Jelaskan Empat Bilangan Kuantum yang Digunakan untuk Mengkarakterisasi Elektron dalam Atom

Bilangan kuantum adalah nilai yang menggambarkan energi atau keadaan energi elektron atom. Angka-angka menunjukkan spin elektron, energi, momen magnetik dan momen sudut. Menurut Universitas Purdue, bilangan kuantum berasal dari model Bohr, persamaan gelombang Hw = Ew Schrödinger, aturan Hund dan teori orbital Hund-Mulliken. Untuk memahami bilangan kuantum yang menggambarkan elektron dalam sebuah atom, akan sangat membantu jika Anda memahami istilah dan prinsip fisika dan kimia terkait.

Elektron berputar dalam kulit atom yang disebut orbital. Ditandai dengan “n”, bilangan kuantum utama menunjukkan jarak dari inti atom ke elektron, ukuran orbital dan momentum sudut azimut, yang merupakan bilangan kuantum kedua yang diwakili oleh "ℓ." Bilangan kuantum utama juga menggambarkan energi orbital karena elektron berada dalam keadaan gerak yang konstan, memiliki muatan yang berlawanan, dan tertarik ke inti. Orbital di mana n=1 lebih dekat ke inti atom daripada orbital di mana n=2 atau angka yang lebih tinggi. Ketika n=1, sebuah elektron berada dalam keadaan dasar. Ketika n=2, orbital berada dalam keadaan tereksitasi.

Diwakili oleh “ℓ”, bilangan kuantum sudut, atau azimut, mengidentifikasi bentuk orbital. Ini juga memberi tahu Anda suborbital mana, atau lapisan kulit atom, tempat Anda dapat menemukan elektron. Universitas Purdue mengatakan bahwa orbital dapat memiliki bentuk bola di mana =0, ​​bentuk kutub di mana =1 dan bentuk daun semanggi di mana =2. Bentuk daun semanggi yang memiliki kelopak ekstra ditentukan oleh =3. Orbital dapat memiliki bentuk yang lebih kompleks dengan kelopak tambahan. Bilangan kuantum sudut dapat memiliki bilangan bulat antara 0 dan n-1 untuk menggambarkan bentuk orbital. Ketika ada sub-orbital, atau subkulit, sebuah huruf mewakili setiap jenis: “s” untuk =0, “p” untuk =1, “d” untuk =2 dan “f” untuk =3. Orbital dapat memiliki lebih banyak subkulit yang menghasilkan bilangan kuantum sudut yang lebih besar. Semakin besar nilai subkulit, semakin energinya. Ketika =1 dan n=2, subkulit adalah 2p karena angka 2 mewakili bilangan kuantum utama dan p mewakili subkulit.

Bilangan kuantum magnetik, atau "m", menggambarkan orientasi orbital berdasarkan bentuk (ℓ) dan energinya (n). Dalam persamaan, Anda akan melihat bilangan kuantum magnetik yang dicirikan oleh huruf kecil M dengan subskrip, m_{ℓ}, yang memberi tahu Anda orientasi orbital dalam sub-level. Universitas Purdue menyatakan bahwa Anda memerlukan bilangan kuantum magnetik untuk setiap bentuk yang bukan bola, di mana =0, ​​karena bola hanya memiliki satu orientasi. Di sisi lain, "kelopak" orbital dengan bentuk daun semanggi atau kutub dapat menghadap ke arah yang berbeda, dan bilangan kuantum magnetik menunjukkan ke arah mana mereka menghadap. Alih-alih memiliki bilangan integral positif berurutan, bilangan kuantum magnetik dapat memiliki nilai integral -2, -1, 0, +1 atau +2. Nilai-nilai ini membagi sub-kulit menjadi orbital individu yang membawa elektron. Selain itu, setiap subkulit memiliki orbital 2ℓ+1. Oleh karena itu, subkulit s, yang sama dengan bilangan kuantum sudut 0, memiliki satu orbital: (2x0)+1=1. Subkulit d, yang sama dengan bilangan kuantum sudut 2, akan memiliki lima orbital: (2x2)+1=5.

Prinsip Pengecualian Pauli mengatakan bahwa tidak ada dua elektron yang memiliki nilai n,, m atau s yang sama. Oleh karena itu, hanya maksimal dua elektron yang dapat berada dalam orbital yang sama. Ketika ada dua elektron dalam orbital yang sama, mereka harus berputar ke arah yang berlawanan, karena mereka menciptakan medan magnet. Bilangan kuantum spin, atau s, adalah arah putaran elektron. Dalam persamaan, Anda mungkin melihat angka ini diwakili oleh huruf kecil m dan huruf kecil subskrip s, atau m_{s}. Karena elektron hanya dapat berputar di salah satu dari dua arah - searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam - angka yang mewakili s adalah +1/2 atau -1/2. Para ilmuwan dapat menyebut putaran sebagai "naik" ketika berlawanan arah jarum jam, yang berarti bilangan kuantum putaran adalah +1/2. Saat putaran "turun", ia memiliki nilai m_{s} -1/2.