Minggu, 03 Desember 2017
MAKALAH SPEKTRUM ATOMIK
MAKALAH
“SPEKTRUM
ATOMIK”
Dibuat
Untuk Memenuhi Mata Kuliah Fisika Modern
DISUSUN
OLEH :
KELOMPOK
2
DOSEN PENGAMPU :
ALRIZAL, S.Pd, M.Si
PROGRAM
STUDI PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS
KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
JURUSAN
PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS
JAMBI
2017
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT zat
penguasa alam semesta yang telah memberikan taufiq, rahmat, hidayah serta
inayahnya sehingga saya dapat beraktivitas untuk menyusun dan menyelesaikan
makalah yang berjudul “ Spektrum Atomik “ ini. Penyusunan makalah ini bertujuan
untuk memenuhi tugas mata kuliah fisika modern.
Kami
ucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah berperan serta dalam
penyusunan makalah ini dari awal sampai akhir. Semoga Tuhan Yang Maha Esa
senantiasa meridhoi segala usaha kita. Amin . Makalah ini berisi informasi
tentang “ spektrum atomik “.Saya harapkan pembaca dapat mengertahui berbagai
aspek yang berhubungan dengan momentum
sudut dan rotasi benda spektrum atom yang kami bahas ini.
Kami menyadari bahwa makalah ini
masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran dari semua pihak
yang bersifat membangun selalu kami harapkan demi kesempurnaan makalah ini.
Semoga makalah ini bermanfaat bagi kita semua terutama bagi pembaca.
Jambi, Oktober 2017
Penulis
DAFTAR ISI
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Sejarah perkembangan pemahaman struktur
atom sangat penting karena ini adalah usaha sistematis pertama yang melaluinya,
hubungan antara sifat makroskopis materi dan struktur mikroskopisnya
diselidiki. Pada abad ke-19, perusahaan ini didirikan dengan mantap bahwa
materi itu terdiri dari atom dan molekul. Teori kinetik gas yang diberikan
langsung bukti dan informasi realistis mengenai massa dan ukuran atom dan
molekul. Teori kinetik didasarkan pada penerapan hukum mekanika biasa terhadap
gerak molekul dalam gas dan gas menyediakan hubungan antara beberapa sifat
struktural molekul dan sifat gasnya. Penemuan elektron oleh J.J. Thomson (1996)
memberi indikasi bahwa atom memiliki struktur dalam. Hal ini menyebabkan
fisikawan berspekulasi tentang struktur internal atom. Upaya dilakukan di arah
ini dimanifestasikan dalam berbagai model atom (Singh, 2009:379).
Garis-garis
terang pada spektrum cahaya dari suatu gas yang memijar merupakan salah satu
eksperimen yang tidak dapat dijelaskan oleh fisika klasik. Spektrum cahaya dari
pijaran gas yang terurai melalui prisma (terlihat berupa garis-garis terang)
berbeda sekali dengan spektrum cahaya dari pijaran padatan yang mirip pelangi.
Pola spektrum setiap unsur suatu gas memiliki garis-garis yang berbeda, di mana
tidak ada dua unsur yang memiliki pola garis yang sama, sehingga pola spektrum
suatu gas memiliki kharakteristik tersendiri yang berbeda dengan gas lain. Jika
radiasi dari padatan panas dilewatkan melalui gas dingin, maka akan tampak
spektrum garis-garis gelap yang polanya tepat bersesuaian dengan spektrum
garis-garis terang ketika gas tersebut memijar. Jadi frekuensi serapan gas
dingin tepat sama dengan frekuensi pancaran pijaran gas dari unsur yang sama,
maka tingkat energi dalam gas dapat berubah-ubah di mana gas dapat menerima
maupun melepas energi. Eksperimen emisi cahaya dari pijaran gas yang
menampilkan spektrum garis-garis terang telah dipercaya dapat mengandung
informasi fundamental mengenai struktur atom, sehingga emisi cahaya dari suatu
gas akan dapat menyingkap rahasia struktur atom. Penemuan Thomson tentang
partikel bermuatan negatif yang kemudian disebut elektron, telah meningkatkan
kemajuan pesat ilmu pengetahuan fisika khususnya yang menyangkut partikel
elementer penyusun atom. Atom bukan lagi sebagai bagian terkecil dari suatu
unsur karena atom masih dapat dibagi-bagi lagi ke dalam bagian muatan negatif
(elektron) dan muatan positif (inti atom), padahal pada era sebelumnya, Jhon
Dalton berpendapat bahwa atom merupakan bagian terkecil penyusun suatu unsur
atau materi. Penemuan elektron oleh Thomson telah mendorong ilmuwan untuk
mencoba menggambarkan bagaimana hubungan elektron (muatan negatif) dengan inti
atom (muatan positif), bagaimana posisi elektron dalam atom, bagaimana hubungan
posisi elektron dengan inti atom terhadap kestabilan atom, dan bagaimana hubungan
elektron dengan inti atom terhadap garis-garis terang spektrum suatu gas.
Ilmuwan kemudian mencoba membuat model-model atom untuk mencoba menggambarkan
dan memahami struktur atom setelah ditemukan elektron sebagai unsur penyusun
atom (Rahardjo, 2012:165).
Deskripsi
rinci pertama dari spektrum matahari selesai oleh Fraunhofer pada 1815. Seperti
Wollaston telah ditemukan pada tahun 1802, Fraunhofer ditemukan bahwa spektrum
matahari dilintasi oleh serangkaian garis-garis gelap. Karena garis-garis ini hadir
dalam setiap jenis sinar matahari, Apakah tercermin dari benda-benda terestrial
atau dari bulan atau planet, ia menyimpulkan bahwa garis-garis ini bergantung
pada sifat dari matahari. Dalam upaya untuk mengembangkan peralatan optik yang
tepat yang akan menyelesaikan cahaya ke dalam komponennya spektral, Fraunhofer
diproduksi kisi-kisi yang baik dengan menggambar garis reguler pada film emas
dengan berlian jarum. Dia menggunakan teori gelombang cahaya untuk secara
akurat menentukan panjang gelombang sesuai dengan fitur yang berbeda dari
spektrum nya. Optik peralatan dan teknik yang dikembangkan oleh Fraunhofer dan
rekan-rekannya memberikan kontribusi dalam cara penting untuk kemajuan yang
cepat dalam astronomi yang terjadi di bagian akhir abad kesembilan belas.
Garis-garis hitam di spectra surya akhirnya dijelaskan oleh Bunsen dan
Kirchhoff pada tahun 1859. Menggunakan api suhu yang berbeda yang melewati uap
logam, mereka mampu menunjukkan bahwa frekuensi sama cahaya yang dipancarkan
oleh api yang mengandung logam akan diserap ketika radiasi melewati lingkungan
lebih sejuk mengandung konstituen sama. Tidak seperti bahan padat, yang
memancarkan berbagai terus-menerus frekuensi, atom-atom individu memancarkan
sejumlah frekuensi yang berbeda yang merupakan karakteristik dari atom-atom
yang terlibat. Seperti yang kita duga, hidrogen, yang merupakan atom ringan,
memancarkan spektrum sederhana. Mengalirkan listrik kedalam hydrogen gas
menghasilkan spektrum terdiri dari empat jalur antara merah dan ungu yang diatur
dalam keteraturan yang jelas. Setelah gelombang yang dipancarkan oleh hidrogen
di wilayah terlihat telah ditetapkan, sejumlah gagal dibuat untuk menyediakan
formula untuk panjang gelombang menggunakan ide bahwa frekuensi harus berkaitan
seperti harmonik klasik berosilasi sistem. Kemudian, pada tahun 1885, Johann
Balmer, yang merupakan geometri guru di sekolah tinggi Swiss, menunjukkan bahwa
gelombang hidrogen di wilayah terlihat . Dari
nya masa kanak-kanaknya, Balmer adalah Pythagoras yang setia yang yakin bahwa
penjelasan tentang misteri-misteri alam semesta bergantung pada melihat
korelasi antara fenomena yang diamati dan kombinasi yang tepat dari bilangan
bulat. Rumus empiris nya diantisipasi oleh empat puluh tahun karya teoretis
Heisenberg dan Schrödinger, yang disimpulkan spektrum hidrogen dari
prinsip-prinsip fisika (Morrison, 2009:33).
1.2
Rumusan Masalah
Dari latar
belakang di atas maka, rumusan masalahnya adalah sebagai berikut :
1.1.1
Bagaimana adanya spektrum diskrit atom hidrogen ?
1.1.2
Bagaiamana menggunakan rumus Balmer untuk menentukan konstanta Rydberg ?
1.3
Tujuan
Berdasarkan
rumusan masalah, maka tujuannya adalah sebagai berikut:
1.1.3
Untuk menunjukkan adanya spektrum diskrit atom hidrogen.
1.1.4
Untuk menggunakan rumus Balmer dalam menentukan konstanta Rydberg.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1
Adanya Spektrum Diskrit Atom Hidrogen
Selama 150
tahun, percobaan emisi cahaya dari berbagai gas, telah dilakukan dilakukan di
laboratorium-laboratorium fisika di Eropa. Beberapa fisikawan percaya percobaan
ini akan menyingkap rahasia struktur atom. Pada tahun 1752 Thomas Melvill
(Fisikawan Scotlandia) meneliti emisi cahaya dari berbagai pijaran gas. Melvill
menemukan bahwa spektrum cahaya dari gas panas yang terlihat melalui prisma
berbeda sekali dengan spektrum cahaya padatan panas (berpijar). Pijaran gas
memberikan spektrum cahaya dengan garis-garis terang yang berbeda-beda,
masing-masing memiliki warna dalam bagian spektrum dan setiap gas memiliki pola
spektrum yang khas. Sedangkan padatan yang berpijar menghasilkan spektrum mirip
pelangi (kontinu). Pola spektrum setiap gas memiliki ukuran yang sangat pasti.
Tidak ada dua unsur yang memiliki pola garis yang sama. Jadi spektrum dapat
dipakai untuk mengenali gas yang tidak diketahui, seperti penemuan gas Helium
dari spektrum matahari. Gas panas (berpijar) menampakkan pola spektrum
garis-garis terang yang disebut spektrum emisi. Sedangkan radiasi dari padatan
berpijar yang dilewatkan pada gas dingin akan menampakkan spektrum garis-garis
gelap pada layar yang disebut spektrum absorpsi dan polanya tepat bersesuaian
dengan spektrum garis terang ketika gas tersebut memijar. Jadi frekuensi
serapan gas dingin (tak tereksitasi) tepat sama dengan frekuensi pancaran
pijaran gas tersebut, artinya gas dapat menerima dan melepas energi. Dari
uraian di atas disimpulkan bahwa spektrum garis pasti mengandung informasi
penting mengenai struktur atom (Rahardjo, 2012:176).
Atom stabilitas bukanlah satu-satunya hal yang harus
menjelaskan teori sukses atom. Adanya garis spektrum adalah aspek penting lain
dari atom yang menemukan ada penjelasan dalam Fisika klasik. Telah dikemukakan
bahwa zat yang mampat (padat dan cair) pada suhu semua memancarkan radiasi di
mana semua panjang gelombang hadir, meskipun dengan intensitas yang berbeda.
Fitur yang diamati radiasi ini dijelaskan oleh Planck tanpa referensi untuk
persis bagaimana itu diproduksi oleh materi memancar atau sifat materi. Dari penemuan
itu, dapat disimpulkan bahwa sedang menyaksikan perilaku kolektif dari banyak
atom yang berinteraksi ketimbang perilaku karakteristik atom individu unsur
tertentu. Di sisi ekstrem lain, atom atau molekul gas bertekanan rendah
terpisah rata-rata cukup jauh sehingga berinteraksi pada saat tumbukan yang
sesakli terjadi. Dalam keadaan ini, kita akan mengharapkan apapun radiasi yang
dipancarkan menjadi karakteristik tertentu atom atau molekul hadir, yang
ternyata menjadi kasus. Ketika sebuah atom gas atau uap di agak kurang dari
tekanan atmosfer sesuai "dieksitasikan," biasanya melewati arus
listrik , radiasi yang dipancarkan memiliki spektrum yang berisi panjang
gelombang tertentu tertentu saja. Pengaturan yang ideal untuk mengamati
spektrum atom tersebut ditampilkan dalam gambar dibawah ini. Sebenarnya
spektrometer menggunakan kisi difraksi.
Gambar 1
Jika sebuah gas diletakkan di dalam tabung kemudian
arus listrik dialirkan ke dalam tabung, gas akan memancarkan cahaya. Cahaya
yang dipancarkan oleh setiap gas berbeda-beda dan merupakan karakteristik gas
tersebut. Cahaya dipancarkan dalam bentuk spektrum garis dan bukan
spektrum yang kontinu. Kenyataan bahwa gas memancarkan cahaya dalam bentuk
spektrum garis diyakini berkaitan erat dengan struktur atom. Dengan demikian,
spektrum garis atomik dapat digunakan untuk menguji kebenaran dari sebuah model
atom
Tabung sinar hidrogen adalah suatu tabung tipis yang
berisi gas hidrogen pada tekanan rendah dengan elektroda pada tiap-tiap
ujungnya. Jika didalam tabung
dialirkan tegangan tinggi
(seperti 5000 volt), tabung akan menghasilkan sinar berwarna merah muda yang
terang. Jika sinar tersebut dilewatkan pada prisma atau kisi difraksi, sinar
akan terpecah menjadi beberapa warna. Warna yang dapat dilihat merupakan
sebagian kecil dari spektrum emisi hidrogen. Sebagian besar spektrum tak
terlihat oleh mata karena berada pada daerah infra-merah atau ultra-violet.
Pada gambar dibawah ini, menunjukkan bagian dari tabung sinar katoda, sebelah
kanan menunjukkan tiga garis yang paling mudah dilihat pada daerah tampak
(visible) dari spektrum.
Gambar 2
Ada lebih banyak lagi spektrum hidrogen selain tiga
garis yang dapat dilihat dengan mata telanjang. Hal ini memungkinan untuk
mendeteksi pola garis-garis pada daerah ultra-violet dan infra-merah spektrum
dengan baik. Hal ini memunculkan sejumlah “deret” garis yang dinamakan dengan
nama penemunya. Deret Lyman merupakan deret garis pada daerah ultra-violet.
Perhatikan bahwa garis makin merapat satu sama lain dengan naiknya frekuensi.
Akhirnya, garis-garis makin rapat dan tidak mungkin diamati satu per satu,
terlihat seperti spektrum kontinu. Hal itu terlihat sedikit gelap pada ujung
kanan tiap spektrum. Kemudian pada titik tertentu, disebut sebagai deret limit (limit
series), deret terhenti (Beiser, 2003:127-130).
2.2
Penggunaan rumus Balmer untuk menentukan konstanta Rydberg
Panjang gelombang yang terdapat pada spektru atomik
jatuh pada kumpulan tertentu yang disebut deret spektral. Panjang gelombang
dalam setiap deret dapat dispesifikasikan dengan rumus empiris yang sederhana
dengan keserupaan yang mengherankan antara rumusan dari berbagai deret yang
menyatakan spektrum lengkap suatu unsur.
Deret spektral pertama yang serupa itu didapatkan
oleh J.J. Balmer pada tahun 1855 ketika ia mempelajari bagian tampak dari
spektrum hidrogen. Gambar dibawah memperlihatkan deret Balmer. Garis dengan
panajng gelombang terbesar 656,3 nm diberi lambang Hα, di sebelahnya
yang panjang gelombangnya 486,3 nm diberi lambang Hβ dan seterusnya.
Ketika panjang gelombangnya bertambah kecil, garisnya bertambah berdekatan dan
intensitasnya lemah sehingga batas deret pada 364,6 nm dicapai, di luar batas
itu tidak terdapat lagi garis yang terpisah, hanya terdapat spektrum kontinu
yang lemah.
Gambar 3
Rumus Balmer untuk panjang gelombang dalam deret
ini memenuhi
Kuantitas R
dikenal sebagai tetapan Ryberg yang mempunyai harga
R
= 1,097 x 107 m-1
R = 0,01097 nm
Garis
Hα bersesuaian dengan n=3,
garis Hβ dengan n=4 dan
seterusnya. Batas deret bersesuaian denga n=∞, sehingga pada saat itu panjang
gelombangnya adalah 4/R sesaui dengan eksperimen.
Deret
balmer hanya berisi panjang gelombang pada bagian tampak dari spektrum
gidrogen. Garis spektral hidrogen dalam daerah ultra violey dan inframerah
jatuh pada beberapa deret lain. Dalam daerah ultra violet terdapat deret Lyman
yang mengandung panjang gelombang yang ditentukan oleh rumus
Theodore
Lyman mempelajari spektrum ultraviolet dari atom hidrogen tereksistasi dengan
listrik. Ditemukan bahwa spektrum radiasi hidrogen teremisi tidak kontinu.
Deret Lyman adalah deret pertama dari garis emisi hidrogen yang merupakan deret
garis pada daerah ultra-violet. Garis makin merapat satu sama lain dengan naiknya
frekuensi. Akhirnya, garis-garis makin rapat dan tidak mungkin diamati satu per
satu sehingga terlihat seperti spektrum kontinu. Garis-garis tersebut tampak
sedikit gelap pada ujung kanan tiap spektrum. Kemudian pada titik tertentu akan
terdapat deret limit yang menandakan bahwa deret terhenti. Pola yang sama juga
terlihat pada deret Balmer dan Paschen, tetapi deretnya menjadi makin dekat.
Dalam
daerah inframerah, telah didapatkan tiga deret spektral yang garis komponennya
memiliki panjang gelombang yang ditentukan oleh rumus
Gambar
4. Deret spektral hidrogen. Panjang gelombang masing masing deret terhubungkan
dengan rumus sederhana.
Untuk penggunaan
rumus Balmer dalam menentukan konstanta Rydberg, berikut turunan rumus yang
digunakan.
Ryberg
BAB III
PENUTUP
Jika sebuah gas
diletakkan di dalam tabung kemudian arus listrik dialirkan ke dalam tabung, gas
akan memancarkan cahaya. Cahaya yang dipancarkan oleh setiap gas berbeda-beda
dan merupakan karakterisktik gas tersebut. Cahaya dipancarkan dalam bentuk
spektrum garis dan bukan spektrum yang kontinu. Kenyataan bahwa gas memancarkan
cahaya dalam bentuk spektrum garis diyakini berkaitan erat dengan struktur
atom. Dengan demikian, spektrum garis atomic dapat digunakan untuk menguji
kebenaran dari sebuah model atom.
Spektrum
garis membentuk suatu deretan warna cahaya dengan panjang gelombang berbeda.
Untuk gas hydrogen yang merupakan atom yang paling sederhana, deret panjang
gelombang ini ternyata mempunyai pola tertentu yang dapat dinyatakan dalam
bentuk persamaan matematis. Seorang guru matematika Swiss bernama Balmer
menyatakan deret untuk gas hidrogen sebagai persamaan dibawah ini.
Dimana
panjang gelombang dinyatakan dalam satuan nanometer (nm). Beberapa orang yang
lain kemudian menemukan deret-deret yang lain selain deret Balmer sehingga
dikenal adanya deret Lyman, deret Paschen, Bracket, dan Pfund. Pada
akhir abad ke-sembilan belas ditemukan bahwa panjang gelombang yang
terdapat pada spektrum atomic jatuh pada kumpulan tertentu yang disebut deret
spectral. Panjang gelombang pada setiap deret dapat dispesifikasikan dengan
rumus empiris yang menyatakan spektrum yang sederhana dengan keserupaan yang
mengherankan antara rumusan dari berbagai deret yang menyatakan spektrum
lengkap suatu unsur.
DAFTAR PUSTAKA
Beiser, A., 2003. Concepts of
Modern Physics. 6th ed. North America: McGraw-Hill, Inc.
Krane, K.
S., 2001. Modern Physics. 3rd ed. Corvallis: John Willey & Sons,
Inc.
Morrison,
J. C., 2009. Modern Physics for Scientists and Engineers. Louisville:
Academic Press is an imprint of Elsevier.
Rahardjo,
D. T., 2012. Modul Fisika Modern. Surakarta: UNS.
Singh, R.
B., 2009. Introduction to Modern Physics. 2nd ed. Daryaganj: New Age
International (P) Limited, Publishers.
MAKALAH
“SPEKTRUM
ATOMIK”
Dibuat
Untuk Memenuhi Mata Kuliah Fisika Modern
DISUSUN
OLEH :
KELOMPOK
2
DOSEN PENGAMPU :
ALRIZAL, S.Pd, M.Si
PROGRAM
STUDI PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS
KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
JURUSAN
PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS
JAMBI
2017
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT zat
penguasa alam semesta yang telah memberikan taufiq, rahmat, hidayah serta
inayahnya sehingga saya dapat beraktivitas untuk menyusun dan menyelesaikan
makalah yang berjudul “ Spektrum Atomik “ ini. Penyusunan makalah ini bertujuan
untuk memenuhi tugas mata kuliah fisika modern.
Kami
ucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah berperan serta dalam
penyusunan makalah ini dari awal sampai akhir. Semoga Tuhan Yang Maha Esa
senantiasa meridhoi segala usaha kita. Amin . Makalah ini berisi informasi
tentang “ spektrum atomik “.Saya harapkan pembaca dapat mengertahui berbagai
aspek yang berhubungan dengan momentum
sudut dan rotasi benda spektrum atom yang kami bahas ini.
Kami menyadari bahwa makalah ini
masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran dari semua pihak
yang bersifat membangun selalu kami harapkan demi kesempurnaan makalah ini.
Semoga makalah ini bermanfaat bagi kita semua terutama bagi pembaca.
Jambi, Oktober 2017
Penulis
DAFTAR ISI
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Sejarah perkembangan pemahaman struktur
atom sangat penting karena ini adalah usaha sistematis pertama yang melaluinya,
hubungan antara sifat makroskopis materi dan struktur mikroskopisnya
diselidiki. Pada abad ke-19, perusahaan ini didirikan dengan mantap bahwa
materi itu terdiri dari atom dan molekul. Teori kinetik gas yang diberikan
langsung bukti dan informasi realistis mengenai massa dan ukuran atom dan
molekul. Teori kinetik didasarkan pada penerapan hukum mekanika biasa terhadap
gerak molekul dalam gas dan gas menyediakan hubungan antara beberapa sifat
struktural molekul dan sifat gasnya. Penemuan elektron oleh J.J. Thomson (1996)
memberi indikasi bahwa atom memiliki struktur dalam. Hal ini menyebabkan
fisikawan berspekulasi tentang struktur internal atom. Upaya dilakukan di arah
ini dimanifestasikan dalam berbagai model atom (Singh, 2009:379).
Garis-garis
terang pada spektrum cahaya dari suatu gas yang memijar merupakan salah satu
eksperimen yang tidak dapat dijelaskan oleh fisika klasik. Spektrum cahaya dari
pijaran gas yang terurai melalui prisma (terlihat berupa garis-garis terang)
berbeda sekali dengan spektrum cahaya dari pijaran padatan yang mirip pelangi.
Pola spektrum setiap unsur suatu gas memiliki garis-garis yang berbeda, di mana
tidak ada dua unsur yang memiliki pola garis yang sama, sehingga pola spektrum
suatu gas memiliki kharakteristik tersendiri yang berbeda dengan gas lain. Jika
radiasi dari padatan panas dilewatkan melalui gas dingin, maka akan tampak
spektrum garis-garis gelap yang polanya tepat bersesuaian dengan spektrum
garis-garis terang ketika gas tersebut memijar. Jadi frekuensi serapan gas
dingin tepat sama dengan frekuensi pancaran pijaran gas dari unsur yang sama,
maka tingkat energi dalam gas dapat berubah-ubah di mana gas dapat menerima
maupun melepas energi. Eksperimen emisi cahaya dari pijaran gas yang
menampilkan spektrum garis-garis terang telah dipercaya dapat mengandung
informasi fundamental mengenai struktur atom, sehingga emisi cahaya dari suatu
gas akan dapat menyingkap rahasia struktur atom. Penemuan Thomson tentang
partikel bermuatan negatif yang kemudian disebut elektron, telah meningkatkan
kemajuan pesat ilmu pengetahuan fisika khususnya yang menyangkut partikel
elementer penyusun atom. Atom bukan lagi sebagai bagian terkecil dari suatu
unsur karena atom masih dapat dibagi-bagi lagi ke dalam bagian muatan negatif
(elektron) dan muatan positif (inti atom), padahal pada era sebelumnya, Jhon
Dalton berpendapat bahwa atom merupakan bagian terkecil penyusun suatu unsur
atau materi. Penemuan elektron oleh Thomson telah mendorong ilmuwan untuk
mencoba menggambarkan bagaimana hubungan elektron (muatan negatif) dengan inti
atom (muatan positif), bagaimana posisi elektron dalam atom, bagaimana hubungan
posisi elektron dengan inti atom terhadap kestabilan atom, dan bagaimana hubungan
elektron dengan inti atom terhadap garis-garis terang spektrum suatu gas.
Ilmuwan kemudian mencoba membuat model-model atom untuk mencoba menggambarkan
dan memahami struktur atom setelah ditemukan elektron sebagai unsur penyusun
atom (Rahardjo, 2012:165).
Deskripsi
rinci pertama dari spektrum matahari selesai oleh Fraunhofer pada 1815. Seperti
Wollaston telah ditemukan pada tahun 1802, Fraunhofer ditemukan bahwa spektrum
matahari dilintasi oleh serangkaian garis-garis gelap. Karena garis-garis ini hadir
dalam setiap jenis sinar matahari, Apakah tercermin dari benda-benda terestrial
atau dari bulan atau planet, ia menyimpulkan bahwa garis-garis ini bergantung
pada sifat dari matahari. Dalam upaya untuk mengembangkan peralatan optik yang
tepat yang akan menyelesaikan cahaya ke dalam komponennya spektral, Fraunhofer
diproduksi kisi-kisi yang baik dengan menggambar garis reguler pada film emas
dengan berlian jarum. Dia menggunakan teori gelombang cahaya untuk secara
akurat menentukan panjang gelombang sesuai dengan fitur yang berbeda dari
spektrum nya. Optik peralatan dan teknik yang dikembangkan oleh Fraunhofer dan
rekan-rekannya memberikan kontribusi dalam cara penting untuk kemajuan yang
cepat dalam astronomi yang terjadi di bagian akhir abad kesembilan belas.
Garis-garis hitam di spectra surya akhirnya dijelaskan oleh Bunsen dan
Kirchhoff pada tahun 1859. Menggunakan api suhu yang berbeda yang melewati uap
logam, mereka mampu menunjukkan bahwa frekuensi sama cahaya yang dipancarkan
oleh api yang mengandung logam akan diserap ketika radiasi melewati lingkungan
lebih sejuk mengandung konstituen sama. Tidak seperti bahan padat, yang
memancarkan berbagai terus-menerus frekuensi, atom-atom individu memancarkan
sejumlah frekuensi yang berbeda yang merupakan karakteristik dari atom-atom
yang terlibat. Seperti yang kita duga, hidrogen, yang merupakan atom ringan,
memancarkan spektrum sederhana. Mengalirkan listrik kedalam hydrogen gas
menghasilkan spektrum terdiri dari empat jalur antara merah dan ungu yang diatur
dalam keteraturan yang jelas. Setelah gelombang yang dipancarkan oleh hidrogen
di wilayah terlihat telah ditetapkan, sejumlah gagal dibuat untuk menyediakan
formula untuk panjang gelombang menggunakan ide bahwa frekuensi harus berkaitan
seperti harmonik klasik berosilasi sistem. Kemudian, pada tahun 1885, Johann
Balmer, yang merupakan geometri guru di sekolah tinggi Swiss, menunjukkan bahwa
gelombang hidrogen di wilayah terlihat . Dari
nya masa kanak-kanaknya, Balmer adalah Pythagoras yang setia yang yakin bahwa
penjelasan tentang misteri-misteri alam semesta bergantung pada melihat
korelasi antara fenomena yang diamati dan kombinasi yang tepat dari bilangan
bulat. Rumus empiris nya diantisipasi oleh empat puluh tahun karya teoretis
Heisenberg dan Schrödinger, yang disimpulkan spektrum hidrogen dari
prinsip-prinsip fisika (Morrison, 2009:33).
1.2
Rumusan Masalah
Dari latar
belakang di atas maka, rumusan masalahnya adalah sebagai berikut :
1.1.1
Bagaimana adanya spektrum diskrit atom hidrogen ?
1.1.2
Bagaiamana menggunakan rumus Balmer untuk menentukan konstanta Rydberg ?
1.3
Tujuan
Berdasarkan
rumusan masalah, maka tujuannya adalah sebagai berikut:
1.1.3
Untuk menunjukkan adanya spektrum diskrit atom hidrogen.
1.1.4
Untuk menggunakan rumus Balmer dalam menentukan konstanta Rydberg.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1
Adanya Spektrum Diskrit Atom Hidrogen
Selama 150
tahun, percobaan emisi cahaya dari berbagai gas, telah dilakukan dilakukan di
laboratorium-laboratorium fisika di Eropa. Beberapa fisikawan percaya percobaan
ini akan menyingkap rahasia struktur atom. Pada tahun 1752 Thomas Melvill
(Fisikawan Scotlandia) meneliti emisi cahaya dari berbagai pijaran gas. Melvill
menemukan bahwa spektrum cahaya dari gas panas yang terlihat melalui prisma
berbeda sekali dengan spektrum cahaya padatan panas (berpijar). Pijaran gas
memberikan spektrum cahaya dengan garis-garis terang yang berbeda-beda,
masing-masing memiliki warna dalam bagian spektrum dan setiap gas memiliki pola
spektrum yang khas. Sedangkan padatan yang berpijar menghasilkan spektrum mirip
pelangi (kontinu). Pola spektrum setiap gas memiliki ukuran yang sangat pasti.
Tidak ada dua unsur yang memiliki pola garis yang sama. Jadi spektrum dapat
dipakai untuk mengenali gas yang tidak diketahui, seperti penemuan gas Helium
dari spektrum matahari. Gas panas (berpijar) menampakkan pola spektrum
garis-garis terang yang disebut spektrum emisi. Sedangkan radiasi dari padatan
berpijar yang dilewatkan pada gas dingin akan menampakkan spektrum garis-garis
gelap pada layar yang disebut spektrum absorpsi dan polanya tepat bersesuaian
dengan spektrum garis terang ketika gas tersebut memijar. Jadi frekuensi
serapan gas dingin (tak tereksitasi) tepat sama dengan frekuensi pancaran
pijaran gas tersebut, artinya gas dapat menerima dan melepas energi. Dari
uraian di atas disimpulkan bahwa spektrum garis pasti mengandung informasi
penting mengenai struktur atom (Rahardjo, 2012:176).
Atom stabilitas bukanlah satu-satunya hal yang harus
menjelaskan teori sukses atom. Adanya garis spektrum adalah aspek penting lain
dari atom yang menemukan ada penjelasan dalam Fisika klasik. Telah dikemukakan
bahwa zat yang mampat (padat dan cair) pada suhu semua memancarkan radiasi di
mana semua panjang gelombang hadir, meskipun dengan intensitas yang berbeda.
Fitur yang diamati radiasi ini dijelaskan oleh Planck tanpa referensi untuk
persis bagaimana itu diproduksi oleh materi memancar atau sifat materi. Dari penemuan
itu, dapat disimpulkan bahwa sedang menyaksikan perilaku kolektif dari banyak
atom yang berinteraksi ketimbang perilaku karakteristik atom individu unsur
tertentu. Di sisi ekstrem lain, atom atau molekul gas bertekanan rendah
terpisah rata-rata cukup jauh sehingga berinteraksi pada saat tumbukan yang
sesakli terjadi. Dalam keadaan ini, kita akan mengharapkan apapun radiasi yang
dipancarkan menjadi karakteristik tertentu atom atau molekul hadir, yang
ternyata menjadi kasus. Ketika sebuah atom gas atau uap di agak kurang dari
tekanan atmosfer sesuai "dieksitasikan," biasanya melewati arus
listrik , radiasi yang dipancarkan memiliki spektrum yang berisi panjang
gelombang tertentu tertentu saja. Pengaturan yang ideal untuk mengamati
spektrum atom tersebut ditampilkan dalam gambar dibawah ini. Sebenarnya
spektrometer menggunakan kisi difraksi.
Gambar 1
Jika sebuah gas diletakkan di dalam tabung kemudian
arus listrik dialirkan ke dalam tabung, gas akan memancarkan cahaya. Cahaya
yang dipancarkan oleh setiap gas berbeda-beda dan merupakan karakteristik gas
tersebut. Cahaya dipancarkan dalam bentuk spektrum garis dan bukan
spektrum yang kontinu. Kenyataan bahwa gas memancarkan cahaya dalam bentuk
spektrum garis diyakini berkaitan erat dengan struktur atom. Dengan demikian,
spektrum garis atomik dapat digunakan untuk menguji kebenaran dari sebuah model
atom
Tabung sinar hidrogen adalah suatu tabung tipis yang
berisi gas hidrogen pada tekanan rendah dengan elektroda pada tiap-tiap
ujungnya. Jika didalam tabung
dialirkan tegangan tinggi
(seperti 5000 volt), tabung akan menghasilkan sinar berwarna merah muda yang
terang. Jika sinar tersebut dilewatkan pada prisma atau kisi difraksi, sinar
akan terpecah menjadi beberapa warna. Warna yang dapat dilihat merupakan
sebagian kecil dari spektrum emisi hidrogen. Sebagian besar spektrum tak
terlihat oleh mata karena berada pada daerah infra-merah atau ultra-violet.
Pada gambar dibawah ini, menunjukkan bagian dari tabung sinar katoda, sebelah
kanan menunjukkan tiga garis yang paling mudah dilihat pada daerah tampak
(visible) dari spektrum.
Gambar 2
Ada lebih banyak lagi spektrum hidrogen selain tiga
garis yang dapat dilihat dengan mata telanjang. Hal ini memungkinan untuk
mendeteksi pola garis-garis pada daerah ultra-violet dan infra-merah spektrum
dengan baik. Hal ini memunculkan sejumlah “deret” garis yang dinamakan dengan
nama penemunya. Deret Lyman merupakan deret garis pada daerah ultra-violet.
Perhatikan bahwa garis makin merapat satu sama lain dengan naiknya frekuensi.
Akhirnya, garis-garis makin rapat dan tidak mungkin diamati satu per satu,
terlihat seperti spektrum kontinu. Hal itu terlihat sedikit gelap pada ujung
kanan tiap spektrum. Kemudian pada titik tertentu, disebut sebagai deret limit (limit
series), deret terhenti (Beiser, 2003:127-130).
2.2
Penggunaan rumus Balmer untuk menentukan konstanta Rydberg
Panjang gelombang yang terdapat pada spektru atomik
jatuh pada kumpulan tertentu yang disebut deret spektral. Panjang gelombang
dalam setiap deret dapat dispesifikasikan dengan rumus empiris yang sederhana
dengan keserupaan yang mengherankan antara rumusan dari berbagai deret yang
menyatakan spektrum lengkap suatu unsur.
Deret spektral pertama yang serupa itu didapatkan
oleh J.J. Balmer pada tahun 1855 ketika ia mempelajari bagian tampak dari
spektrum hidrogen. Gambar dibawah memperlihatkan deret Balmer. Garis dengan
panajng gelombang terbesar 656,3 nm diberi lambang Hα, di sebelahnya
yang panjang gelombangnya 486,3 nm diberi lambang Hβ dan seterusnya.
Ketika panjang gelombangnya bertambah kecil, garisnya bertambah berdekatan dan
intensitasnya lemah sehingga batas deret pada 364,6 nm dicapai, di luar batas
itu tidak terdapat lagi garis yang terpisah, hanya terdapat spektrum kontinu
yang lemah.
Gambar 3
Rumus Balmer untuk panjang gelombang dalam deret
ini memenuhi
Kuantitas R
dikenal sebagai tetapan Ryberg yang mempunyai harga
R
= 1,097 x 107 m-1
R = 0,01097 nm
Garis
Hα bersesuaian dengan n=3,
garis Hβ dengan n=4 dan
seterusnya. Batas deret bersesuaian denga n=∞, sehingga pada saat itu panjang
gelombangnya adalah 4/R sesaui dengan eksperimen.
Deret
balmer hanya berisi panjang gelombang pada bagian tampak dari spektrum
gidrogen. Garis spektral hidrogen dalam daerah ultra violey dan inframerah
jatuh pada beberapa deret lain. Dalam daerah ultra violet terdapat deret Lyman
yang mengandung panjang gelombang yang ditentukan oleh rumus
Theodore
Lyman mempelajari spektrum ultraviolet dari atom hidrogen tereksistasi dengan
listrik. Ditemukan bahwa spektrum radiasi hidrogen teremisi tidak kontinu.
Deret Lyman adalah deret pertama dari garis emisi hidrogen yang merupakan deret
garis pada daerah ultra-violet. Garis makin merapat satu sama lain dengan naiknya
frekuensi. Akhirnya, garis-garis makin rapat dan tidak mungkin diamati satu per
satu sehingga terlihat seperti spektrum kontinu. Garis-garis tersebut tampak
sedikit gelap pada ujung kanan tiap spektrum. Kemudian pada titik tertentu akan
terdapat deret limit yang menandakan bahwa deret terhenti. Pola yang sama juga
terlihat pada deret Balmer dan Paschen, tetapi deretnya menjadi makin dekat.
Dalam
daerah inframerah, telah didapatkan tiga deret spektral yang garis komponennya
memiliki panjang gelombang yang ditentukan oleh rumus
Gambar
4. Deret spektral hidrogen. Panjang gelombang masing masing deret terhubungkan
dengan rumus sederhana.
Untuk penggunaan
rumus Balmer dalam menentukan konstanta Rydberg, berikut turunan rumus yang
digunakan.
Ryberg
BAB III
PENUTUP
Jika sebuah gas
diletakkan di dalam tabung kemudian arus listrik dialirkan ke dalam tabung, gas
akan memancarkan cahaya. Cahaya yang dipancarkan oleh setiap gas berbeda-beda
dan merupakan karakterisktik gas tersebut. Cahaya dipancarkan dalam bentuk
spektrum garis dan bukan spektrum yang kontinu. Kenyataan bahwa gas memancarkan
cahaya dalam bentuk spektrum garis diyakini berkaitan erat dengan struktur
atom. Dengan demikian, spektrum garis atomic dapat digunakan untuk menguji
kebenaran dari sebuah model atom.
Spektrum
garis membentuk suatu deretan warna cahaya dengan panjang gelombang berbeda.
Untuk gas hydrogen yang merupakan atom yang paling sederhana, deret panjang
gelombang ini ternyata mempunyai pola tertentu yang dapat dinyatakan dalam
bentuk persamaan matematis. Seorang guru matematika Swiss bernama Balmer
menyatakan deret untuk gas hidrogen sebagai persamaan dibawah ini.
Dimana
panjang gelombang dinyatakan dalam satuan nanometer (nm). Beberapa orang yang
lain kemudian menemukan deret-deret yang lain selain deret Balmer sehingga
dikenal adanya deret Lyman, deret Paschen, Bracket, dan Pfund. Pada
akhir abad ke-sembilan belas ditemukan bahwa panjang gelombang yang
terdapat pada spektrum atomic jatuh pada kumpulan tertentu yang disebut deret
spectral. Panjang gelombang pada setiap deret dapat dispesifikasikan dengan
rumus empiris yang menyatakan spektrum yang sederhana dengan keserupaan yang
mengherankan antara rumusan dari berbagai deret yang menyatakan spektrum
lengkap suatu unsur.
DAFTAR PUSTAKA
Beiser, A., 2003. Concepts of
Modern Physics. 6th ed. North America: McGraw-Hill, Inc.
Krane, K.
S., 2001. Modern Physics. 3rd ed. Corvallis: John Willey & Sons,
Inc.
Morrison,
J. C., 2009. Modern Physics for Scientists and Engineers. Louisville:
Academic Press is an imprint of Elsevier.
Rahardjo,
D. T., 2012. Modul Fisika Modern. Surakarta: UNS.
Singh, R.
B., 2009. Introduction to Modern Physics. 2nd ed. Daryaganj: New Age
International (P) Limited, Publishers.
Langganan:
Postingan (Atom)