Bilangan Kuantum

Bilangan kuantum adalah sejumlah nilai numerik yang digunakan untuk menggambarkan karakteristik elektron dalam atom. Bilangan kuantum membantu mengidentifikasi dan menggambarkan posisi, energi, bentuk orbital, dan orientasi elektron dalam atom.

Menurut teori atom modern (model mekanika gelombang), untuk atom yang mempunyai elektron banyak, elektron-elektron tersebut beredar pada orbit/lintasan/kulit. Kulit atom terdiri atas satu atau beberapa subkulit dan setiap subkulit terdiri atas satu atau beberapa orbital. Orbital (bukan orbit) inilah yang merupakan tempat (ruang) kemungkinan (kebolehjadian = probabilitas) ditemukan elektron.

Untuk menggambarkan kedudukan/posisi suatu elektron dalam suatu atom digunakan seperangkat bilangan (bulat atau kelipatan ½) yang disebut bilangan kuantum. Ada empat jenis bilangan kuantum sebagai berikut.

Bilangan Kuantum Utama (n)

Bilangan kuantum utama menyatakan kulit tempat elektron berada. Bilangan kuantum utama merupakan bilangan bulat positif yang mempunyai nilai mulai dari 1, 2, 3, 4 dan seterusnya, dan dinyatakan dengan lambang K(n = 1); L(n=2); M(n=3); N(n=4) dan seterusnya. Jadi, jika suatu elektron mempunyai bilangan kuantum utama n = 3, berarti elektron itu berada pada kulit utama ketiga, yaitu kulit M.

Oleh karena bilangan kuantum utama berhubungan dengan tingkat energi dan jarak orbit elektron dengan inti (jari-jari) maka bilangan kuantum utama digunakan untuk ukuran orbit dan energi potensial. Jadi, naiknya harga n menunjukkan:

1. naiknya jarak antara proton (dalam inti) dan elektron; menyatakan
2. naiknya energi potensial.

Bilangan Kuantum Azimuth (l)

Bil kuantum azimuth menyatakan subkulit (subtingkat energi / sublintasan) tempat elektron berada, juga menyatakan bentuk orbital.

Bil kuantum azimuth bergantung pada nilai bilangan kuantum utama (n), yaitu merupakan semua bilangan bulat mulai dari 0 (nol) sampai dengan (n-1).

di mana:
l = bilangan kuantum azimuth
n bilangan kuantum utama

Setiap subkulit (harga l) dinyatakan dengan lambang tertentu, yaitu s, p, d, f, dan seterusnya. Lambang ini didasarkan pada garis-garis spektrum yang tampak pada spektroskop.

1. s (untuk l = 0 ) = sharp; berhubungan dengan garis-garis spektrum yang paling terang.
2. p (untuk l = 1 ) = prinsipal; berhubungan dengan garis spektrum kedua terang.
3. d (untuk l = 2 ) = diffuse; berhubungan dengan garis kabur.
4. f (untuk l = 3 ) = fundamental; berhubungan dengan garis pembentukan spektrum warna yang bersangkutan.

Oleh karena nilai selalu dimulai dari 0, 1 dan seterusnya, maka:

1. untuk l = 0 (subkulit s) terdapat pada semua kulit tanpa kecuali.
2. untuk l = 1 (subkulit p) terdapat pada semua kulit kecuali kulit K(n = 1)
3. untuk l = 2 (subkulit d) terdapat pada semua kulit kecuali kulit K(n = 1) dan kulit L(n = 2) .
4. dan seterusnya.

Oleh karena nilai selalu dimulai dari 0, 1 dan seterusnya, sehingga perlu dibedakan harga l (subkulit) dari tiap-tiap kulit, maka di depan lambang harga l dituliskan harga bil kuantum utamanya (kombinasi n, l )
Contoh

1. subkulit s dari kulit L dinyatakan dengan 2s karena bilangan kuantum utama L (n = 2).
2. subkulit p dari kulit M dinyatakan dengan 3p karena bil. kuantum utama M (n = 3) .
3. Notasi 3d angka 3 menunjukkan bilangan kuantum, n = 3 huruf d menunjukkan bil. kuantum azimut, l = 2
4. Notasi 4f, berarti n = 4; l = 3

Lambang dari semua subkulit pada kulit K sampai dengan N dapat dilihat pada tabel berikut.

Dari tabel ini dapat terbaca bahwa:

1. untuk n = 1 maka l = 0 berarti hanya ada satu subkulit tipe s
2. untuk n = 2 maka l = 0 dan 1, berarti terdapat dua subkulit yaitu s dan p
3. untuk n = 3 maka l = 0, 1, dan 2 berarti terdapat tiga subkulit yaitu s; p; dan d.
4. untuk n = 4 maka l = 0, 1, 2 dan 3 berarti terdapat empat subkulit yaitu s; p; d; dan f.

Jadi, jumlah harga atau jumlah subkulit pada suatu kulit sama dengan harga bilangan kuant utama (n).

misalnya:
kulit K (n = 1) maka subkulit (l) = 1
kulit L (n = 2) , maka subkulit (l) = 2 dan seterusnya.

Bilangan Kuantum Magnetik (m)

Bilangan kuant magnetik menyatakan orbital khusus mana yang ditempati elektron padasuatu subkulit (menunjukkan orbital tempat elektron berlokasi dalam ruang).

Bilangan kuant magnetik bergantung pada nilai  bilangan kuantu azimuth (l), yaitu semua bilangan bulat mulai dari –l sampai dengan +l termasuk 0.

Contoh
Jika l = 0; maka m = 0 berarti hanya ada 1 orbital
Jika l = 1; maka m = -1; 0; dan +1, berarti terdapat 3 orbital
Jika l = 2; maka m = -2; – 1; 0; +1; +2, berarti terdapat 5 orbital
Jika l = 3; maka m = -3; -2; -1; 0; +1; 2; dan +3 berarti terdapat 7 orbital

Jadi, pada subkulit s(l = 0) hanya terdapat 1 orbital
pada subkulit p(l = 1 ) terdapat 3 orbital
pada subkulit d(l = 2) terdapat 5 orbital
pada subkulit f(l = 3) terdapat 7 orbital

Bilangan Kuantum Spin (s)

Bilangan kua spin adalah bilangan yang menyatakan arah perputaran elektron pada sumbunya. Arah perputaran elektron hanya ada dua kemungkinan, yaitu

1. Perputaran searah jarum jam ditandai dengan s = +1/2 atau dengan tanda panah ke atas ↑
2. Perputaran berlawanan jarum jam ditandai dengan s = -1/2 atau dengan tanda panah ke bawah ↓

arah putar elektron (spin)