Bilangan Kuantum

    1. Identitas :

  • Nama Guru       : Desi Amalia, S. Pd, Gr.
  • Mata Pelajaran  : Kimia
  • Kelas                 : X. 8 dan X. 9
  • Pertemuan         : Minggu ke 19
2. Materi  : bilangan kuantum

3. Capaian Pembelajaran  :  Pada akhir fase E, peserta didik memiliki kemampuan untuk memahami sistem pengukuran, energi alternatif, ekosistem, bioteknologi, keanekaragaman hayati, struktur atom, reaksi kimia, hukum-hukum dasar kimia, dan perubahan iklim sehingga responsif dan dapat berperan aktif dalam memberikan penyelesaian masalah pada isu-isu lokal dan global. Semua upaya tersebut diarahkan pada pencapaian tujuan pembangunan yang berkelanjutan (Sustainable Development Goals/SDGs).

4. Tujuan Pembelajaran  : 
Tujuan yang ingin dicapai dari pembelajaran ini adalah, Peserta didik mampu:

-       menentukan konfigurasi elektron menurut model atom Bohr melalui tabel data beberapa unsur.

-       menentukan konfigurasi elektron menurut model atom kuantum melalui tabel data beberapa unsur.


5. Metode Pembelajaran  : Diskusi, tanya jawab, ceramah dengan model pembelajaran based learning

6. Pengembangan Materi  : 
  •  Materi : 

KONFIGURASI ELEKTRON

Dari konfigurasi elektron pula, dapat diketahui golongan dan periode dari suatu atom.

Golongan ditunjukkan oleh jumlah elektron terluar (elektron valensi) sedangkan periode ditunjukkan oleh nomor kulit terbesar yang terisi elektron (kulit terluar).

 

2. Konfigurasi Elektron Menurut Model Atom Mekanika Kuantum

Menurut model atom mekanika kuantum, elektron–elektron dalam atom bergerak mengelilingi inti pada tingkat–tingkat energi tertentu (kulit atom). Pada setiap kulit atom terdiri atas subkulit yang merupakan kumpulan orbital (tempat kebolehjadian ditemukan adanya elektron).

a. Bentuk Orbital Berikut adalah bentuk-bentuk orbital:

1) Orbital s Orbital s berbentuk seperti bola di sekitar inti atom. Ketika tingkat energi elektron meningkat, maka bentuk orbitalnya semakin besar.

Gambar 3. Bentuk Orbital s (sumber: https://www.kimia-science7.com)

 

2) Orbital p Orbital p berbentuk seperti bola terpilin dan menunjuk ke sumbu-sumbu ruang tertentu. Orbital yang berada pada sumbu X maka disebut Px, orbital yang berada pada sumbu Y maka disebut Py, orbital yang berada pada sumbu Z maka disebut Pz.

Gambar 4. Bentuk Orbital p (sumber: https://www.kimia-science7.com)

3) Orbital d

Orbital d berbentuk seperti bola terpilin. Ada 5 orbital subkulit d, yaitu dx-y,   dy- z, dx-z, dx2-y2, dz2. Tiga orbital d terletak diantara sumbu ruang dan 2 orbital d terletak pada sumbu ruang. Orbital dx-y berada diantara sumbu X dan Y, orbital dy-z berada diantara sumbu Y dan Z, orbital dx-z berada diantara sumbu X dan Z, orbital dx2-y2 berada pada sumbu X dan Y, orbital dz2 berada pada sumbu X dimana ada lingkaran di tengah-tengahnya.



Gambar 5. Bentuk Orbital d (sumber: https://www.kimia-science7.com)

 

4) Orbital f Subkulit f memiliki 7 orbital yang memiliki tingkat energi yang setara. Bentuk orbitalnya lebih rumit dan sangat kompleks.

Gambar 6. Bentuk Orbital f (sumber: https://www.kimia-science7.com)

 

b. Diagram Orbital Diagram orbital digunakan untuk memudahkan penentuan nilai bilangan kuantum, yaitu bilangan kuantum magnetik dan bilangan kuantum spin. Diagram orbital akan dilambangkan dengan dengan kotak. Subkulit s = 1 kotak, subkulit p = 3 kotak, subkulit d = 5 kotak dan subkulit f = 7 kotak.



c. Penulisan konfigurasi Elektron

Penulisan konfigurasi elektron menurut model mekanika kuantum menggunakan diagram orbital dan perlu mengikuti aturan penentuan konfigurasi elektron berdasarkan orbital yang meliputi asas Aufbau, Larangan Pauli, dan Kaidah Hund.

Kedudukan elektron terluar dari suatu atom bisa ditentukan dengan melihat bilangan kuantumnya.

1) Asas Aufbau

Pengisian elektron dimulai dari subkulit yang memiliki tingkat energi paling rendah dilanjutkan pada subkulit yang lebih tinggi tingkat energinya. Dalam setiap sub kulit mempunyai batasan elektron yang dapat diisikan yakni: Subkulit s memiliki 1 orbital maksimal berisi 2 elektron Subkulit p memiliki 3 orbital maksimal berisi 6 elektron Subkulit d memiliki 5 orbital maksimal berisi 10 elektron Subkulit f  memiliki 7 orbital maksimal berisi 14 elektron Urutan penulisan konfigurasi adalah sebagai berikut :



Gambar 7 Pengisian Elektron Berdasarkan Aturan Aufbau (Sumber: http://jusliandi0307.blogspot.com)

 

Anak panah menunjukkan urutan pengisian elektron pada model mekanika kuantum. Pengisian pertama diawali oleh 1s2 dan urutan paling akhir oleh 7s2

 

2. Urutan pengisian elektron pada konfigurasi elektron mekanika kuantum lebih lengkapnya adalah 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6 , 5s2, 4d10, 5p6, 6s2, 4f14, 5d10, 6p6, 7s2 dan seterusnya. Jika kesulitan menghafal urutan ini, kalian sebenarnya tidak perlu menghafalkan urutan pengisian elektron ini. Kalian cukup lihat dari model pengisian elektron yang diberikan pada gambar di atas

Contoh :

Nitrogen (N), nomor atom N = 7 maka konfigurasi elektron sebagai berikut:   

7N =  1s2 2s2 2p3

Neon (Ne), nomor atom Ne = 10 maka konfigurasi elektron sebagai berikut:

10Ne = 1s2 2s2 2p6

Magnesium (Mg), nomor atom Mg = 12 maka konfigurasi elektron sebagai berikut:   

12Mg = 1s2 2s2 2p6 3s2

Klorin (Cl) nomor atom Cl = 17 maka konfigurasi elektron sebagai berikut:

17Cl = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

Sedangkan untuk ion Cl konfigurasinya: 

17Cl = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

Kalsium (Ca) dengan nomor atom  Ca = 20 maka konfigurasi elektronnya:

20Ca = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

Sedangkan konfigurasi untuk ion Ca2+ sebagai berikut: 

20Ca2+ = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

 

2) Asas larangan Pauli

Tidak ada dua elektron dalam satu atom yang memiliki keempat bilangan kuantum yang sama. Setiap orbital maksimum diisi oleh 2 elektron yang memiliki spin yang berlawanan. Oleh karena dapat terjadi kemungkinan 2 elektron akan memiliki 3 bilangan kuantum n, l, dan m sama, tetapi untuk bilangan kuantum s pasti berbeda.

 

3) Kaidah Hund

Jika ada orbital dengan tingkat energi yang sama, konfigurasi elektron dengan energi terendah adalah dengan jumlah elektron tak berpasangan dengan spin paralel yang paling banyak.

Gambar 8 Konfigurasi Elektron dan Diagram Orbital (sumber: https://www.studiobelajar.com)

4) Aturan Setengah Penuh

Aturan konfigurasi elektron penuh-setengah penuh terjadi pada atom dengan golongan B yaitu pada pengisian elektron pada subkulit d. Elektron yang berisi penuh d10 dan setengah penuh d5 akan relatif lebih stabil. Sehingga, elektron cenderung akan mengisi orbital secara penuh atau setengah penuh. Perhatikan contoh berikut:

24Cr = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4   → Tidak stabil

24Cr = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5   → Stabil , karena mengikuti aturan setengah penuh      

Dari contoh terlihat apabila atom 24Cr membentuk konfigurasi elektron 4s1 3d maka atom Cr leih stabil. Maka konfigurasi electron yang tepat adalah 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 .  Hal ini juga berlaku untuk kasus:

29Cu = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9   → Tidak stabil 

29Cu = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10   → Stabil , karena mengikuti aturan penuh

 

d. Bilangan Kuantum

Dalam konfigurasi elektron model mekanika kuantum dikenal empat bilangan kuantum. Bilangan kuantum tersebut yang menjelaskan letak elektron–elektron suatu atom. Keempat bilangan kuantum tersebut adalah bilangan kuantum utama (n), azimuth (l), magnetik (m), dan spin (s).

1) Bilangan Kuantum Utama (n)

Menyatakan tingkat energi utama dengan nilai n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, dan 7.

n = 1 menyatakakan kulit pertama (K)

n = 2 menyatakakan kulit pertama (L)

n = 3 menyatakakan kulit pertama (M) dan seterusnya

 

2) Bilangan kuantum Azimuth (l)

Menyatakan bentuk orbital tempat elektron berada pada subkulit. Nilai bilangan azimut dimulai dari l = 0, 1, 2, 3, dan seterusnya.

Nilai l = 0 menyatakan subkulit s

Nilai = 1 menyatakan subkulit p

Nilai l = 2 menyatakan subkulit d

Nilai l = 3 menyatakan subkulit f

 

3) Bilangan Kuantum Magnetik (m)

Menyatakan letak elektron pada suatu orbital. Nilai bilangan kuantum m adalah – l sampai dengan +l Untuk l = 0, subkulit s, m = 0 (terdapat 1 orbital)

Untuk l = 1, subkulit p, m = – 1, 0, + 1 (terdapat 3 orbital)

Untuk l = 2, subkulit d, m = –2, – 1, 0, + 1, +2 (terdapat 5 orbital)

Untuk l = 3, subkulit f, m = –3, –2, – 1, 0, + 1, +2, + 3 (terdapat 7 orbital)

4) Bilangan Kuantum Spin (s)

Menyatakan arah perputaran elektron. Nilai bilangan kuantum s adalah – ½ dan + ½ . s = + ½   menyatakan arah putaran searah jarum jam dan digambarkan dengan tanda panah ke atas.

s = – ½  menyatakan arah putaran berlawanan arah jarum jam digambarkan dengan tanda panah ke arah bawah.

Contoh bilangan kuantum untuk elektron terakhir pada:

 





e. Konfigurasi Elektron Gas Mulia

Gas mulia adalah unsur-unsur yang memiliki kestabilan yang sangat tinggi dan dalam sistem periodik terdapat pada golongan VIIIA.

Gas mulia terdiri dari He (Helium), Ne (Neon), Ar (Argon), Kr (Kripton), Xe (Xenon), Rn (Radon). Sebagian unsur ini ditemukan di alam sebagai unsur monoatomik. Hal penting yang menyebabkan gas mulia memiliki kesatabilan yang sangat tinggi adalah konfigurasi elektronnya.

Berikut ini adalah konfigurasi elektron dari unsur gas mulia:

2He     = 1s2

10Ne    = 1s2 2s2 2p6

18Ar     = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

36Kr     = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6

54Xe    = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6

86Rn    = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6

Konfigurasi elektron gas mulia digunakan untuk menyederhanakan atau meringkas penulisan konfigurasi elektron unsur yang lain. Misalnya, penulisan elektron unsur 21Sc, penulisannya sebagai berikut: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 jika disederhanakan maka menjadi  21Sc = [Ar] 4s2 3d1

 

Letak Unsur dalam Sistem Periodik Unsur

Pada Pembelajaran satu kalian sudah mempelajari konfigurasi elektron. Tahukah kalian hubungan konfigurasi elektron dengan sistem periodik unsur? Hungannnya adalah letak suatu unsur dalam tabel sistem periodik unsur dapat ditentukan berdasarkan konfigurasi elektronnya.  Bagaimanakah caranya? berikut akan kita pelajari bagaimana cara menentukan letak unsur dalam sistem periodik dengan menggunakan konfigurasi elektronnya.

 

Periode dan Golongan

Unsur-unsur yang jumlah kulitnya sama terletak pada periode (baris) yang sama.

nomor periode = kulit atom terbesar

 

Unsur-unsur yang struktur elektron terluarnya sama terletak pada golongan (kolom) yang sama.

Untuk menentukan nomor golongan, unsur-unsur dibagi menjadi tiga kelompok:

a. Unsur-unsur Utama (Golongan A)

Unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir pada subkulit s (blok s) atau subkulit p (blok p).

nsx atau nsx npy

n = periode,

nomor golongan (blok s) = x atau nomor golongan (blok p) = x + y

Agar lebih paham, perhatikan tabel berikut:

 

Tabel Penentuan Golongan Utama (A)

Golongan

Nama Golongan

Elektron valensi

Blok

Penentu golongan

Versi Amerika

Versi IUPAC

IA/ 1A

1

Alkali

ns1

s

s

IIA/ 2A

2

Alkali Tanah

ns2

s

s

IIIA/ 3A

13

Boron

ns2 np1

p

s + p

IVA/ 4A

14

Karbon

ns2 np2

p

s + p

VA/ 5A

15

Nitrogen

ns2 np3

p

s + p

VIA/ 6A

16

Oksigen

ns2 np4

p

s + p

VIIA/ 7A

17

Halogen

ns2 np5

p

s + p

VIIIA/ 8A

18

Gas Mulia

ns2 np6

p

s + p

 

Perkecualian:

1H [ 1s1]: hidrogen tidak mempunyai golongan

2He [1s2]: helium termasuk gas mulia (VIIIA)

 

b. Unsur-unsur Transisi (Golongan B)

Unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir pada sub kulit d.

Golongan = nsx (n - 1)dz

n = periode

x + z = nomor golongan

 

Perkecualian:

Jika x + z = 9 golongan VIIIB

jika x + z = 10 golongan VIIIB

jika x + z = 11 golongan IB

jika x + z = 12 golongan I IB

 

Agar lebih paham, perhatikan tabel berikut:

 

Tabel Penentuan Golongan Utama (B)

Golongan

Elektron valensi

Blok

Penentu Golongan

Versi Amerika

Versi IUPAC

IIIB

3

(n – 1 )d1 ns2

d

s + d

IVB

4

(n – 1 )d2 ns2

d

s + d

VB

5

(n – 1 )d3 ns2

d

s + d

VIB

6

(n – 1 )d5 ns1

d

s + d

VIIB

7

(n – 1 )d5 ns2

d

s + d

VIIIB

8

(n – 1 )d6 ns2

d

s + d

VIIIB

9

(n – 1 )d7 ns2

d

s + d

VIIIB

10

(n – 1 )d8 ns2

d

s + d

IB

11

(n – 1 )d10 ns1

d

s + d

IIB

12

(n – 1 )d10 ns2

d

s + d

 

C. Unsur-unsurTransisi Dalam

Unsur-unsur yang pengisian elektronnya berakhir

pada subkulit f.

1) unsur-unsur Lantanida berakhir pada 4f.

2) unsur-unsur Aktinida berakhir pada 5f.

 

Contohnya

Pada atom 13Al, maka konfigurasi elektronnya:

13Al : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

Diakhiri pada subkulit p yang artinya terletak pada Unsur Utama (A). Maka:

periode = 3

golongan : 2 + 1 = IIIA atau 13

 

Pada atom 21Sc, maka konfigurasi elektronnya:

21Sc : 1s2 2s2 2p6 3s3p6 4s2 3d1

Diakhiri pada subkulit d yang artinya terletak pada Unsur Transisi (B). Maka:

periode = 4

golongan : 2 + 1 = IIIB atau 3




Komentar

Postingan populer dari blog ini

Kisi-kisi STS Kimia Fase E

Latihan persiapan SAS Kimia Genap

Hukum Dasar Kimia