MAKALAH SPEKTRUM HIDROGEN Di S U S U N Oleh :
Nama
:
Dewi Rahmawati
NIM
:
4133210007
Kelas
:
Kimia NK’13
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGRI MEDAN
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Jika sebuah gas diletakkan di dalam tabung kemudian arus listrik dialirkan 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 atomatik dapat digunakan untuk menguji kebenaran dari sebuah model atom. Istilah atom pertama kali diperkenalkan oleh seorang ahli filsafat Yunani bernama Democritus (470-370 SM). Setiap zat dapat dibagi atas bagian-bagian yang lebih kecil, sampai mencapai bagian yang paling kecil yang tidak dapat dibagi-bagi. Bagian yang tidak dapat dibagi oleh Democritus disebut atom, dari kata Yunani “atomos” yang artinya tidak dapat dibagi. Selanjutnya, para filsuf yang muncul kemudian, seperti Plato dan Aristoteles merumuskan sebuah pemikiran bahwa bisa jadi ada partikel yang tidak dapat dibagi. Berarti, menurut dugaan mereka atom pun masih dapat dibagi lagi. Bersamaan dengan itu, pandangan mengenai atom berdasarkan pemikiran Democritus mulai tersingkir. Sejak ditemukannya partikel-partikel dasar atom, teori atom banyak mengalami perubahan, hal ini menggoyahkan teori atom Dalton yang menyatakan bahwa atom tidak dapat dibagi-bagi. Diantara yang menggoyahkan teori atom ini ialah hasil percobaan yang dilakukan oleh Thomson pada tahun 1897. Atom dalam suatu unsur dapat menghasilkan spektrum emisi (spektrum diskret) dengan menggunakan alat spectrometer, sebagai contoh spektrum hidrogen. Atom hydrogen memiliki struktur paling sederhana. Spektrum yang dihasilkan adalah atom hidrogen yang merupakan spektrum yang paling sederhana. Spektrum garis atom hidrogen berhasil dijelaskan oleh Niels Bohr pada tahun 1913. Spektrum garis membentuk suatu deretan warna cahaya dengan panjang gelombang berbeda. Untuk gas hidrogen 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. Selanjutnya deret ini disebut deret Balmer.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang di atas, dalam makalah ini akan dibahas beberapa masalah sebagai berikut.
(1) Bagaimana adanya spectrum diskret atom hydrogen (2) Bagaimana menggunakan rumus Balmer untuk menentukan konstanta Rydberg (3) Bagaimana menentukan konstanta Plank dari spectrum atom hydrogen 1.3 Tujuan Tujuan penelitian makalah ini sebagai berikut. (1) Menunjukkan adanya spectrum diskret atom hidrogen (2) Menggunakan rumus Balmer dalam menentukan konstanta Rydberg (3) Menentukan konstanta Plank dari spectrum atom hydrogen
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Sejarah Di awal abad ke-20, percobaan oleh Ernest Rutherford telah dapat menunjukkan bahwa atom terdiri dari sebentuk awan difus elektron bermuatan negatif mengelilingi inti yang kecil, padat,dan bermuatan positif. Berdasarkan data percobaan ini, sangat wajar jika fisikawan kemudian membayangkan sebuah model sistem keplanetan yang diterapkan pada atom, model Rutherford tahun 1911, dengan elektron-elektron mengorbit inti seperti layaknya planet mengorbit matahari. Namun demikian, model sistem keplanetan untuk sistem menemui beberapa kesulitan. Sebagai contoh, hukum mekanika klasik (Newtonian) memprediksi bahwa elektron akan melepas radiasi elektromagnetik ketika sedang mengorbit inti. Karena dalam pelepasan tersebut elektron kehilangan energi, maka lama-kelamaan akan jatuh secara spiral menuju ke inti. Ketika ini terjadi, frekuensi radiasi elektromagnetik yang di pancarkan akan berubah. Namun percobaan pada akhir 19 menunjukkan bahwa loncatan bunga api listrik yang dilakukan dalam suatu gas bertekanan rendah didalam sebuah tabung hampa akan membuat atom atom gas memancarkan cahaya (yang berarti radiasi elektromagnetik) dalam frekuensi-frekuensi tetap yang diskret. Pada tahun 1913, Niels Bohr, fisikawan berkebangsaan Swedia, mengikuti jejak Einsten menerapkan teori kuantum untuk mnerangkan hasil studinya mengenai spektrum atom hidrogen. Bohr mengemukakan teori baru mengenai struktur dan sifat-sifat atom. Teori atom Bohr ini pada prinsipnya menggabungkan teori kuantum Plank dan teori atom dari Enerst Rutherford yang dikemukakan pada tahun 1911. Bohr mengemukakan bahwa apabila elektron dalam orbit atom menyerap suatu kuantum energi, elektron akan meloncat keluar menuju orbit yang lebih tinggi. Sebaliknya, jika elektron itu memancarkan suatu kuantum energi, elektron akan jatuh ke orbit yang lebih dekat dengan inti atom. 2.2 Gagasan Kunci Model Atom Bohr Dua gagasan kunci adalah : 1.Elektron-elektron bergerak di dalam orbit-orbit dan memiliki momentum yang terkuanti sasi, dan dengan demikian energy ene rgy yang terkuantisasi. Ini berarti tidak setiap orbit, melainkan han ya beberapa orbit spesifik yang dimungkinkan ada yang berada pada jarak yang spesifik dari inti. 2.Elektron-elektron tidak akan kehilangan energi secara perlahan-lahan sebagaimana mereka bergerak di dalam orbit, melainkan akan tetap stabil di dalam sebuah orbit yang tidak meluruh. 2.3 Postulat Dasar Model Atom Bohr Ada empat postulat yang digunakan untuk menutupi kelemahan model atom Rutherford, antara lain :
1.Atom Hidrogen terdiri dari sebuah elektron yang b ergerak dalam suatu lintas edar berbentuk lingkaran mengelilingi inti atom, gerak electron tersebut dipengaruhi oleh gaya coulomb sesuai dengan kaidah mekanika klasik. 2.Lintas edar elektron dalam hidrogen yang mantap hanyalah memiliki harga momentum angular L yang merupakan kelipatan dari tetapan Plank dibagi dengan 2. L = n.h= n.
Dimanan n = 1,2,3,…. Dan disebut sebagai bilangan kuantum utama, dan h adalah konstanta Plank. 3.Dalam lintas edar yang mantap elektron yang mengelilingi inti atom tidak memancarkan energi elektromagnetik, dalam hal ini energy totalnya E tidak berubah. 4.Jika suatu atom melakukan transisi dari keadaan energi tingkat EU ke keadaan energi lebih rendah E1, sebuah foton dengan energi hU = EU – E1 diemisikan. Jika sebuah foton diseap, atom tersebut akan bertransisi ke keadaan energi rendah ke keadaan energy tinggi. Model Bohr dari atom hidrogen menggambarkan elektron-elektron bermuatan negative mengorbit pada kulit atom dalam lintasan tertentu mengelilingi inti atom yang bermuatan positif. Ketika elektron meloncat dari satu orbit lainnya selalu disertai dengan pemancaran atau penyerapan sejumlah energi elektromagnetik hf. 2.4 Spektrum Garis Menurut Max Plank radiasi elektromagnetik bersifat diskontinyu atau dalam bentuk kuanta. Diskontinyuitas radiasi elektromagnetik dikuatkan oleh fotolistrik yang dikembangkan oleh Albert Einstein. Sedangkan kuantitas/kuanta energy digunakan oleh Niels Bohr dalam momentum sudut elektron untuk pengembangan teorinya tentang atom hydrogen. Apabila berkas cahaya polikromatis seperti lampu listrikdan sinar matahari dilewatkan melalui prisma maka akan diperoleh spectrum kontinyu yang terdiri dari berbagai warna penyusunnya. Spektrum garis dihasilkan apabila sumber cahaya polikromatik seperti lampu listrik dan sinar matahari diganti oleh busur listrik berisi gas hidrogen maka akan dihasilkan spektrum yang tidak kontinyu. Spectrum yang tidak kontinyu berupa sederetan garis berwarna yang disebut spektrum garis tak kontinyu. Spektrum garis didapat dengan cara sebagai berikut: - Zat yang diselidiki spektrumnya diuapkan pada temperature tinggi - Uap yang terbentuk diletakkan diantara dua elektroda grafit - Listrik bertegangan tinggi dialirkan melalui elektroda grafit Spektrum garis yang paling sederhana adalah spectrum garis atom hidrogen.
2.5 Konstanta Rydberg Teori atom banyak mengalami perubahan. hal ini menggoyahkan teori atom Dalton yang menyatakan bahwa atom tidak dapat dibagi-bagi. Diantara yang menggoyahkan teori atom ini ialah hasil percobaan yang dilakukan oleh Thomson pada tahun 1897. Cahaya yang dipancarkan oleh setiap gas berbeda-beda dan merupakan karakteristik gas tersebut Apabila terdapat gas yang diletakkan di dalam tabung kemudian arus listrik dialirkan ke dalam tabung, gas akan memancarkan cahaya Atom dalam suatu unsur dapat menghasilkkan spektrum emisi (spektrum diskret) dengan menggunakan alat spectrometer, sebagai contoh spectrum hidrogen. Atom hidrogen memiliki struktur paling sederhana. Spektrum yang dihasilkan adalah atom hidrogen yang merupakan spektum yang paling sedehana. Spektrum garis atom hydrogen berhasil dijelaskan oleh Niels Bohr pada tahun 1913. Model atom Bohr menyertakan gagasan tentang gerakan elektron dalam orbit melingkar. Bohr menunjukkan bahwa elektron dalam atom hidrogen dapat memiliki energi yang diperoleh dari rumus 2 En = -R H (1/n )………………………………………………………. (1) -18 di mana R H, konstanta Ryberg, memiliki nilai 2,18 x 10 J. bilangan n adalah bilangan bulatyang disebut disebu t bilangan kuantum ku antum utama (principal quantum quan tum number) numbe r) yang memiliki nilai n = 1,2,3, dst. Tanda negatif dalam persamaan (1) mungkin terlihat aneh, sebab mengisyaratkan bahwa semua energi elektron yang diizinkan bernilai negatif. Sebenarnya, tanda ini tidak lebih dari konvens sebarang; tanda ini mengartikan bahwa energi elektron dalam atom lebih rendah dari energielektron bebas, atau elektron yang berada pda jarak tak terhingga dari inti atom. Dengan sedikit pengetahuan matematika yang mengagumkan, pada 1885 Balmer memberikan rumus sederhana untuk memperkirakan panjang gelombang dari beberapa garis yang sekarang kita kenal dengan deret Balmer. Tiga tahun berikutnya, Rydberg membuat rumus yang lebih umum sehingga dapat diterapkan untuk memperkirakan panjang gelombang beberapa garis pada spektrum emisi hidrogen. Rydberg memberikan rumus: ……………………………………………(4) R H merupakan konstanta yang disebut dengan konstanta Rydberg . n1 dan n2 merupakan bilangan bulat (seluruh angka). n2 lebih besar daripada n1. Dengan kata lain, jika n1, katakanlah 2, maka n2 dapat berupa seluruh angka antara 3 dan tak hingga. Berbagai kombinasi angka dapat anda masukkan ke dalam rumus, sehingga anda dapat menghitung panjang gelombang dari suatu garis pada spektrum emisi hidrogen − dan terdapat kesamaan antara panjang gelombang yang anda dapatkan dengan menggunakan rumus ini dengan yang diperoleh dari d ari hasil analisis spektrum aslinya. Teori Bohr menerangkan persamaan Rydberg tetapi tidak dapat menerangkan struktur halus dari spektra atom dan tidak dapat menjelaskan struktur atom multielektron. Teori Bohr mengenai struktur atom didasari pada tiga postulat :
Elektron bergerak mengelilingi nukleus yang bermuatan dalam suatu orbital energi tertentu yang sirkular. Elektron hanya dapat mempunyai harga momentum sudut tersendiri, yang diberikan dengan hubungan : L = . Dimana n yang disebut bilangan kuantum dapat mempunyai harga 1,2,3, dst Elektron dapat berpindah dari satu orbit ke orbit yang lain apabila elektron itu menyerap frekuensi yang dihubungkan dengan persamaan : v : v = . Dimana adalah energi dari orbit yang lebih tinggi, sedangkan E sedangkan E yang yang lain adalah energi orbit yang lebih rendah.
Dengan prinsip ini, seseorang dapat menghitung jari-jari elektron, kecepatan elektron dalam setiap orbit, dan juga energi dari orbit. Persamaan Rydberg adalah suatu hubungan empiris yang menjelaskan spektrum hidrogen dan atom dengan lengkap. Hubungannya adalah : = R[ - ] ..................................................... ................................................................................. ............................ (10) Dimana adalah perbedaan antara kedua k edua tingkat energi yang dinyatakan din yatakan dalam d alam 1/cm, Z 1/cm, Z adalah nomor ataom, dan R dan R adalah adalah konstanta Rydberg, yang diberikan sebagai : R= 109737,32/cm ( ) ............................................ ................... (11) Dan adalah bilangan bulat dengan kondisi > . Bentuk modifikasi dari persamaan Rydberg dapat digunakan untuk menjelaskan spektrum dari semua atom seperti hidrogen. 2.6 Konstanta Plank dari spectrum atom hydrogen Diantara yang menggoyahkan teori atom ini ialah hasil percobaan yang dilakukan oleh Thomson pada tahun 1897. Atom dalam suatu unsur dapat dap at menghasilkkan men ghasilkkan spektrum emisi (spektrum diskret) dengan menggunakan alat spectrometer, sebagai contoh spectrum hidrogen. Atom hidrogen memiliki struktur paling sederhana. Spektrum yang dihasilkan adalah atom hidrogen yang merupakan spektum yang paling sedehana. Spektrum garis atom hydrogen berhasil dijelaskan oleh Niels Bohr pada tahun 1913. Atom hidrogen memiliki struktur paling sederhana dan spektrum yang dihasilkan oleh atom hidrogen merupakan spektrum paling sederhana. Oleh karena itu, spektrum hidrogen dijadikan prototipe untuk mempelajari spektrum atom yang lebih rumit. Untuk menghasilkan spektrum atom hidrogen digunakan gas hidrogen yang disimpan dalam tabung dengan tekanan yang sangat rendah. Tabung sinar hydrogen adalah suatu tabung tipis yang besrisi gas hydrogen pada tekanan rendah dengan elektroda pada tiap-tiap ujungnya. Jika anda melewatkan tegangan tinggi (katakanlah, 5000 volt), tabung akan menghasilkan sinar berwarna merah muda yang terang. Pada tabel hasil analisis data diperoleh panjang gelombang untuk setiap spektrum warna. Panjang gelombang terkecil adalah warna ungu yaitu 4,43x10-7 m untuk orde 1 dan 4,18x10-7 m
untuk orde 2. Kemudian warna nila, biru, hijau, kuning, jingga, dan terbesar adalah warna merah yaitu 6,52x10-7 m untuk orde 1 dan orde 2. 6,60x10-7 m. Hasil perhitungan konstanta Rydberg (R) diperoleh rata-rata 8.78 m-1 untuk orde 1 dan 8.923 m-1 untuk orde 2. Hasil ini berbeda dengan nilai R yaitu 1,097x . Hal ini disebabkan oleh kesalahan yang terjadi pada saat pengambilan data, terutama dalam hal penempatan tanda + dalam spektrometer yang tidak pas dengan warna yang di kehendaki. Hal ini juga disebabkan warna spektrum yang di hasilkan susah dibedakan untuk beberapa spectrum warna. Sedangkan hasil perhitungan konstanta Planck (h) secara rata-rata diperoleh 7.16 J.s untuk orde 1 dan 7.12 J.s untuk orde 2. Hasil ini juga berbeda dengan nilai h yaitu 6,625 x10-34 J.s. Perbedaan yang ada disebabkan oleh kesalahan yang terjadi pada saat pengambilan data, terutama dalam hal penempatan tanda + dalam spektrometer yang tidak pas dengan warna yang di kehendaki. Hal ini juga disebabkan warna spektrum yang di hasilkan susah dibedakan untuk beberapa spectrum warna. Adanya perbedaan hasil praktikum dengan teori disebabkan oleh beberapa kesalahan saat mengambil data, yaitu kurang ketelitian saat membaca skala dan ketepatan posisi spektrum warna pada garis vertical saat dilihat diteleskop. diteleskop. Asal usul spectr spectrum um emisi hydr ogen ogen
Garis-garis pada spectrum emisi hydrogen membentuk pola yang umum dan dapat di tunjukan dengan persamaan yang relative sederhana. Masing-masing garis dapat di hitung dari kombinasi angka-angka sederhana. Mengapa hydrogen mengemisikan sinar ketika teriksitasi dengan adan ya tegangan tinggi dan apa arti darisemua angka-angoleh karena ituka itu? Ketika tak ada yang mengiksitasi, electron hydrogen berada pada tingkat yang paling dekat dengan inti. Tetapi jika anda memberikan energy pada atom, electron akan tereksitasi ketingkat energy yang lebih tinggi atau bahkan dilepaskan dari atom. Tegangan tinggi pada tabung sinar hydrogen menyediakan energy tersebut. Molekul hydrogen awalnya pecah menjadi atom-atom hydrogen (oleh karena itu disebut spectrum emisi atom hydrogen ) dan electron kemudian berpromosi ketingkat yg lebih tinggi. 15
Ke duagaris menunjukkan limit deret sekitar 3.28 x 10 Hz. Jadi sekarang kita akan menghitung energy yang di perlukan untuk melepaskan electron tunggal dari atom hydrogen . ingat persamaan pada halaman di atas. Kita dapat menentukan perbedaan energy antara keadaan dasar dan titik dimana electron meninggalkan atom melalui subsitusi nilai frekuensi yang kita dap atkan dan mencari nilai konstanta planck dari buku.
Hasil ini memberikan pada anda energy ionisasi untuk atom tunggal. Untuk menentukan energy ionisasi yang normal, kita perlu mengallikannya dengan banyaknya atom pada satu mol atom hydrogen (konstanta avogadro) dan kemudian membaginya dengan 1000 untuk mengubahnya menjadi kilojoule.
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan Dari hasil analisis dan pembahasan maka dapat d isimpulkan bahwa : 1. Konstanta Rydberg (R) untuk orde 1 rata-rata = 8.780 dan orde 2 rata-rata = 8.923 2. Konstanta Planck (h) untuk orde 1 rata-rata = 7.16 Js dan orde o rde 2 rata-rata = 7.12 Js 3. Terdapat spektrum diskrit atom hidrogen yaitu spektrum warna-warnanya dap at dibedakan 3.2 Saran Hendaknya pembacaan skala diberi lampu yang terang, agar skala yang terlihar lebih terang dan jelas. 3.3 Daftar pustaka Giancoli, Douglas C. 2001. Fisika 2001. Fisika Jilid 2 edisi kelima (Terjemahan).Jakarta: (Terjemahan).Jakarta: Penerbit Erlangga. Halliday dan Resnik.1991. Fisika Resnik.1991. Fisika Jilid 2 (Terjemahan). (Terjemahan). Jakarta: Penerbit Erlangga Sears dan Zemansky. 1962. Fisika 1962. Fisika untuk universitas 2 listrik, magnet (terjemahan).Jakarta: (terjemahan).Jakarta: Binacipta Sunardi dan Indra, Etsa. 2006. Fisika 2006. Fisika Bilingual Untuk SMA/MA kelas XII semester 1 dan 2. Bandung : Penerbit Yrama Widya Surya, Yohanes. 2001. Fisika 2001. Fisika itu Mudah edisi kedua SMU catur wulan kedua kelas 3. 3. Tangerang: Penerbit PT. Bina Sumber Daya MIPA. Tim Eksperimen Fisika Modern. 2009. Penuntun 2009. Penuntun Eksperimen Fisika Modern Program S2. S2. Makassar. Laboratorium Fisika Unit Fisika Modern FMIPA UNM.
