PARTIKEL PENYUSUN ATOM DAN BILANGAN KUANTUM

PARTIKEL PENYUSUN ATOM

Apa sajakah penyusun partikel atom itu ?

Penggaris plastik merupakan materi yang tersusun dari atom. Penggaris ini bila kita gosokkan pada rambut yang kering, maka akan dapat menarik sobekan-sobekan atau potongan kertas berukuran kecil. Dari hal ini kita akan mengetahui bahwa penggaris plastik memiliki sifat listrik karena penggaris plastik terdiri dari atom, maka bisa dikatakan bahwa atom memiliki sifat listrik. 

Sifat kelistrikan pada atom diteliti oleh para ilmuwan diantaranya Joseph John Thompson, Eugen Goldstein, Ernest Rutherford, W. Bethe, H. Becker dan James Chadwick. 

A. PROTON

Pada tahun 1886, Eugen Goldstein melakukan percobaan dengan memodifikasi tabung sinar katode yang ditemukan oleh William Crocker dengan cara melubangi lempeng katode. Dari percobaan ini ditemukan bahwa gas yang berada di belakang katode menjadi berpijar. Hal ini berarti radiasi dari anode menembus lempengan katode melalui lubang yang sebelumnya telah dibuat. 

a. Sifat sinar anode ini yaitu merupakan radiasi partikel karena mampu memutar baling-baling. 

b. Radiasi ini bila dibelokkan menggunakan medan magnet, maka akan menuju ke kutub magnet negatif. Itu artinya radiasi sinar ini bermuatan positif (itulah sebabkan kemudian dinamakan anode yang kemudian dinamakan proton). 

c. Partikel sinar anode bergantung pada jenis gas yang ada di dalam tabung. 

Massa proton terkecil diperoleh pada atom Hidrogen yaitu massa 1 proton=1 sma=1, 66×10^-24 gram dengan muatan 1 proton=+1=1, 6×10^19 C.

B. ELEKTRON 

Pada tahun 1897, Joseph John Thompson melakukan percobaan dengan menggunakan tabung sinar katode. Terdapat dua plat elektroda dimana salah satu plat logam yang terdapat pada ujung tabung berfungsi sebagai katoda. Kedua plat ini dimasukkan ke dalam tabung kaca bertekanan rendah kemudian dialirkan listrik bertegangan tinggi hingga mampu melepas elektron dari katoda ke anoda.
Sinar katoda tidak dapat kita lihat dengan mata telanjang, namun bisa kita ketahui bahwa sinar ini ada dari berpenjarnya lapisan tabung kaca bagian dalam akibat adanya benturan antara elektron dengan dinding tabung. Seperti gambar di bawah ini.

Dari hasil percobaannya ditemukan sifat sinar katode yaitu:
a. Merupakan radiasi partikel karena mampu memutar baling-baling.
b. Radiasi ini bila dibelokkan menggunakan medan magnet, maka akan menuju ke kutub magnet positif. Itu artinya sinar katode bermuatan negatif.
c. Partikel katoda merambat tegak lurus dari lempengan katode menuju anode.
d. Sinar katode tidak bergantung pada jenis plat logam yang digunakan.
e. Sinar katoda dapat kita buat dengan listrik tegangan tinggi.
Dari sifat inilah kemudian oleh Joseph John Thompson menamakan partikel penyusun atom bermuatan negatif ini sebagai elektron.  Selain itu J. J. Thompson juga menemukan perbandingan muatan elektron terhadap massa yaitu 1,76×10^8 C/g yang kemudian pada tahun  1909, Robert Millikon berhasil menemukan besarnya muatan sebuah elektron, yaitu 1,6×10^-9 C. Dengan demikian,  maka kita peroleh massa 1 elektron sebesar 9,1095×10^31 kg.

C. NEUTRON 

Pada tahun 1930, W. Bothe dan Hai. Becker melakukan penembakan menggunakan partikel alfa ke inti atom berilium. Ditemukan adanya radiasi partikel yang memiliki daya tembus besar. Dua tahun sesudahnya yaitu tahun 1932, James Chadwick melakukan penelitian lebih lanjut dimana ditemukan bahwa partikel tersebut bermuatan netral dan memiliki massa hampir sama dengan partikel proton (bermuatan positif). Partikel ini kemudian dinamakan sebagai neutron. 

BILANGAN KUANTUM

A. Pengertian Bilangan Kuantum

Bilangan kuantum/Quantum Number ialah bilangan yang menentukan suatu kedudukan posisi elektron atom yang mana posisi elektron atom diwakili oleh suatu nilai yang menjelaskan tentang kuantitas kekal dinamis.
Bilangan kekal dinamis adalah bilangan yang menyatakan kedudukan posisi elektron dalam suatu atom yang diwakili oleh suatu nilai yang menjelaskan tentang kuantitas kekal dalam sistem dinamis. Kemudian sifat elektron, digambarkan di dalam suatu orbital.

B. Jenis-jenis Bilangan Kuantum

• Bilangan Kuantum Utama (n) 
 Disimbolkan dengan huruf (n)  yang menyatakan tingkat energi. Perlu diingat, bahwa bilangan kuantum tidak pernah bernilai nol (0). Nilai bilangan kuantum terdiri dari bilangan-bilangan positif, yakni: 1,2,3,4,...dst. Kelopak atom itu sendiri dinyatakan menggunakan huruf-huruf seperti: K, L, M, N,... dst. 

• Bilangan Kuantum Azimut/Momentum Sudut (l) 
 Disimbolkan dengan huruf (l)  yang menyatakan bentuk orbital. Bilangan ini menggambarkan energi dari elektron ,berhubungan dengan gerakan orbital yang digambarkan menggunakan momentum sudut. Bilangan kuantum azimut membagi kulit menjadi orbital-orbital yang lebih kecil (sub-kulit). 
Setiap kulit pada bilangan kuantum azimut memiliki nilai l=0 sampai l=(n-1). Biasanya sub-kulit ditulis l=1, 2,3...dst, (n-1)  diberi simbol s, p, d, f..dst. Lihat gambar berikut! 

• Bilangan Kuantum Magnetik (m) 
 Disimbolkan dengan huruf (m) yang menyatakan orientasi orbital dalam ruang tiga dimensi. Bilangan kuantum ini merupakan bilangan kuantum ketiga dari empat bilangan kuantum yang menggambarkan suatu keadaan kuantum suatu elektron. Bilangan kuantum magnetik ini membagi bilangan kuantum azimut menjadi orbital-orbital.
Bilangan kuantum mengetik (m)  ini jumlahnya untuk setiap bilangan kuantum azimut (l)  dimulai dari m=-1 sampai mati=+1. Lihat tabel berikut!

• Bilangan Kuantum Spin (s) 
 Disimbolkan dengan huruf (s) yang menyatakan spin elektron pada sebuah atom. Bilangan kuantum ini menunjukkan arah perputaran (spin)  atau rotasi disebuah elektron pada sumbunya. Arahnya bisa searah jarum jam ataupun berlawanan dengan arah jarum jam. Untuk bilangan kuantum ini diberi nama +1/2 atau -1/2. Perhatikan gambar berikut!

C. Tujuan Bilangan Kuantum

Tujuannya adalah untuk mengetahui  atau menyatakan posisi atau kedudukan di dalam atom. Dari beberapa penjelasan ke-4 bilangan kuantum di atas, maka kita dapat ketahui hubungan antara ke-4 jenis bilangan kuantum tersebut seperti yang tertera pada gambar berikut.

Konfigurasi Elektron

Pengisian orbital oleh elektron mengikuti aturan dengan memperhatikan tiga hal, yaitu asas Aufbau, asas larangan Pauli, dan asas Hund. 

A. Asas Aufbau

Menurut asas Aufbau, pada kondisi normal atau tingkat dasar, elektron akan menempati orbital yang memiliki energi terendah terlebih dahulu dan diteruskan ke orbital yang memiliki energi lebih tinggi. Untuk memudahkan dalam pengisian elektron dengan menggunakan jembatan ingatan sebagai berikut.

B. Asas larangan Pauli

Pauli mengemukakan hipotesisnya yang menyatakan bahwa dalam satu atom tidak mungkin dua elektron mempunyai ke-4 bilangan kuantum sama. Dengan kata lain, setiap orbital maksimal hanya dapat terisi dua elektron dengan arah spin berlawanan. 

•orbital s maksimal 2 elektron

•orbital p maksimal 6 elektron

•orbital d maksimal 10 elektron

•orbital f maksimal 14 elektron

C. Asas Hund 

Frederick Hund ,1927 menyatakan bahwa pengisian elektron pada orbital yang setingkat (energinya sama) dalam satu orbital adalah satu per satu dengan arah spin yang sama sebelum  berpasangan. Asas ini dikemukakan berdasarkan penalaran bahwa energi tolak-menolak antara dua elektron berjauhan. Untuk lebih memahaminya, perhatikan gambar pengisian elektron pada orbital p berikut. 

DAFTAR PUSTAKA

Ratna dkk. 2008.Kimia Jilid 1.Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan.