Teori Atom dan Mekanika Kuantum – Setelah model atom berkembang, muncul teori baru yang bernama mekanika kuantum. Teori ini lebih kompleks dan detail dalam menjelaskan posisi elektron dan energinya. Di dalam teori ini kita akan memahami mekanika kuantum, radiasi elektromagnetik, model atom, dan orbital.
Mekanika Kuantum
Sifat-sifat atom dapat dijelaskan oleh Max Planc dalam teorinya yang sangat terkenal yaitu teori kuantum atau mekanika kuantum. Sebelum itu terlebih dahulu kita harus memahami teori tentang gelombang. Getaran yang merambat disebut dengan gelombang. Jika dapat merambat artinya energi bisa diteruskan. Kecepatannya bergantung pada jenis maupun sifat medium perambatan.
Kecepatan gemlombang juga dipengarhui oleh panjang gelombang, frekuensi, dan amplitudo. Terdapat hubungan antara panjang gelombang dengan frekuensi yaitu kecepatan merupakan hasil perkalian dari panjang gelombang dengan frekuensi.
Radiasi Elektromagnetik
Radiasi elektromagnetik dapat bergerak melalui ruang hampa dengan kecepatan cahaya (300.000 km/s). namun kecepatan ini bisa berubah jika medium diubah. Gelombang seperti sinar matahari, sinar X, dan gelombang radio merupakan contoh gelombang elektromagnetik. Panjang gelombang juga bervariasi. Gelombang yang dipancarkan atom atau molekul adalah gelombang yang pendek.
Jika suatu unsur dipanaskan maka akan memancar cahaya dengan warna yang berbeda-beda. Oleh karena itu didapatkan bahwa setiap unsur menghasilkan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang tertentu. berbeda dengan matahari yang menghasilkan spektrum lengkap (kontinu). Spektrum yang dihasilkan dari atom hanya berupa spektrum garis yang dihasilkan karena atom memancarkan radiasi elektromagnetik.
Menurut Planc, atom hanya menyerap maupun memancarkan energi dalam paket tertentu yang disebut dengan ‘kuanta’, sedangkan ‘kuantum’ adalah paket gelombang terkecil yang bisa diserap oleh atom. Disinilah akhirnya lahir teori mekanika kuantum yang dinyatakan dengan rumus :
E=hf
E adalah energi, h adalah tetapan Planck (6,626 × 10–34 J.s), dan f adalah frekuensi.
Teori niels Bohr juga digunakan, menurutnya, spektrum dihasilkan karena elektron berpindah dari kulit yang berenergi rendah ke energi yang lebih tinggi yang disebut dengan eksitasi. Namun kelemahan teori Bohr adalah ia hanya dapat menjelaskan spektrum atom-atom kecil seperti hidrogen dan gagal menjelaskan spektrum atom yang memiliki elektron banyak (Baca: Partikel Penyusun Atom).
Model Atom Mekanika Gelombang
Menurut Louis de Broglie, materi dapat bersifat sebagai partikel dan gelombang (sifat dualisme). Karena sifat dualisme ini, maka letak maupun kecepatan elektron tidak bisa dipastikan. Keadaan inipun dikenal dengan istilah prinsip ketidapastian Heisenberg. Kemudian diketahui bahwa lintasan elektron bukan melingkar seperti yang digambarkan Niels Bohr namun mengikuti pola gelombang yang diam.
Seorang ilmuan dari Austria bernama Schrödinger membuat perhitungan matematika untuk menjelaskan lintasan elektron atau orbital. Kemudian dihasilkan 3 bilangan yang mampu mendeskripsikan orbital elektron menjadi lebih jelas.
1. Bilangan Kuantum Utama (n)
Bilangan kuantum utama digunakan untuk menentukan besarnya tingkat energi elektron yang digunakan untuk mencirikan ukuran orbital. Didapatkan bahwa bilangan n ini adalah bilangan bulat dari 1 hingga tidak terhingga. Misalnya n=1, maka terletak di kulit K, n=2 maka terletak di kulit L, n=3 maka terletak di kulit M.
2. Bilangan Kuantum Azimut (l)
Bilangan ini disebut juga sebagai momentum sudut yang bisa memberi informasi tentang bagaimana bentuk orbital. Nilainya tergantung pada nilai kunatum utama (n). Nilai n tertentu akan menghasilakan bilangan l dari nol hinga n-1.
Misalnya n=1 menjadi 1-1=0, subkulit ini dilampangkan dengan huruf s. Sedangkan n=2 menjadi 2-1=1, subkulit ini dilambangkan dengan huruf p. Jika n=3 menjadi 3-1=2, subkulit ini dilambangkan dengan huruf d. Dan jika n=4 menjadi 4-1=3, subkulit ini dilambangkan dengan huruf d.
3. Bilangan Kuantum Magnetik (m)
Bilangan kuantum magnetik dapat menentukan arah orientasi dari suatu orbital di dalam sebuah ruang, dan relatif terhadap orbital lainnya. Bilangan ini dapat ditunjukkan dengan meletakkan spektrum garis suatu atom tertentu ke dalam medan magnet lalu menghasilkan spektrum tambahan.
4. Bilangan Kuantum Spin (s)
Bilangan kuantum spin adalah bilangan kuantum yang tidak terpengaruh momentum sudut. Nilai bilangan kuantum spin yaitu +1/2 atau -1/2.
Baca lanjutan artikel di atas berjudul Konfigurasi Elektron.
Referensi :
Brady, James E. 1990. General Chemistry, (Principles & Structures). New York: John Wiley and Sons.
Chang, R. 2005. Chemistry. 8th ed. New York: Mc-Graw Hill.
Keenan, Charles E. et. al, – Pudjaatmaka. 1999. Ilmu Kimia Universitas (terjemahan). Jakarta: Erlangga.
