Konsep Bilangan Kuantum Spin

Menurut model atom Bohr, Atom Hidrogen dapat digambarkan sebagai sebuah proton yang dikelilingi oleh sebuah elektron pada lintasan stasioner. Ketika elektron berpindah lintasan dari kulit M ke kulit L, seberkas sinar akan terpancar. Apabila diamati menggunakan spektograf, pada pelat film akan terlihat garis berwarnah merah. Garis ini sering disebut sebagai Balmer-α atau H-alfa. Panjang gelombang dari sinar ini dapat dihitung menggunakan teori atom Bohr, dan persamaan Schrodinger. Keduanya akan menghasilkan nilai yang relatif sama.

Namun, ketika layar pada spektograf memiliki resolusi yang sangat tinggi. Ternyata, garis merah H-alfa sebenarnya terdiri dari 2 garis yang sangat berdekatan. Fenomena ini juga terlihat pada atom Deutrium. Artinya, di sana terdapat 2 panjang gelombang yang berbeda, bukan 1 nilai seperti yang diperkirakan oleh Teori atom Bohr. Fenomena ini juga sering disebut sebagai struktur halus pada spektrum. Jika diukur keduanya terpisah sejauh 0.016 nanometer. Dari sini, Wolfgang Pauli mengusulkan akan adanya bilangan kuantum keempat, yaitu: Bilangan Kuantum Spin. Sering disimbolkan sebagai m_s.

Bilangan kuantum ini menyatakan momentum sudut intriksik dari elektron, atau gerakan elektron pada porosnya sendiri. Untuk memahami pernyataan Pauli ini, perhatikan ilustrasi berikut. Elektron yang berputar mengitari nukleus akan menghasilkan medan magnet, arahnya adalah ke atas. Sebut saja sebagai L.

Elektron juga berputar pada porosnya sendiri. Ketika berotasi berlawanan arah gerak jarum jam medan magnet ke bawah akan terbentuk. Sering disebut sebagai spin down. Nilai bilangan kuantum spin adalah -½. Sebaliknya, Ketika berotasi searah gerak jarum jam, medan magnet ke atas akan terbentuk. Sering disebut sebagai spin up. Nilai bilangan kuantu adalah +½. Sekarang gabungkan kedua gerakan ini. Pada lintasan yang sama, medan magnet L, dan medan magnet S bisa memiliki arah yang berbeda.

Jika L dan S searah maka tingkat energi akan meningkat. Sedangkan jika L dan S berlawanan arah maka tingkat energi akan berkurang. Jika digambar sebagai tingkat energi. orbital 2p bisa memiliki 2 kemungkinan, 2p_3/2 untuk spin up dan 2p_1/2 untuk spin down. So, ketika elektron berpindah dari 3s menuju 2p akan menghasilkan 2 sinar yang berbeda. namun memiliki perbedaan yang sangat tipis. Hal ini sesuai dengan hasil dari percobaan. Sebagai kesimpulan, Bilangan Kuantum Spin memiliki 2 nilai, yaitu: +½ dan -½. masing-masing menunjukkan arah putaran dari elektron pada porosnya sendiri.