : 3p 3 Gambarkan diagram orbital dari atom-atom : a. 8 O b. 22 Ti Ind_chem 08 5

6 a. 8O : 1s 2 2s 2 2p 4 1s 2 2s 2 2p 4 b. 22Ti : [Ar] 4s 2 3d 2 4s 2 3d 2 Gambarkan diagram orbital dari atom-atom : a. 11Na b. 36Kr c. 56Ba d. 14Si e. 50Sn c. Orbital Penuh & Setengah Penuh Umumnya terjadi pada unsur logam transisi Orbital yang terisi penuh atau setengah penuh oleh elektron, lebih stabil daripada orbital yang penuh atau tidak setengah penuh. 24Cr : [Ar] 4s 2 3d 4 (kondisi tidak stabil) 4s 2 3d 4 Kondisi lebih stabil apabila orbital 4s dan 3d terisi setengah penuh. Sehingga konfigurasi elektron untuk Cr yang benar adalah : 24Cr : [Ar] 4s 1 3d 5 4s 1 3d 5 Tentukan konfigurasi elektron dan buatlah diagram orbital untuk atom-atom berikut : a. 29Cu b. 42Mo c. 47Ag d. 79Au d. Penentuan Bilangan Kuantum Tuliskan konfigurasi elektron atom. Buatlah diagram orbital yang ditempati oleh elektron valensi yang akan ditentukan bilangan kuantumnya. Tentukan bilangan kuantumnya. e. Asas Larangan Pauli Elektron-elektron dalam satu atom tidak boleh mempunyai bilangan kuantum yang keempat-empatnya sama. Gambarkan diagram orbital dan tentukan bilangan kuantum untuk elektron valensi dari atom Si! 14Si : [Ne] 3s 2 3p 2 Elektron valensi 3s 2 3p 2 Ind_chem 08 6

7 Nilai bilangan kuantum : n = 3 (nomor kulit tempat elektron valensi berada) l = 1 (subkulit p) m = 0 s = + 1/2 Gambarkan diagram orbital dan tentukan bilangan kuantum untuk elektron valensi dari atom-atom berikut : a. 15P b. 26Fe c. 36Kr d. 50Sn e. 79Au Ind_chem 08 7

8 Golongan Unsur-Unsur Golongan A : 1. menempati blok s 2. menempati blok p (s + p) Golongan B : menempati blok d (s + d) Khusus untuk blok d elval 9 dan 10 VIII B elval 11 I B elval 12 II B Golongan Lantanida mulai dari 4f Golongan Aktinida mulai dari 5f Tidak ada perioda Tanpa melihat tabel periodik, tentukan nomor golongan dan nomor perioda unsur-unsur berikut : a. 19 K b. 14 Si c. 21Sc a. 19 K : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 Blok s = golongan A Kulit terluar (n) = 4 (menunjukkan perioda 4) Elval = 1 (menunjukkan golongan I A) dapat disimpulkan bahwa unsur K terletak pada golongan I A, perioda 3. b. 14 Si : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 Blok p = golongan A Unsur Si terletak pada golongan IV A, perioda 3 c. 21Sc : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 Blok d = golongan B Unsur Sc terletak pada golongan III B, perioda 4 Tanpa melihat tabel periodik, tentukan nomor golongan dan nomor perioda unsur-unsur berikut : a. 20Ca b. 23V c. 27Co d. 30Zn e. 32Ge Ind_chem 08 8