Bilangan Kuantum: Pengertian dan Contoh Soal

Bilangan kuantum – Pada mata pelajaran kimia akan ada banyak materi yang diajarkan. Salah satunya adalah materi tentang struktur atom. Dimana seluruh benda yang ada di dunia ini akan tersusun oleh  kumpulan atom yang cukup kecil. Hal ini berlaku mulai dari benda mati, zat padat, cair gas atau plasma akan tersusun oleh kumpulan atom kecil.

Atom sendiri tersusun atas neutron dan proton yang berada di inti atom dan elektron yang telah tersebar mengelilingi atom. Keberadaan dari elektron tersebut akan tersusun secara rapi berdasarkan dari lintasan kulit atom dan tingkat energinya.

Dalam pembelajaran materi struktur atom, nantinya akan ada berbagai macam contoh model atom yang telah  ditemukan oleh para ilmuan terdahulu. Tak hanya itu saja, pasalnya kita juga akan mempelajari mengenai bilangan kuantum.

Lalu apa itu bilangan kuantum? Nah jika kalian belum begitu paham atau memang ingin tahu lebih lanjut tentang bilangan kuantum. Yuk baca penjelasan mengenai bilangan kuantum yang ada di bawah ini.

 

Sejarah Teori Kuantum

Tentunya adanya bilangan kuantum juga ada sejarahnya. Nah sebelum kita membahas apa itu bilangan kuantum, yuk kita pahami mengenai sejarah teori kuantum hingga akhirnya muncul bilangan kuantum seperti penjelasan di bawah ini.

Sejarah tentang kuantum berawal dari pemikiran seseorang bernama Louis de Broglie pada tahun 29123. Saat itu dirinya menggunakan hipotesis gelombang materinya. Dirinya menerangkan jika sifat gelimbang gerakan partikel dengan kondisi mendekati cahaya seperti gerakan elektron ketika mengelilingi inti atom.

Dugaan tersebut selanjutnya diperkuat oleh  Davisson dan Germer yang telah melakukan pengamatan terhadap pola difraksi elektron yang berenergi tertentu dan ditembakkan pada lempeng logam nikel.

Selain itu Thomson juga menjelaskan jika elektron akan sama seperti sinar X yang mampu memberikan sifat difraksi. Pada mikroskop elektron, sifat gelombang elektron yang nantinya akan digunakan.

Pada tahun 1926, Erwin Schrodinger yang juga dikenal sebagai penemu teori kuantum telah berhasil merumuskan persamaan gelombang untuk menggambarkan bagaimana bentuk serta tingkatan energi orbital.

Model temuan dirinya selanjutnya lebih banyak dikenal sebagai mekanika kuantum hingga saat ini. Pada energi, model atom akan sama dengan model atom Bohr akan tetapi untuk lintasan elektron yang dimilikinya akan berbentuk elips bukan lingkaran seperti pada umumnya dan kita kenal dengan istilah  orbital.

Dalam pembelajaran kimia, tetunya materi atom akan menjadi salah satu topik pembahasan. Dimana di dalam materi atom akan ada berbagai macam hal menarik yang  dibahas seperti yang sudah terangkum dalam buku yang berjudul Buku Pengayaan Kimia: atom, Ion, dan Molekul.

 

Pengertian Bilangan Kuantum

pixabay.com/PIRO4D

 

Sebelum membahas mengenai bilangan kuantum secara lebih dalam. Akan lebih baik jika kita juga pahami terlebih dahulu pengertian dari bilangan kuantum secara umum.

Bilangan kuantum bisa diartikan sebagai bilangan yang terdiri dari beberapa jumlah nilai integral maupun setengah integral. Keberadaan dari bilangan kuantum biasanya akan mampu menjelaskan mengenai sistem fisik seperti atom, nucleus maupun  subatomic.

Secara sederhana bilangan kuantum akan berguna untuk menyatakan suatu kondisi elektro yang ada di dalam atom dan diwakili oleh suatu nilai.  Pada konfigurasi elektron model mekanika kuantum akan ada empat jenis bilangan kuantum.

Mulai dari bilangan kuantum utama atau n, bilangan kuantum azimut atau ℓ, bilangan kuantum magnetic atau m dan bilangan kuantum spin atau s.

Keberadaan dari setiap jenis bilangan kuantum akan mampu menjelaskan mengenai letak elektron suatu atom. Dimana tiga jenis bilangan kuantum yang pertama akan bertugas untuk mendeskripsikan mengenai tingkat energi orbital dan ukuran, bentuk serta orientasi dari distribusi probabilitas radial orbital atom.

Lalu untuk bilangan kuantum yang keempat atau spin (s) akan berfungsi untuk menjelaskan spin suatu elektron dalam sebuah orbital.

 

Bilangan Kuantum Utama (n)

Bilangan kuantum utama merupakan bilangan yang dapat menjelaskan mengenai tingkat energi utama elektron yang terdapat pada atom. Bilangan kuantum utama akan dinyatakan dalam bentuk bilangan bulat positif. Misalnya seperti bilangan 1, 2, 3 dan seterusnya.

Perlu diketahui jika semakin besar bilangan kuantum utamanya atau n, maka kondisi dari ukuran orbital yang  ada di dalam elektronnya akan semakin besar juga. Simbol dari bilangan kuantum utama adalah n.

Dimana jn akan menjadi lambang dari nilai kulit atomnya. Sebagai contohnya adalah jenis kulit yang tersusun atas K, L, M, N….. Maka penulisan untuk kulit atom bisa seperti K (n=1); L(n=2), M(n=3), N(n=4) dan seterusnya.

Meri kuantum memang sangat menarik untuk dipelajari lebih lanjut. Tentunya dalam fisika kuantum akan ada sejarah dan berbagai macam kisah inspiratif yang bisa dipahami dengan bantuan buku Fisika Kuantum: Sejarah dan Kisah Inspiratif Para Tokohnya.

 

Bilangan Kuantum Azimuth (ℓ)

Lalu ada bilangan kuantum azimuth atau bisa juga disebut sebagai bilangan kuantum momentum adalah bilangan yang akan digunakan untuk menjelaskan mengenai bentuk orbital atau subkulit atom. Dalam penulisannya, bilangan kuantum azimuth akan ditulisakan dalam bentuk bilangan bulat.

Sebagai contoh dari penulisan bilangan kuantum azimuth adalah 0, 1, 2, 3, 4, dan seterusnya. Bukah hanya untuk menggambarkan bentuk orbital electron saja. Namun keberadaan dari bilangan kuantum akan membantu menggambarkan subkulit elektron dalam suatu atom seperti S, P, D, F.

Sebagai contohnya adalah ketika ada bilangan kuantum utama (n) = 3, maka nilai bilangan bilangan kuantum azimut (ℓ) dari bilangan tersebut adalah 0, 1, 2. Sehingga bisa dinyatakan untuk tiga sub tingkat energinya adalah 3s,3p. Sedangkan untuk adalah ℓ =2 sub tingkat energi disebut sebagai 3d.

Atau kalian bisa mencoba memahami melalui contoh lain  yang  ada di bawah ini.

Bilangan kuantum utama (n)	Bilangan kuantum azimuth (l)	Subkulit	Banyaknya subkulit
K (n = 1)	0	1s	1
L (n = 2)	0, 1	2s, 2p	2
M (n = 3)	0, 1, 2	3s, 3p, 3d	3
N (n = 4)	0, 1, 2, 3	4s, 4p, 4d, 4f	4

Bilangan Kuantum Magnetik (m)

Bilangan kuantum magnetik merupakan bilangan yang akan menjelaskan mengenai orientasi orbital yang ada di ruang tiga dimensi. Nilai dari bilangan kuantum magnetic sendiri akan ditentukan dari harga yang ada di bilangan azimuth dengan rentan angka satuan bulat.

Perhatikan contoh bilangan kuantum magnetik melalui tabel dibawah ini.

Bilangan kuantum azimuth (l)	Subkulit	Bilangan kuantum magnetik (m)	Jumlah orbital
0	s	0	1
1	p	-1, 0, +1	3
2	d	-2, -1, 0, +1, +2	5
3	f	-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3	7

Bilangan Kuantum Spin (s)

Bilangan kuantum spin adalah bilangan yang dapat menggambarkan tentang arah putaran elektron. Karena hal inilah nilai dari bilangan kuantum spin atau s tidak akan bergantung pada jenis bilangan kuantum lainnya.

Wolfgang Paul seorang  fisikawan Australia menjelaskan jika elektron adalah partikel bermuatan dengan gerak berputar pada porosnya. Dimana pada sebuah elektron akan mampu bertemu dengan dua jenis spin.

Dua jenis spin tersebut adalah yang searah dengan jarum jam atau clock wie spin dan yang berlawanan arah dengan jarum jam atau anti clockwise spin. Dimana bilangan kuantum spin akan dilambangkan dengan +1/2 dan -1/2.

Ketika hasilnya positif, maka elektron akan memiliki arah ke putaran arah dan jika hasilnya negatif, maka elektron akan memiliki arah putaran ke bawah.

Materi fisika kuantum akan terdiri dari berbagai macam sub topik pembahasan. Dalam pembahasan tersebut tentunya akan ada soal-soal yang menjadikan kalian lebih mengerti lagi tentang materi fisika kuantum. Buku Fisika Kuantum hadir dengan berbagai macam jenis rangkuman materi lengkap dengan contoh soal dan pembahasannya.

 

Contoh Soal Bilangan Kuantum

Setelah mengetahui mengenai apa itu bilangan kuantum lengkap dengan jenisnya. Maka kita akan mempelajari lebih lanjut mengenai materi bilangan kuantum. Namun kali ini akan dilanjutkan dengan contoh soal serta pembahasannya.

Pahami setiap contoh soal yang ada di bawah ini.

Contoh Soal 1

Di antara bilangan kuantum berikut yang tidak diperbolehkan adalah …

1. n = 3, l = 2, m = 1
2. n = 2, l = 1 , m = -1
3. n = 3, l = 3, m = -1
4. n = 3, l = 0, m = 0
5. n = 3, l = 2, m = -1

Pembahasan:

Jika harga bilangan kuantum utama (n) = 3, maka harga bilangan kuantum azimuth (l) maksimum adalah = n-1 = 3-1 = 2. Oleh karena itu, bilangan kuantum n = 3, l = 3 pada option C tidak diizinkan.

Contoh Soal 2

Suatu elektron memiliki harga bilangan kuantum utama (n) = 5. Tentukan bilangan kuantum yang lainnya!

Pembahasan:

Nilai n = 5

Nilai l = 0, 1, 2, dan 3

Nilai m = antara -1 dan +1

Untuk nilai l = 3 maka nilai m = – 3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

Contoh Soal 3

Tentukan bilangan kuantum unsur – unsur berikut!

1. 16S
2. 28Ni
3. 35Br

Pembahasan:

1. 16S = 1s2 2s22p6 3s2 3p4

3p4 artinya,

n = 3; l = 1; m = -1; s = – ½

1. 28Ni = [Ar] 4s2 3d8

3d8 artinya,

n = 3; l = 2; m = 0; s = – ½

1. 35Br = [Ar] 3d10 4s2 4p5

4p5 artinya,

n = 4; l = 1; m = 0; s = – ½

(sumber soal: kumparan.com)

Contoh Soal 4

Tentukan konfigurasi elektron dari 12 C!

Jawabannya:

Konfigurasi elektron dari 12 C adalah 1s2 2 s2 2p2

Dalam contoh soal ini kalian harus mencari kuantum akhir. Oleh karena itu harus membuat diagram orbital dari elektron paling akhir atau 2p2. Ketika dibentuk menjadi sebuah diagram, maka jawabannya akan memiliki tiga bentuk kota dan isi kotak satu dan dua adalah angka 1.

Nantinya pada bagian bawah kotak tersebut akan ada angka -1 0 +1. Lalu untuk kuantum akhirnya adalah 2 dan elektron akhir adalah orbital p, maka I sama dengan 1. Letak dari elektron akhir di kotak kedua orbital p jika dinyatakan maka m sama dengan 0, sedangkan untuk s sama dengan +1/2.

Sekarang kalian tinggal rangkum bilangan kuantum dari jawaban tersebut menjadi: n = 2, l = 1, m = 0, dan s = +½. Selesai!

Contoh Soal 5

Tentukan konfigurasi elektron dari 28Ni!

Jawabannya:

Konfigurasi elektronnya adalah (Ar) 4s2 3d8

Hal pertama yaitu diambil bagian paling akhir terlebih dahulu yityu 3d8. Dimana bagian akhir tersebut akan menjelaskan jika lapisan kulit terakhir adalah 3, maka n sama dengan 3.

Lalu untuk mencari azimuth tinggal kalian urutkan dari lapisan paling luar yaitu f sama dengan 3, d sama dengan 2, p sama dengan 1 dan s sama  dengan 0. Karena memang azimuth sama dengan p, maka jawabannya I adalah 1.

Lanjut lagi ke magnetik yang digambarkan dengan simbol s atau kulit terdalam. Telah diketahui dari penyelesaian bilangan kuantum bahwa s adalah 0, maka m adalah 0.

Terakhir, menentukan spin dengan kepastian sebelum nol, maka jawabannya s sama dengan -½.

Jadi, rangkuman jawaban dari soal ini adalah n = 3, m = 0, l = 1, dan s = -½.

Contoh Soal 6

Jika n dari sebuah elektron adalah 5, maka berapa nilai dari setiap quantum lainnya?

Jawabannya:

Jabarkan dulu, bahwa bilangan kuantum yang utama atau n = 5.

Sementara itu nilai l atau quantum azimut sama dengan 0, 1, 2, dan 3…. artinya l = 3.

Sementara itu untuk m atau mekanik antara -1 dan +1, jika dijabarkan menjadi -3 -2 -1 0 +1 +2 +3.

(Sumber soal: mamikos.com)

Contoh Soal 7

Bilangan kuantum azimuth (l) yang masih dimungkinkan untuk l = 4 adalah . . . .

1. 1, 2, 3
2. 0, 1, 2, 3
3. 1, 2, 3, 4,
4. 0, 1, 2, 3, 4
5. Tidak bergantung pada harga n

Pembahasan :

Jika n = 4, maka :

Harga l = 0, …..(n-1) = 0, 1, 2, 3 (B)

Contoh Soal 8

Bilangan kuantum magnetik (m) = -3 dimiliki oleh elektron dari atom yang memiliki kulit elektron minimal sebanyak. . . .

1. 2
2. 3
3. 4
4. 5
5. 6

Pembahasan :

Jika memiliki m = -3, artinya nilai bilangan kuantum azimut elektron dalam atom itu minimal adalah 3 karena nilai m itu bergantung pada harga l ( jika l = 3, maka harga m -nya = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3).

Untuk l = 3, maka minimal sebuah atom harus memiliki harga bilangan kuantum utama (n) adalah 4 karena nilai l itu dimulai dari 0, 1, ……sampai (n-1).  Jadi jika n = 4, maka harga l = 0, 1, 2, 3.

Pada pembahasan soal no satu di atas sudah dijelaskan bahwa bilangan kuantum utama menyatakan kulit atom. n = 4 artinya elektron berada pada tingkat energi ke empat atau kulit keempat (kulit N). Jadi agar suatu elektron memiliki nilai bilangan kuantum magnetik (m ) = – 3, maka atom itu harus memiliki setidaknya 4 buah kulit atom.

Contoh Soal 9

Diantara harga keempat bilangan kuantum di bawah ini yang mungkin untuk pengisian elektron pada orbital 3p adalah . . . . .

1. n = 3, l = 2, m = -1, s = +1/2
2. n = 3, l = 1, m = -1, s = +1/2
3. n = 3, l = 2, m = +1, s = +1/2
4. n = 3, l = 2, m = 0, s = +1/2
5. n = 3, l = 2, m = +2, s = +1/2

Pembahasan :

Dari orbital 3p kita dapatkan :

Harga n = 3

Harga l = 1 (karena sub kulitnya adalah p)

Jika l = 1, maka harga m yang mungkin adalah -1, 0, +1

Harga s yang mungkin hanya dua yaitu +1/2 dan -1/2

Jadi kemungkinan nilai keempat bilangan kuantum suatu elektron yang menempati subkulit/ orbital 3p adalah :

n = 3, l = 1, m = -1, 0, +1 dan s = +1/2 atau -1/2

(sumber soal: avkimia.com)

Nah itulah beberapa contoh soal dan pembahasan dari bilangan kuantum. Dengan memahami penjelasan akan bilangan kuantum lengkap dengan contoh soal serta pembahasannya akan menjadikan kalian lebih bisa mengerti materi tersebut.

Jika ingin mencari buku tentang fisika, maka kalian bisa mendapatkannya di gramedia.com. Untuk mendukung Grameds dalam menambah wawasan, Gramedia selalu menyediakan buku-buku berkualitas dan original agar Grameds memiliki informasi #LebihDenganMembaca.

 

Penulis: Hendrik

 

Sumber soal:

• https://www.avkimia.com/2016/08/a-menjawab-soal-kimia-bilangan-kuantum-10-SMA.html
• https://kumparan.com/berita-terkini/kumpulan-contoh-soal-bilangan-kuantum-dalam-pelajaran-kimia-1ymSj0vlZA2/full
• https://mamikos.com/info/cara-mencari-bilangan-kuantum-pljr/#Beberapa_Contoh_Soal_Bilangan_Kuantum

 

sumber materi:

• https://mamikos.com/info/cara-mencari-bilangan-kuantum-pljr/#Beberapa_Contoh_Soal_Bilangan_Kuantum
• https://www.universitas123.com/news/mengenal-bilangan-kuantum-dan-jenis-jenisnya
• https://www.cnnindonesia.com/edukasi/20230427110126-569-942537/4-jenis-bilangan-kuantum-dalam-kimia-beserta-penjelasannya
• https://www.superprof.co.id/blog/angka-kuantum-dan-beberapa-jenisnya/