290: Fisika SMA: Apakah Bilangan Kuantum itu? – Bilangan Kuantum Utama

Perbedaan utama teori kuantum dan teori klasik adalah: pada teori klasik, semua besaran fisis bersifat kontinu sedangkan pada teori kuantum besaran fisis memiliki dua kemungkinan: bisa kontinu dan bisa diskrit.

1. Jika partikel bersifat bebas, maka berdasarkan teori kuantum, besaran fisis yang terkait dengan partikel tersebut bersifat kontinu. Contoh partikel bebas adalah elektron yang bergerak dalam ruang bebas dan tidak merasakan gaya listrik atau gaya magnet.
2. Jika partikel tidak bebas, berdasarkan teori kuantum, besaran fisis yang terkait dengan partikel tersebut bersifat disktrit. Contoh partikel tidak bebas adalah elektron yang mengitari inti atom (tidak bisa lepas dari gaya tarik inti)

Contohnya, orbit elektron yang mengitari inti atom hidrogen. Berdasarkan teori klasik, jari-jari elektron bisa berapa saja asalkan terpenuhi \( k e^2/r^2 = mv^2/r \). Tetapi menurut teori kuantum tidak demikian. Elektron hanya boleh berada pada orbit yang mementum sudutnya merupakan kelipatan bulat dari \( h/2 \pi \). Jadi, elektron akan stabil di orbitnya jika momentum sudutnya adalah \( 1 \times (h/2 \pi) \), \( 3 \times (h/2 \pi) \), \( 3 \times (h/2 \pi) \), …, \( n \times (h/2 \pi) \). Bilangan bulat \( n \) disebut bilangan kuantum.

Bilangan kuantum sebenarnya hanyalah bilangan pengindeks keadaan. Bilangan kuantum menyatakan bahwa elektron atau atom sedang berada di keadaan yang mana. Ini sebenarnya mirip dengan nomor RW dan RT tempat tinggal kita. Nomor RW dan RT setara dengan bilangan kuantum. Dengan adanya nomor RW dan RT kita jadi tahu seseorang tinggal di mana. Dengan adanya bilangan kuantum, kita jadi tahu atom atau elektron sedang berada di mana.

Khusus untuk atom, bilangan kuantum \( n \) sering didefinisikan sebagai bilangan kuantum utama. Orbit paling kecil elekton dalam atom hidrogen berkaitan dengan bilangan kuantum utama \( n = 1 \). Orbit berikutnya berkaitan dengan bilangan kuantum utama \( n = 2 \), dan seterusnya.

Tetnyata keadaan elektron atau atom tidak hanya ditentukan oleh jari-jari lintasan. Ada elektron yang berada padaa lintasan yang sama, tetapi energinya berbeda. Contohnya, pad efek Zeeman satu garis dalam deret Balmer berasal dari loncatan elektron dari satu orbit tertentu ke orbit kedua. Jadi, orbit awal dan orbit akhir sudah tertentu. Bilangan kuantum utama di akhir dan di awal sudah tertentu.

Tetapi, ketika atom ditempatkan dalam medan magnet, satu garis tersebut terpecah. Energi elektron menjadi berubah walaupun masih memiliki bilangan kuantum utama yang sama. Maka perlu indeks lain untuk membedakan elektron yang energinya mengecil dan membesar. Berarti kita perlu bilangan kuantum lain selalin dari bilangan kuantum utama.

Jika merasa bermanfaat, silakan share dan like: