Tingkat energi dan orbital membantu menggambarkan struktur elektronik atom. Mereka menunjukkan bagaimana elektron diatur dalam atom, dan deskripsi energi tersebut berasal dari teori kuantum.
Teori kuantum
Teori kuantum mendalilkan bahwa atom hanya dapat eksis dalam keadaan energi tertentu. Jika sebuah atom, atau elektron melalui korelasi, mengubah keadaan, ia menyerap atau memancarkan sejumlah energi yang sama dengan perbedaan energi antara keadaan.
Energi yang dipancarkan atau diserap dikuantisasi; itu adalah energi yang ditandai dengan jumlah yang pasti . Keadaan energi yang diizinkan ini dapat dijelaskan oleh kumpulan angka yang disebut bilangan kuantum.
Bilangan Kuantum
Susunan elektron dalam atom dapat digambarkan dengan empat bilangan kuantum : n, l , m_l _ dan m s . Ini berhubungan dengan tingkat energi, subkulit elektron, arah orbit dan putaran, masing-masing.
Nomor Kuantum Pertama: Tingkat Energi
Bilangan kuantum pertama dilambangkan dengan n dan merupakan tingkat energi utama.
Definisi tingkat energi utama memberitahu pengamat ukuran orbital dan menentukan energi. Peningkatan n adalah peningkatan energi, dan ini juga berarti elektron semakin jauh dari inti.
Bilangan kuantum pertama hanya dapat mengambil nilai integral, dimulai dengan 1; n = 1, 2, 3, 4 … Setiap tingkat energi juga berhubungan dengan huruf: n = 1 (K), 2 (L), 3 (M), 4 (N) …
Nomor Kuantum Pertama: Perhitungan Orbital dan Elektron
Untuk menghitung jumlah orbital dari bilangan kuantum utama, gunakan n 2 . Ada n 2 orbital untuk setiap tingkat energi. Untuk n = 1, ada 1 2 atau satu orbital. Untuk n = 2, ada 2 2 atau empat orbital. Untuk n = 3 ada sembilan orbital, untuk n = 4 ada 16 orbital, untuk n = 5 ada 5 2 = 25 orbital, dan seterusnya.
Untuk menghitung jumlah maksimum elektron pada setiap tingkat energi, rumus 2 n 2 dapat digunakan, di mana n adalah tingkat energi utama (bilangan kuantum pertama). Misalnya, tingkat energi 1, 2(1) 2 menghitung dua elektron yang mungkin masuk ke tingkat energi pertama.
Nomor Kuantum Kedua: Subkulit Elektron
Bilangan kuantum kedua menunjukkan sublevel dan dilambangkan dengan huruf l . Bilangan kuantum ini menunjukkan subkulit elektron dan bentuk umum awan elektron.
Dua bilangan kuantum pertama saling terkait. Untuk n yang diberikan , l dapat mengambil integral apa pun yang dimulai dengan 0 hingga maksimum ( n – 1); l = 0, 1, 2, 3 …
Tingkat kuantum, l = 0, 1, 2, 3 masing-masing sesuai dengan subkulit elektron s, p, d, f. Bentuk s bulat, p berbentuk angka delapan, dan orbital d dan f memiliki desain yang lebih rumit, sebagian besar melibatkan orbital berbentuk semanggi.
Setiap subkulit elektron dapat berisi sejumlah elektron tertentu, s = 2, p = 6, d = 10 dan f = 14.
Nomor Kuantum Ketiga: Arah Orbital
Bilangan kuantum ketiga m_ l _, menunjukkan bagaimana awan elektron diarahkan di ruang angkasa.
Bilangan kuantum ini dapat memiliki nilai integral apa pun, termasuk 0, antara l dan – l (bilangan kuantum kedua), atau, m_ l = _l … 2, 1, 0, -1, -2 … – l
Untuk l = 0, hanya ada nilai 1 m_l , juga 0. Ini hanya berisi satu orbital. Untuk orbital ap, ml _ = 1 , 0, -1. Ini sesuai dengan tiga orbital p dalam tiga arah yang berbeda, p x , p y , p z , sesuai dengan sumbu x, y dan z tiga dimensi.
Nomor Kuantum Keempat: Putaran Elektron
Angka kuantum keempat menunjukkan putaran searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam.
Elektron adalah partikel bermuatan yang berputar pada sumbu dan karenanya memiliki sifat magnetik. Bilangan kuantum ini tidak terkait dengan n, l , ml l , dan hanya dapat memiliki dua kemungkinan nilai: +1/2 atau -1/2.
Penambahan bilangan kuantum keempat memungkinkan elektron mengisi orbital tanpa melanggar prinsip eksklusi Pauli. Ini menyatakan bahwa tidak ada dua elektron yang dapat memiliki himpunan empat bilangan kuantum yang sama.
Menggunakan Bilangan Kuantum untuk Menghitung Orbital
Ingatlah bahwa mencari jumlah orbital pada suatu tingkat energi dapat diturunkan dengan rumus n 2 . Untuk tingkat energi 3, n = (3) 2 atau sembilan orbital.
Perhitungan yang lebih lengkap dapat dilakukan dengan menggunakan informasi dari bilangan kuantum di atas. Untuk n = 3, nilai l dapat dijumlahkan. Untuk l = 0, hanya ada satu orbital, m l = 0. Untuk l = 1, ada tiga nilai ( ml = −1 , 0 atau +1). Untuk l = 2, ada lima kemungkinan nilai ( ml = −2 , −1, 0, +1 atau +2). Jadi menambahkan kemungkinan memberikan total 1 + 3 + 5 = 9 orbital.
•••statu-nascendi/iStock/GettyImages
