TEORI ATOM MEKANIKA KUANTUM KIMIA ANORGANIK 1

Mekanika kuantum adalah cabang dasar fisika yang menggantikan mekanika klasik pada tataran atom dan subatom Konsep ini cukup revolusioner, karena bertentangan dengan fisika klasik Catatan : mekanika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari gerak suatu benda Mekanika Kuantum

Hukum-hukum mekanika klasik (hukum- hukum Newton) hanya berlaku untuk benda-benda makroskopik Tetapi tidak berlaku untuk benda teramat kecil (mikroskopis) seperti atom atau bahkan sub atom seperti elektron

Model atom mekanika kuantum didasarkan pada tiga teori yaitu : Teori dualisme gelombang partikel elektron yang dikemukakan oleh de Broglie pada tahun 1924 Azas ketidakpastian yang dikemukakan oleh Heisenberg pada tahun 1927 Teori persamaan gelombang oleh Erwin Schrodinger pada tahun 1926

TEORI DUALISME GELOMBANG PARTIKEL Elektron dapat bersifat sebagai “gelombang” maupun sebagai “partikel” TEORI DUALISME GELOMBANG PARTIKEL

PRINSIP KETIDAKPASTIAN HEISENBERG “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”. PRINSIP KETIDAKPASTIAN HEISENBERG

Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian ditemukannya elektron disebut orbital Bentuk dan energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger

suatu persamaan yang dikembangkan oeh Erwin Schrodinger untuk mendapatkan fungsi gelombang yang menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi PERSAMAAN GELOMBANG

Energi tidaklah kontinyu tetapi disktrit (terdiri dari bagian-bagian yang kecil) Elektron dapat bersifat sebagai partikel maupun gelombang (dikemukakan oleh de Broglie pada tahun 1924) Gerakan elektron adalah random Adalah tidak mungkin untuk mengetahui posisi partikel dan momentumnya pada saat bersamaan (Prinsip ketidakpastian Heisenberg di tahun 1927) Semakin tepat pengukuran posisi elektron maka semakin tidak tepat pengukuran momentumnya, atau sebaliknya Catatan : momentum adalah besaran yang berhubungan dengan kecepatan dan massa suatu benda. TEORI KUANTUM

Teori atom mekanika kuantum menyempurnakan teori atom bohr dimana elektron tidaklah mengorbit pada lintasan-lintasan tertentu Tetapi elektron-elektron berada dalam orbital-orbital dengan tingkat energi tertentu. Orbital adalah daerah ruang di sekitar inti atom dengan kebolehjadian/peluang terbesar untuk mendapatkan elektron lanjutan

Elektron berada di daerah yang disebut orbital (awan elektron) Analoginya seperti bumi yang diselimuti oleh atmosfer. Catatan : analogi seperti planet-planet mengitari matahari hanya cocok untuk model atom Bohr Model atom modern

lanjutan Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit. Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama. lanjutan

PERBANDINGAN BOHR DAN MODERN No Model Atom Bohr Model Atom Mekanika Kuantum 1 Elektron bergerak dalam lintasannya yang berbentuk lingkaran Electron bergerak dalam orbital dengan melakukan gerak gelombang 2 Electron mengitari inti atom pada lintasan (kulit) dengan tingkat energi tertentu Electron mengitari inti atom pada orbital yang membentuk kulit 3 Posisi sebuah electron yang bergerak mengelilingi inti atom dapat ditentukan Posisi sebuah electron yang bergerak mengelilingi inti atom tidak dapat ditentukan PERBANDINGAN BOHR DAN MODERN

Persamaan Schrodinger Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger. Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi. Persamaan Schrodinger

lanjutan x,y,z : posisi dalam tiga dimensi m : massa : h/2 dimana h : konstanta Planck, E : energi total V : energi potensial  : persamaan gelombang lanjutan

Orbital atom paling sederhana adalah orbital yang dimiliki oleh atom hidrogen dengan 1 elektron Kita menentukan posisi elektron atom H pada suatu waktu tertentu. Segera sesudahnya, kita kembali menentukan posisi elektron ini, dan kita mendapati elektron itu sudah ada di posisi yang berbeda. Pada 95% dari hasil pengamatan, elektron H dapat ditemukan dalam suatu ruang wilayah yang relatif dekat dengan inti atom. Orbital yang dihuni oleh elektron hidrogen ini disebut dengan orbital 1s Atom mirip hidrogen

Orbital atom umumnya dideskripsikan sebagai fungsi gelombang "bak hidrogen" dengan bilangan kuantum n, l, m yang berkorespondensi dengan energi, momentum sudut, dan arah momentum sudut pasangan elektron secara berurutan. Tiap-tiap orbital ditentukan oleh sehimpunan bilangan kuantum yang unik yang secara maksimal hanya dapat menampung dua elektron Bilangan kuantum

l : bilangan kuantum azimut n : bilangan kuantum utama  menunjukkan tingkat energi elektron; kadang-kadang disebut kulit atom, nilainya selalu positif ; 1,2,3,… l : bilangan kuantum azimut  menggambarkan momentum angular/sudut elektron; nilainya dari 0 – (n-1) : 0, 1, 2, 3, ….(n-1) Nama Kulit K L M N O Bilangan kuantum utama (n) 1 2 3 4 5

Gabungan bilangan kuantum n dan l menunjukkan keadaan atomik Nama sub kulit s p d f Bilangan kuantum azimut (l) 0 1 2 3 Gabungan bilangan kuantum n dan l menunjukkan keadaan atomik Hubungan n dan l Orbital s maksimal diisi oleh 2 e p 6 e d 10 e f 14 e l = 0 l = 1 l = 2 l = 3 l = 4 n = 1 n = 2 n = 3 n = 4 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d

Bilangan kuantum azimut Bilangan kuantum magnetik Bilangan kuantum magnetik (m)  menunjukkan arah dari momentum sudut elektron terhadap inti Nilai : - l sampai +l Hubungan l dan m Bilangan kuantum azimut nama orbital Bilangan kuantum magnetik Jumlah orbital s 1 p -1,0,+1 3 2 d -2,-1,0,1,2 5 f -3,-2,-1,0,1,2,3 7

Bilangan kuantum spin  menunjukkan arah perputaran elektron pada sumbunya Dalam satu orbital, maksimum dapat beredar 2 elektron dan kedua elektron ini berputar melalui sumbu dengan arah yang berlawanan, dan masing-masing diberi harga spin +1/2 atau -1/2.

Orbital p Orbital s Orbital f Orbital d

Konfigurasi elektron adalah susunan seluruh elektron yang dimiliki oleh suatu atom di dalam orbital Konfigurasi elektron ini disusun berdasarkan bilangan kuantumnya KONFIGURASI ELEKTRON

Jumlah kandungan elektron pada setiap sub kulit Tingkat energi n Kandungan elektron Jumlah e tiap tingkat n Jumlah e sampai tingkat n s p d f 1 2 6 8 10 3 18 28 4 14 32 60 Jumlah kandungan elektron pada setiap sub kulit

elektron-elektron mulai mengisi orbital dengan tingkat energi terendah Orbital yang memenuhi tingkat energi yang paling rendah adalah 1s dilanjutkan dengan 2s, 2p, 3s, 3p, dan seterusnya Atom C : mempunyai  6 elektron, konfigurasinya 1s2 2s2 2p2 PRINSIP AUFBAU

tidak mungkin di dalam atom terdapat 2 elektron dengan keempat bilangan kuantum yang sama. Hal ini berarti, bila ada dua elektron yang mempunyai bilangan kuantum utama, azimuth dan magnetik yang sama, maka bilangan kuantum spinnya harus berlawanan. PRINSIP PAULI

cara pengisian elektron dalam orbital pada suatu sub kulit ialah bahwa elektron-elektron tidak membentuk pasangan elektron sebelum masing-masing orbital terisi dengan sebuah elektron Contoh: - Atom C dengan nomor atom 6, berarti memiliki 6 elektron dan cara Pengisian orbitalnya adalah: PRINSIP HUND

Berdasarkan prinsip Hund, maka 1 elektron dari lintasan 2s akan berpindah ke lintasan 2pz, sehingga sekarang ada 4 elektron yang tidak berpasangan. Oleh karena itu agar semua orbitalnya penuh, maka atom karbon berikatan dengan unsur yang dapat memberikan 4 elektron. Sehingga di alam terdapat senyawa CH4 atau CCl4,