Bilangan Kuantum

I. Standar Kompetensi
Memahami struktur atom untuk meramalkan sifat-sifat periodik unsur, struktur molekul, dan sifat sifat senyawa

II. Kompetensi Dasar
Menjelaskan teori atom Bohr dan mekanika kuantum untuk menuliskan konfigurasi elektron dan diagram orbital serta menentukan letak unsur dalam tabel periodic

III. Indikator
1. Menentukan bilangan kuantum (kemungkinan elektron berada)
2. Menjelaskan kulit dan sub kulit serta hubungannya dengan bilangan kuantum

IV. Materi
Ada empat bilangan kuantum yang akan kita kenal, yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangn kuantum Azimut (l), bilangan kuantum magnetic (m) dan bilangan kuantum spin (s).

A. Bilangan Kuantum Utama (n)
Lambang dari bilangan kuantum utama adalah “n” (en kecil). Bilangan kuantum utama menyatakan kulit tempat ditemukannya elektron yang dinyatakan dalam bilangan bulat positif. Nilai bilangan itu di mulai dari 1, 2, 3 dan seterusnya.
Jenis kulit-kulit dalam konfigurasi elektron dilambagkan dengan huruf K, L, M, N dan seterusnnya. Kulit yang paling dekat dengan inti adalah kulit K dan bilangan kuantum kulit ini = 1. Kulit berikutnya adalah L yang mempunyai bilangan kuantum utama = 2 dan demikian seterusnya untuk kulit-kulit berikutnya. Untuk lebih jelasnya coba perhatikan tabel di bawah ini

Dari tabel di atas terlihat bahwa bilangan kuantum utama berhubungan dengan kulit atom sehingga bilangan kuantum utama dapat Anda gunakan untuk menentukan ukuran orbit (jari-jari) berdasarkan jarak orbit elektron dengan inti atom. Kegunaan lainnya, Anda dapat mengetahui besarnya energi potensial elektron. Semakin dekat jarak orbit dengan inti atom maka kekuatan ikatan elektron dengan inti atom semakin besar, sehingga energi potensial elektron tersebut semakin besar.

A.    Bilangan Kuantum Azimut (l)

Bilangan kuantum azimut menyatakan subkulit tempat elektron berada dan bentuk orbital, serta menentukan besarnya momentum sudut elektron terhadap inti. Bilangan kuantum ini berhubungan dengan subkulit atom. Lambang subkulit ini adalah s, p, d, f dan seterusnya. Nilai bilangan kuantum azimut dimulai dari angka nol (0). Jadi secara urut subkulit s mempunyai bilangan kuantum azimut = 0, subkulit p mempunyai bilangan kuantum azimut = 1, subkulit d mempunyai bilangan kuantum azimut = 2 dan demikian seterusnya.

Besarnya bilangan kuantum azimut yang mungkin tergantung pada nilai bilangan kuantum utama (n). Bila n=1, maka hanya ada satu kemungkinan nilai bilangan kuantum azimut yaitu l = 0 karena pada kulit pertama (K) hanya terdiri dari satu subkulit yaitu subkulit s. Sedangkan n=2, maka ada dua subkulit yang mungkin yaitu l = 0 dan l = 1 karena pada kulit kedua (L) ada dua subkulit yaitu sub kulit s dan p.

Bagaimana dengan kulit berikutnya?

Kulit M, maka nilai n = 3 dan l = 0, 1, dan 2 karena mempunyai subkulit s, p, dan d.

Kulit N, maka nilai n = 4 dan l = 0, 1, 2, dan 3 karena mempunyai subkulit s, p, d, dan f.

Jadi nilai bilangan kuantum azimut tidak mungkin sama atau lebih besar dari bilangan kuantum utamanya. Maksimal nilai l = n – 1.

A.    Bilangan Kuantum Magnetik (m)

Bilangan kuantum magnetik menyatakan orbital tempat ditemukannya elektron pada subkulit tertentu dan arah momentum sudut elektron terhadap inti. Sehingga nilai bilangan kuantum magnetik berhubungan dengan bilangan kuantum azimut dan bernilai dari - l hingga + l (l = nilai bilangan kuantum azimutnya).

Misalnya subkulit s mempunyai nilai l = 0 maka bilangan kuantum magnetiknya (m) = 0. Angka nol ini melambangkan satu-satunya orbital yang ada pada subkulit s. Sub kulit p mempunyai nilai l = 1 maka bilangan kuantum magnetiknya = - 1, 0, +1. Angka-angka tersebut melambangkan 3 orbital yang ada pada subkulit p. Subkulit d mempunyai nilai l = 2 maka bilangan kuantum magnetiknya = - 2, - 1, 0, + 1, + 2. Angka-angka tersebut melambangkan 5 orbital yang ada pada subkulit d dan demikian seterusnya.

Bilangan kuantum azimuth mempunyai harga dari 0 sampai dengan (n-1).
n = 1 ; l = 0 ; sesuai kulit K
n = 2 ; l = 0, 1 ; sesuai kulit L
n = 3 ; l = 0, 1, 2 ; sesuai kulit M
n = 4 ; l = 0, 1, 2, 3 ; sesuai kulit N
dan seterusnya

Sub kulit yang harganya berbeda-beda ini diberi nama khusus:

l = 0 ; sesuai sub kulit s (s = sharp)

l = 1 ; sesuai sub kulit p (p = principle)

l = 2 ; sesuai sub kulit d (d = diffuse)

l = 3 ; sesuai sub kulit f  (f = fundamental)

Dari tabel di atas terlihat bahwa nilai magnetik (m) diantara - l sampai + l (l = bilangan kuantum azimut). Nilai bilangan kuantum magnetik suatu elektron tergantung pada letak elektron tersebut dalam orbital. Nama-nama kotak di atas sesuai dengan bilangan kuantum magnetiknya. Dan perlu diingat juga dengan mengabaikan tanda -/+ maka nilai m tidak mungkin lebih besar dari nilai l. 

A.    Bilangan Kuantum Spin (s)

Bilangan kuantum spin menyatakan arah rotasi elektron pada porosnya. Dalam satu orbital dapat berisi elektron tunggal atau sepasang elektron. Ada dua kemungkinan arah rotasi yaitu searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Begitulah elektron yang berotasi, bila searah jarum jam maka memiliki nilai s = + ½ dan dalam orbital dituliskan dengan tanda panah ke atas. Sebaliknya untuk elektron yang berotasi berlawanan arah jarum jam maka memiliki nilai s = - ½ dan dalam orbital dituliskan dengan tanda panah ke bawah.

Dari uraian arah rotasi maka kita dapat mengetahui bahwa dalam satu orbital atau kotak maksimum memiliki 2 elektron. Bila dalam orbital terdiri dari satu elektron maka nilai s = + ½ karena elektron tersebut berputar searah jarum jam. Dan bila dalam orbital terdiri dari 2 elektron maka nilai s = - ½ karena menunjukkan elektron tersebut merupakan pasangan elektron sebelumnya yang berputar searah jarum jam sehingga mempunyai perputaran sebaliknya yaitu berlawanan dengan arah jarum jam.

•       Azas Larangan Pauli

W. Pauli (1924) mengemukakan Azas Larangan Pauli “Tidak boleh ada elektron dalam satu atom yang memiliki ke empat bilangan kuantum yang sama”.

•       Fungsi Bilangan Kuantum

Keempat bilangan kuantum tersebut digunakan untuk menunjukkan letak elektron terakhir (terluar) dari suatu atom. Dimulai dari letak kulit atom (bilangan kuantum utama), subkulit atom (bilangan kuantum azimut), letak orbital (bilangan kuantum magnetik) hingga perputaran elektronnya (bilangan kuantum spin). Sehingga bilangan kuantum ini bersifat spesifik sesuai dengan azas larangan pauli. Selanjutnya kita gabungkan keempat bilangan kuantum tersebut untuk menentukan identitas suatu elektron. Agar dapat menentukan dengan tepat maka kita harus paham dengan konfigurasi elektron dan diagram orbital terlebih dahulu.

Sebagai contoh konfigurasi elektron dan diagram orbital dari sulfur (S) seperti di bawah ini:

Untuk menentukan bilangan kuantum dari elektron terakhirnya kita cukup memperhatikan subkulit terluarnya yakni 3p :

Penggambaran elektron terakhir yang diberi tanda merah. Elektron tersebut terletak pada kulit 3 berarti bilangan kuantum utamanya (n) = 3. Terletak di subkulit p berarti bilangan kuantum azimutnya (l) = 

1. Sedangkan untuk menentukan bilangan kuantum magnetiknya kita perlu menamai tiap-tiap orbital dalam subkulit 3p tersebut yakni angka yang berwarna hijau. Sesuai dengan diagram di atas maka nilai bilangan kuantum magnetiknya (m) = - 1. Dan karena tanda panahnya ke bawah maka bilangan kuantum spinnya (s) = - ½ .

Contoh soal:

1.      Berapakah harga bilangan kuantum dari atom X yang memiliki nomor atom?

Jawaban

Atom dengan no atom 20 mempunyai konfigurasi electron sebagai berikut,

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

Electron terluar berada di orbital 4s sehingga

Bilangan kuantum utamanya, n = 4

Bilangan kuantum azimutnya, l=0 (ingat orbital s nilai l nya adalah 0)

Bilangan kuantum magnetiknya, m=0

Bilangan kuantum spinnya adalah, s = =1/2 atau -1/2

Jadi electron terluat atom tersebut memiliki konfigurasi electron sebagai berikut

n=4 l=0 m=0 s=+1/2 atau n=4 l=0 m=0 s=-1/2

Jawaban D

I.              Evaluasi

1.      Tentukan nomor atom, jika diketahui bilangan kuantum elektron terakhirnya sebagai berikut:
n = 3; l = 1; m = +1; s = +½

2.      Tentukan bialangan kuantum dari unsur berikut:

a.       ₁₇Cl

b.      ₁₉K

c.       ₃₆Kr

II.           Daftar Pustaka

Purba, Michael. 2006. Kimia  untuk SMA Kelas XI Semester 1. Jakarta: Erlangga

Harnanto, Ari dan Ruminten. 2009. Kimia 2Untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional

Tata Nama Senyawa Turunan Alkana

 

Pertemuan Pertama

Standar Kompetensi : Memahami senyawa organik dan reaksinya, benzena dan turunannya, dan makromolekul

Kompetensi Dasar     : Mendeskripsikan struktur, cara penulisan, tata nama senyawa karbon (alkanol, alkoksi alkana, dan alkanal)

Alokasi Waktu           : 2 x 45 menit

4.1. GUGUS FUNGSI

Apa yang dapat Anda simpulkan dari pengamatan dua senyawa di atas? Kedua senyawa di atas mempunyai jumlah atom C dan H sama, tetapi mempunyai sifat yang berbeda. Perbedaan sifat kedua senyawa di atas disebabkan oleh satu atom H pada etana digantikan oleh gugus –OH. Gugus –OH inilah yang menyebabkan perbedaan sifat antara etana dengan etanol. Gugus –OH ini dikenal dengan sebutan gugus fungsi.

Gugus fungsi adalah atom atau gugus atom yang menjadi ciri khas suatu deret homolog. Setiap senyawa karbon yang mempunyai gugus fungsi berbeda akan mempunyai sifat yang berbeda pula. Berikut ini beberapa gugus fungsi dari senyawa turunan alkana yang akan kita pelajari pada bab-bab selanjutnya.

4.2. TATA NAMA SENYAWA TURUNAN ALKANA

A.    ALKOHOL

Alkohol merupakan senyawa turunan alkana yang mengandung gugus fungsi – OH. Contoh rumus struktur salah satu jenis alkohol, yaitu metanol seperti tampak pada gambar 4.1. Senyawa alkohol sudah banyak dikenal dan dimanfaatkan oleh manusia, baik dalam bentuk minuman, makanan, maupun untuk kepentingan medis. Beberapa jenis makanan dan minuman beralkohol yang banyak dikonsumsi orang dihasilkan dari hasil fermentasi karbohidrat, misalnya tape singkong, minuman anggur, dan lain-lain.

1. Rumus Umum Alkohol
Perhatikan rumus struktur senyawa karbon berikut.

Apa yang Anda simpulkan? Karena rumus umum alkana adalah CnH2n+2, maka rumus umum alkohol (alkanol) adalah CnH2n+1OH atau CnH2n+2O.

2. Tata Nama Alkohol

Ada dua cara pemberian nama pada alkohol, yaitu:

a.  Penamaan secara trivial, yaitu dimulai dengan menyebut nama gugus alkil yang terikat pada gugus –OH kemudian diikuti kata alkohol.

b. Penamaan secara sistem IUPAC, yaitu dengan mengganti akhiran a pada alkana dengan akhiran ol (alkana menjadi alkanol)

Bagaimana cara memberi nama senyawa alkanol yang mempunyai cabang gugus alkil? Perhatikan aturan penamaan alkanol berikut ini!

c.  Urutan Penamaan Senyawa Alkohol menurut IUPAC

1)      Menentukan rantai induk, yaitu rantai karbon terpanjang yang mengandung gugus – OH, selain itu atom karbon lain sebagai cabang.

2)      Memberi nomor pada rantai induk yang dimulai dari salah satu ujung rantai, sehingga posisi gugus – OH mendapat nomor terkecil. (Perhatikan tidak harus nomor satu!!!)

3)      Urutan penamaan

·                     nomor atom C yang mengikat cabang

·                     nama cabang: CH3 (metal), C2H5 (etil)

·                     nama rantai induk (alkanol)

B.    ETER1. Rumus Umum

Eter atau alkoksi alkana merupakan turunan alkana yang mempunyai struktur berbeda dengan alkohol. Eter mempunyai rumus umum R–O–R′. Dengan gugus fungsi –O– yang terikat pada dua gugus alkil. Gugus alkil yang terikat dapat sama dan dapat berbeda. Beberapa contoh senyawa eter seperti pada tabel 4.3 berikut.

       2. Tata Nama

Ada dua cara pemberian nama eter, yaitu:
a. Penamaan secara trivial dimulai dengan menyebut nama alkil yang terikat pada gugus –O– kemudian diikuti oleh kata eter.
b. Penamaan berdasarkan IUPAC, yaitu dengan mengganti akhiran ana pada alkana asal dengan akhiran oksi.

Contoh pemberian nama pada eter seperti pada tabel 4.4.

C.    ALDEHID (ALKANAL)

Aldehid atau alkanal adalah senyawa turunan alkana dengan gugus

1. Rumus Umum

Perhatikan rumus struktur beberapa aldehid pada tabel 4.5 berikut.

Dari contoh-contoh di atas, maka dapat disimpulkan rumus umum aldehid atau alkanal adalah CnH2nO.

             

        2. Tata Nama
        a. Nama IUPAC

Nama aldehid sebagai turunan dari alkana diturunkan dari nama alkana dengan mengganti akhiran a dengan al.

Tata nama senyawa aldehid dengan rantai cabang sama seperti tata nama alkohol, tetapi posisi gugus fungsi –CHO tidak perlu dinyatakan karena selalu menjadi atom karbon nomor satu

      b. Nama Lazim (Trivial)

     Contoh penamaan aldehid secara trivial seperti pada tabel 4.6.

Pertemuan Kedua

Standar Kompetensi : Memahami senyawa organik dan reaksinya, benzena dan turunannya, dan makromolekul

Kompetensi Dasar     : Mendeskripsikan struktur, cara penulisan, tata nama senyawa karbon (alkanon, alkanoat, alkil alkanoat, dan haloalkana)

Alokasi Waktu            : 2 x 45 menit

D.    KETON
1. Rumus Umum

Keton memiliki rumus umum yang mirip dengan aldehid, hanya dengan mengganti satu atom H yang terikat pada gugus karbonil dengan gugus alkil. Rumus umum keton CnH2nO. Perhatikan beberapa senyawa keton berikut.

     Dari tabel 4.7 tersebut terlihat bahwa gugus karbonil (–CO–) mengikat dua gugus alkil (R) yang sama atau tidak sama, sehingga senyawa keton mempunyai rumus struktur:

        2.  Tata Nama

Ada dua cara pemberian nama alkanon (keton), yaitu cara trivial dan sistem IUPAC.
 a. Cara Trivial

Menyebut dulu gugus alkil yang terikat pada atom C gugus karbonil kemudian diikuti kata keton. Penyebutan gugus alkil mengikuti urutan abjad.

Contoh:

     b.      Sistem IUPAC

1). Menentukan rantai induk, yaitu rantai atom C terpanjang yang mengandung gugus karbonil 

    2).      Memberi nomor dari salah satu ujung sehingga atom C pada gugus karbonil mendapat nomor terkecil.

    3).      Urutan penamaan:

·         Nomor cabang

·         Nama cabang

·         Nomor atom C gugus karbonil 

·         Nama rantai induk (alkanon)

E.    ASAM KARBOKSILAT

        Asam karboksilat merupakan senyawa asam dengan gugus fungsi karboksil Gugus fungsi karboksil merupakan gabungan dari gugus karbonil dengan gugus hidroksil (–OH). Golongan senyawa ini paling awal diselidiki oleh para ilmuwan kimia karena banyak terdapat di alam. Beberapa asam karboksilat biasa yang penting tercantum pada table 4.9 berikut.

Asam karboksilat merupakan senyawa turunan alkana, sehingga cara penamaannya menjadi asam alkanoat.

1.      Rumus Umum

Perhatikan rumus struktur beberapa senyawa asam karboksilat pada tabel 4.10 berikut.

Berdasarkan tabel 4.10 terlihat jelas bahwa perbandingan atom C : H selalu 1 : 2, maka rumus umum asam karboksilat (asam alkanoat) adalah CnH2nO2.

2.      Tata Nama

Ada dua cara pemberian nama pada asam karboksilat, yaitu:

a.      Cara Trivial

Nama trivial asam karboksilat biasanya didasarkan pada nama sumbernya, bukan berdasarkan strukturnya. Hal ini karena banyaknya asam karboksilat yang telah dikenal orang sejak lama, seperti terlihat pada tabel 4.11.

b.      Sistem IUPAC

Nama asam alkanoat diturunkan dari nama alkana yang sesuai dengan mengganti akhiran a menjadi oat dan diawali kata asam.

c.      Cara penamaam asam alkanoat adalah:

1) Menentukan rantai induk, yaitu rantai C terpanjang yang mengandung gugus karboksil 

2) Penomoran dimulai dari atom C gugus fungsi (atom C gugus 

selalu menjadi nomor 1 sehingga posisi gugus karboksiltidak perlu dinyatakan).

3)      Urutan penamaan:

Asam(nomor cabang)-(nama cabang)(alkanoat)

F.    ESTER

Dalam kehidupan sehari-hari kita sering mengkonsumsi berbagai macam minuman rasa buah yang mungkin kebanyakan tidak benar-benar berasal dari buah asli tetapi hanya dicampuri essens (aroma buah). Essens terbuat dari senyawa ester yang aromanya bermacam-macam tergantung ester  penyusunnya. Beberapa ester dan aroma karakteristiknya sebagaimana tercantum pada table 4.12 di bawah ini.

Ester atau alkil alkanoat merupakan senyawa karbon turunan asam karboksilat. Ester mempunyai rumus struktur:

1.      Rumus Umum

Perhatikan beberapa rumus struktur senyawa ester pada tabel 4.13 berikut.

Dari tabel 4.13 dapat disimpulkan bahwa rumus umum ester adalah CnH2nO2.

2.      Tata Nama

Ester mempunyai nama IUPAC alkil alkanoat. Tata nama ester hampir sama dengan tata nama asam karboksilat, tetapi nama asam diganti dengan nama alkil dari R′ karena atom H dari gugus –OH diganti dengan gugus alkil.

G.    HALOALKANA

Haloalkana merupakan salah satu senyawa turunan alkana. Haloalkana mempunyai rumus struktur yang sama dengan alkana, hanya satu atau lebih atom H-nya diganti oleh atom halogen (X = F, Cl, Br, I).

1.      Tata Nama Haloalkana

Tata nama haloalkana dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu:

a.      Tata Nama IUPAC

Haloalkana merupakan nama IUPAC. Sedangkan urutan cara penamaannya sebagai berikut:

1)      Menentukan rantai induk, yaitu rantai karbon terpanjang yang mengandung atom halogen (X = F, Cl, Br, I).

2)      Memberi nomor. Penomoran dimulai dari salah satu ujung rantai sedemikian sehingga posisi atom halogen mendapat nomor terkecil.

Catatan: Jika terdapat lebih dari satu atom halogen, maka prioritas penomoran didasarkan kereaktifannya, yaitu F, Cl, Br, I.

3)      Gugus alkil selain rantai induk dan atom halogen sebagai cabang.

b.      Tata Nama Trivial (lazim)

Nama lazim monohaloalkana adalah alkilhalida.

Rangkuman

1.      Gugus fungsi adalah atom atau gugus atom yang menjadi ciri khas suatu deret homolog. Setiap senyawa karbon yang mempunyai gugus fungsi berbeda akan mempunyai sifat yang berbeda pula.

2.      Eter atau alkoksi alkana merupakan turunan alkana yang mempunyai struktur berbeda dengan alkohol. Eter mempunyai rumus umum R–O–R′. Dengan gugus fungsi –O– yang terikat pada dua gugus alkil.

3.      Aldehida atau alkanal adalah senyawa turunan alkana dengan gugus fungsi –CHO. Rumus struktur aldehida adalah R – CHO dan rumus umum aldehida atau alkanal adalah CnH2nO

4.      Keton memiliki rumus umum yang mirip dengan aldehida, hanya dengan mengganti satu atom H yang terikat pada gugus karbonil dengan gugus alkil. Rumus umum keton CnH2nO.

5.      Asam karboksilat merupakan senyawa asam dengan gugus fungsi karboksil (–COOH). Gugus fungsi karboksil merupakan gabungan dari gugus karbonil (–C = O) dengan gugus hidroksil (–OH).

6.      Ester atau alkil alkanoat merupakan senyawa karbon turunan asam karboksilat. Ester mempunyai rumus struktur:

7. Ada dua system penamaan yaiutu cara travial (nama lazim) dan system IUPAC

Evaluasi

1.      Tuliskan nama IUPAC senyawa berikut:

2.      Tuliskan rumus struktur dari senyawa berikut:

a.       2,3-dimetil butanol

b.      3-etil-4-metil pentanal

c.       4-etil-3-meil-2-heksanon

Daftar Pustaka

Purba, Michael. 2007. Kimia  untuk SMA Kelas XII. Jakarta: Erlangga

Utami, Budi dkk. 2009. K i m i a untuk SMA dan MA Kelas XII Program Ilmu Alam. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional

Pangajuanto, Teguh dan Tri Rahmidi. 2009. Kimia 3 untuk SMA/MA Kelas XII. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional