Bilangan kuantum: S, P, D dan F orbital dan momentum sudut

Atom terdiri dari inti, terdiri dari neutron dan proton, dan elektron yang mengorbit inti . Lintasan yang dideskripsikan oleh elektron, tempat-tempat dalam ruang atom tempat mereka bergerak, merupakan aspek mendasar dalam reaksi kimia dan dalam struktur atom dan molekul yang mereka buat. Tempat-tempat dalam ruang atom tempat elektron bergerak adalah orbital . Orbital paling sederhana adalah satu-satunya elektron yang dimiliki atom hidrogen, yang berbentuk bola. Tetapi karena unsur-unsur memiliki jumlah elektron yang lebih banyak, orbital yang dilaluinya menjadi semakin kompleks, hingga mencapai kasus uranium, yang memiliki 92 elektron, dan merupakan unsur alami dengan jumlah elektron terbesar.

Mekanika kuantum dan elektron dalam atom

Bentuk orbital serta sifat elektron atom lainnya dijelaskan oleh mekanika kuantum, yang menetapkan bahwa parameter fisik seperti energi dan posisi memiliki nilai yang pasti; mereka bukan parameter kontinu seperti dalam mekanika klasik, di mana mereka dapat memiliki nilai apa pun. Oleh karena itu, energi elektron, seperti tempat transitnya dalam ruang atom, hanya dapat memiliki nilai yang ditentukan.

Energi dan posisi elektron yang mengorbit inti atom dijelaskan oleh fungsi matematika yang disebut fungsi gelombang , yang merupakan solusi dari persamaan Schrödinger . Fungsi ini merepresentasikan probabilitas bahwa elektron dapat berada pada posisi tertentu pada saat tertentu. Dan sekarang kita berbicara tentang probabilitas karena mekanika kuantum juga menetapkan bahwa tidak mungkin untuk menentukan dengan tepat dua parameter fisik partikel seperti elektron , seperti energi dan waktu, atau posisi dan momentum (jumlah gerakan: produk massanya). kali kecepatannya) dari partikel.

bilangan kuantum

Fungsi yang merepresentasikan probabilitas bahwa elektron dapat berada pada posisi tertentu pada waktu tertentu merupakan perkalian empat fungsi: tiga terkait dengan posisi elektron (satu bergantung pada jarak dari inti atom dan dua fungsi lainnya tergantung pada koordinat sudutnya) dan sisanya terkait dengan rotasi elektron. Fungsi-fungsi ini termasuk apa yang disebut bilangan kuantum , yaitu empat:

• Bilangan kuantum utama n , terkait dengan energi elektron dan memiliki nilai bilangan bulat positif.
• Bilangan kuantum azimut l , terkait dengan momentum sudut elektron (momentum sudut: perkalian massanya dengan kecepatan rotasinya) yang dinyatakan dalam huruf; s untuk l =0; p untuk l =1, d untuk l =2, f untuk l =3. Nomenklatur angka l dengan huruf berawal dari studi spektrum logam alkali, di mana garis spektral dikelompokkan, menurut namanya dalam bahasa Inggris, menjadi tajam ( terdefinisi dengan baik, s ), utama (utama,p ), difus (berdifusi, d ) dan fundamental (fundamental, f ).
• Yang ketiga adalah bilangan kuantum adalah magnet m atau ml _{yang terkait} dengan orientasi momentum sudut elektron . Variasi bilangan kuantum ini menghasilkan, misalnya, distribusi lima lobar unsur-unsur yang memiliki orbital 3 d yang ditunjukkan pada gambar. Distribusi elektron ini sangat penting, karena sesuai dengan unsur-unsur penyusun berbagai bahan yang ada dalam kehidupan kita sehari-hari, logam transisi kromium, kobalt, tembaga, besi, nikel, mangan, skandium, titanium, dan vanadium. Dalam kasus level s , bilangan kuantum magnetik m _lhanya mengizinkan orbital bola (lihat gambar); pada tingkat p memungkinkan tiga bentuk orbital dan pada tingkat f memungkinkan 7 bentuk orbital.

Bilangan kuantum keempat adalah m _s , spin elektron, terkait dengan rotasinya.

Struktur elektronik atom

Struktur elektron dari masing-masing unsur terbentuk mengikuti perkembangan bilangan kuantum, tergantung pada kondisi masing-masing unsur. Perkembangannya adalah sebagai berikut (bilangan bulat adalah bilangan kuantum utama n dan hurufnya adalah bilangan kuantum azimut l ):

1 s , 2 s , 2 p , 3 s , 3 p , 4 s , 3 d , 4 p , 5 s , 4 d , 5 p , 6 s , 4 f , 5 d , 6 p , 7 s , 5 f

Selain itu, harus diperhatikan bahwa setiap orbital dapat berisi hingga dua elektron dengan spin berlawanan , sehingga tingkat s dapat memiliki hingga 2 elektron; tingkat p _, yang memiliki 3 orbital yang diizinkan oleh bilangan kuantum magnetik ml , dapat memiliki hingga 6 elektron; kulit d , yang memiliki 5 orbital yang diizinkan (lihat gambar), dapat menampung hingga 10 elektron, dan kulit f , yang memiliki 7 orbital yang diizinkan, dapat menampung hingga 14 elektron.

Mengikuti kriteria ini, hidrogen (H), yang hanya memiliki satu elektron, akan memiliki struktur 1 s ¹ , di mana superskrip 1 menunjukkan bahwa hanya ada satu elektron dalam orbital 1 s . Helium (He), dengan dua elektron, akan memiliki struktur 1 s ² (dua elektron dalam orbital s ). Litium (Li), dengan tiga elektron, akan memiliki struktur elektronik 1 s ² 2 s ¹ . Dan seterusnya. Besi (Fe), misalnya yang memiliki 26 elektron, akan memiliki struktur elektron 1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ² 3 p⁶ 3 d ⁶ 4 d ² ; masing-masing dari 26 elektron transit besi melalui orbital yang dibentuk oleh struktur elektronik ini.

CATATAN

Harus diperhitungkan bahwa meskipun kata orbital menunjukkan konsep “orbit”, elektron sebenarnya, dan terlepas dari model atom awal, tidak bergerak di sekitar inti melakukan orbit, melainkan “transit” dari satu orbital ke orbital lainnya. . , ketika atom memiliki lebih dari satu, mereka tetap berada di satu-satunya orbital atom (dalam kasus hidrogen dan helium), atau mereka pergi ke orbital yang digunakan bersama oleh atom-atom yang membentuk ikatan kimia kovalen.

Sumber

E. Pavarini, E. Koch, F. Anders, dan M. Jarrell. Teori Bidang Kristal, Metode Pengikatan Ketat, dan Efek Jahn-Teller. Elektron Terkorelasi: Dari Model ke Material Pemodelan dan Simulasi Vol.2. Forschungszentrum Jülich, 2012, ISBN 978-3-89336-796-2.

JJ Murrell, Ketel SFA, JM Tedder. Ikatan Kimia. Edisi kedua. John Wiley & Sons. 1985.

Roger G. Burns. Aplikasi Mineralogi Teori Bidang Kristal. Edisi kedua. Pers Universitas Cambridge. 1993.

Martin Gonzales Soto. Apa itu bilangan kuantum, NANOVA https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwi22f7M3IT2AhWEjaQKHTpjDiAQFnoECEwQAQ&url=https%3A%2F%2Fnanova.org%2Fque – adalah-the-quantum-numbers%2F&usg=AOvVaw3UoxJOhbgXxBBSGz6R6zxr