Empat Jenis Orbital & Bentuknya

Atom terdiri dari inti berat yang dikelilingi oleh elektron ringan. Perilaku elektron diatur oleh aturan mekanika kuantum. Aturan tersebut memungkinkan elektron untuk menempati daerah tertentu yang disebut orbital. Interaksi atom hampir secara eksklusif melalui elektron terluarnya, sehingga bentuk orbital tersebut menjadi sangat penting. Misalnya, ketika atom dibawa bersebelahan, jika orbital terluarnya tumpang tindih maka mereka dapat menciptakan ikatan kimia yang kuat; jadi beberapa pengetahuan tentang bentuk orbital penting untuk memahami interaksi atom.

Fisikawan telah merasa nyaman menggunakan singkatan untuk menggambarkan karakteristik elektron dalam atom. Singkatan adalah dalam hal bilangan kuantum; angka-angka ini hanya bisa berupa bilangan bulat, bukan pecahan. Bilangan kuantum utama, n, berhubungan dengan energi elektron; maka ada bilangan kuantum orbital, l, dan bilangan kuantum momentum sudut, m. Ada bilangan kuantum lain, tetapi tidak berhubungan langsung dengan bentuk orbital. Orbital bukanlah orbit, dalam arti sebagai jalur di sekitar nukleus; sebaliknya, mereka mewakili posisi di mana elektron paling mungkin ditemukan.

Untuk setiap nilai n, ada satu orbital di mana l dan m sama dengan nol. Orbital itu adalah bola. Semakin tinggi nilai n, semakin besar bola — yaitu, semakin besar kemungkinan elektron akan ditemukan lebih jauh dari nukleus. Bola tidak sama padatnya; mereka lebih seperti cangkang bersarang. Untuk alasan historis, ini disebut orbital s. Karena aturan mekanika kuantum, elektron dengan energi terendah, dengan n=1, harus memiliki l dan m sama dengan nol, jadi satu-satunya orbital yang ada untuk n=1 adalah orbital s. Orbital s juga ada untuk setiap nilai n lainnya.

Ketika n lebih besar dari satu, lebih banyak kemungkinan terbuka. L, bilangan kuantum orbital, dapat memiliki nilai apa pun hingga n-1. Ketika l sama dengan satu, orbital tersebut disebut orbital p. Orbital P terlihat seperti halter. Untuk setiap l, m bergerak dari l positif ke negatif dalam langkah satu. Jadi, untuk n=2, l=1, m bisa sama dengan 1, 0, atau -1. Itu berarti ada tiga versi orbital p: satu dengan dumbbell naik dan turun, satu lagi dengan dumbbell kiri-ke-kanan, dan satu lagi dengan dumbbell di sudut kanan ke kedua yang lain. Orbital P ada untuk semua bilangan kuantum utama yang lebih besar dari satu, meskipun mereka memiliki struktur tambahan karena n semakin tinggi.

Saat n=3, maka l bisa sama dengan 2, dan saat l=2, m bisa sama dengan 2, 1, 0, -1, dan -2. Orbital l=2 disebut orbital d, dan ada lima orbital berbeda yang sesuai dengan nilai m yang berbeda. Orbital n=3, l=2, m=0 juga terlihat seperti halter, tetapi dengan donat di tengahnya. Empat orbital d lainnya terlihat seperti empat telur yang ditumpuk di ujung dalam pola persegi. Versi yang berbeda hanya memiliki telur yang menunjuk ke arah yang berbeda.

Orbital n=4, l=3 disebut orbital f, dan sulit untuk dijelaskan. Mereka memiliki beberapa fitur yang kompleks. Misalnya, n=4, l=3, m=0; m=1; dan orbital m=-1 berbentuk seperti halter lagi, tetapi sekarang dengan dua donat di antara ujung barbel. Nilai m lainnya terlihat seperti bundel delapan balon, dengan semua simpulnya diikat menjadi satu di tengah.

Matematika yang mengatur orbital elektron cukup rumit, tetapi ada banyak sumber online yang menyediakan realisasi grafis dari orbital yang berbeda. Alat-alat tersebut sangat membantu dalam memvisualisasikan perilaku elektron di sekitar atom.