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

KATA PENGANTAR.. ii

BAB I. 1

PENDAHULUAN.. 1

1.1      Latar Belakang. 1

1.2      Rumusan Masalah. 3

1.3      Tujuan. 3

BAB II. 4

PEMBAHASAN.. 4

2.1      Adanya Spektrum Diskrit Atom Hidrogen. 4

2.2      Penggunaan rumus Balmer untuk menentukan konstanta Rydberg. 6

BAB III. 11

PENUTUP. 11

DAFTAR PUSTAKA.. 12

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 H_α, di sebelahnya yang panjang gelombangnya 486,3 nm diberi lambang H_β 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 H_α  bersesuaian dengan n=3, garis H_β  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

KATA PENGANTAR.. ii

BAB I. 1

PENDAHULUAN.. 1

1.1      Latar Belakang. 1

1.2      Rumusan Masalah. 3

1.3      Tujuan. 3

BAB II. 4

PEMBAHASAN.. 4

2.1      Adanya Spektrum Diskrit Atom Hidrogen. 4

2.2      Penggunaan rumus Balmer untuk menentukan konstanta Rydberg. 6

BAB III. 11

PENUTUP. 11

DAFTAR PUSTAKA.. 12

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 H_α, di sebelahnya yang panjang gelombangnya 486,3 nm diberi lambang H_β 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 H_α  bersesuaian dengan n=3, garis H_β  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.