MAKALAH FISIKA
“SPEKTRUM EMISI, SPEKTRUM ABSORBSI, ENERGI IONISASI DAN AFINITAS ELEKTRON”
Disusun oleh: 1. Fanny Ramadhani 2. Niva Aulia 3. Rahmah Merdekawaty 4. Rizki Akbar 5. Teti Martati
SMA NEGERI 13 KOTA BEKASI JL. PARIWISATA RAYA PERUM BEKASI BARU UTARA RAWALUMBU TAHUN PELAJARAN 2010/2011
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayat-Nya, penulis dapat menyelesaikan makalah yang berjudul “SPEKTRUM EMISI, SPEKTRUM ABSORBSI, ENERGI IONISASI DAN
AFINITAS ELEKTRON”. Tersusunnya makalah ini penulis mendapat bantuan dari berbagai pihak baik berupa saran dan motivasi, oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada semua pihak yang membantu penulisan ini. Mudah-mudahan amal dan jasa baik mereka diterima oleh Allah SWT dan semoga makalah ini bermanfaat, khususnya bagi penulis dan bagi pembaca pada umumnya. Penulis menyadari bahwa makalah ini masih terdapat kekurangan dan kelemahannya, oleh karena itu kritik dan saran para pembaca akan penulis terima dengan senang hati demi penyempurnaan makalah ini di masa yang akan datang.
Bekasi, 20 Desember 2011
Penulis
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR.....................................................................................
i
DAFTAR ISI....................................................................................................
ii
PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah................................................................. B. Rumusan Masalah........................................................................... C. Tujuan Penulisan............................................................................. D. Manfaat Penulisan........................................................................... PEMBAHASAN A. Spektrum Emisi dan Spektrum Absorbsi........................................ B. Energi Ionisasi dan Afinitas Elektron.............................................. PENUTUP A. Kesimpulan....................................................................................... B. Saran................................................................................................. DAFTAR PUSTAKA....................................................................................... SUMBER LAIN...............................................................................................
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Pada abad 17 kata spektrum diperkenalkan kedalam bidang optika, untuk merunjuk pada rentang warna yang teramati ketika cahaya putih terdispersi oleh sebuah prisma. Segera istilah tersebut merunjuk pada plot intensitas cahaya sebagai fungsi dari frekuensi/panjang gelombang. Selain itu, spektrum dapat diamati dengan menggunakan spektroskop.Teknik pengamatan spektrum dengan menggunakan spektroskop ini disebut spektroskopi.Dalam spektroskopi, yang diamati adalah spektrum gelombang elektromagnetik. Berdasarkan cara terbentuknya, spektrum dibagi menjadi dua yaitu spektrum emisi dan spektrum absorbsi. Dalam atom, elektron diikat oleh inti. Elektron mengalami proses ionisasi yang memerlukan energi untuk dapat pindah keorbit yang lebih luar. Energi tersebut adalah energi ionisasi.Pada peristiwa ionisasi, sebuah atom berubah menjadi ion positif.Sebaliknya apabila menangkap elektron, atom berubah menjadi ion negatif.Jika pada ionisasi diperlukan energi, sebaliknya pada pembentukan ion negatif dibebaskan energi.Energi yang dibebaskan itu disebut afinitas elektron. Itulah sedikit gambaran tentang spektrum emisi, spektrum absorbsi, energi ionisasi dan afinitas elektron.Tetapi untuk mendapatkan gambaran yang lebih rinci, pada kesempatan kali ini penulis membuat makalah yang berjudul “Spektrum Emisi, Spektrum Absorbsi, Energi Ionisasi, dan Afinitas Elektron” dengan harapan dapat
menambah pengetahuan pembaca.
B. Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud spektrum? 2. Apa pengertian dari spektrum emisi dan spektrum absorbsi? 3. Apa yang dimaksud energi ionisasi? 4. Apa yang dimaksud afinitas elektron?
C. Tujuan Penulisan
Ilmu pengetahuan sangatlah penting bagi kita semua sebagai bekal di masa depan. Mengapa kita mesti mempelajari spektrum emisi, spektrum absorbsi, energi ionisasi, dan afinitas elektron? Salah satu tujuannya adalah menambah pengetahuan kita utamanya menyangkut dalam bidang fisika dan kimia.
D. Manfaat Penulisan
Dengan diadakannya makalah tentang spektrum emisi, spektrum absorbsi, energi ionisasi, dan afintas elektron, senantiasa kita mendapatkan beberapa manfaatnya, yaitu sebagai berikut: 1.
Mengetahui apa yang dimaksud dengan spektrum.
2.
Mengetahui macam-macam spektrum.
3.
Mengetahui apa yang dimaksud dengan energi ionisasi.
4.
Mengetahui apa yang dimaksud dengan afinitas elektron.
PEMBAHASAN A. Spektrum Emisi dan Spektrum Absorbsi Zat
Gambar 1. Spektrum
Pernahkah anda mengamati spektrum warna?Kebanyakan orang pernah melihat deretan warna melengkung dilangit sebelah barat atau timur yang terjadi setelah hujan.Deretan warna itu dinamakan pelangi.Pelangi merupakan salah satu contoh spektrum warna. Anda dapat melakukan pengamatan spektrum menggunakan lampu senter (lampu baterai) yang ditutup kertas bercelah, prisma, dan kisi difraksi. Pada pengamatan dengan prisma, terlihat sederet warna dari merah sampai ungu yang saling berkesinambungan. Adapun pada pengamatan dengan kisi difraksi, tidak hanya terjadi satu deret, tetapi dapat lebih dari dua deret disebelah kanan dan kiri celah, bergantung pada konstanta kisinya. Cahaya yang dipancarkan oleh lampu senter berasal dari kawat filamen yang membara (lampu senter berpijar).Gelombang cahaya yang berasal dari kawat filamen yang membara itu merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang kontinu (bersambungan).Artinya, panjang gelombang itu ada pada sembarang panjang gelombang.Misalnya, pada daerah cahaya tampak, gelombang yang diemisikan (dipancarkan) mulai dari warna merah sampai ungu ada semua tanpa ada yang tersela.Sederetan warna yang terbentuk seperti itu disebut spektrum.
1. Spektrum Emisi
Atom dapat tereksitasi dengan beragam cara. Misalnya dengan penembakan elektron pada atom-atom gas, atau dengan pemberian medan listrik pada atom-atom gas bertekanan rendah. Akibatnya elektron-elektron atom akan tereksitasi atau terionisasi. Bila kembali ke keadaan dasar, atom akan melepas energi aksitasi dalam bentuk foton, dan gas tersebut tampak menyala. Bila spektrum cahaya dari gas tersebut kita amati, kita akan memperoleh spektrum emisi. Setiap atom memiliki spektrum emisi yang khas. Adapun pada pengamatan spektrum menggunakan lampu tabung hidrogen atau natrium yang ditutup kertas bercelah, prisma, dan kisi difraksi, spektrum yang diemisikan bukan merupakan spektrum kontinu, melainkan spektrum garis. Hal itu terjadi karena panjang gelombang yang dipancarkan hanya tertentu. Spektrum hidrogen atau natrium terjadi karena lonjatan elektron dari satu orbit ke orbit yang lebih dalam atau dari tingkat energi elektron tinggi ke tingkat energi elektron yang lebih rendah. Ingat, elektron yang meloncat dari suatu orbit ke orbit yang lebih dalam memancarkan energi dalam bentuk foton atau cahaya. Spektrum yang dihasilkan oleh lampu pijar, lampu hidrogen, lampu neon, lampu natrium, dan sembarang lampu lainnya merupakan spektrum emisi . Karena spektrumnya dihasilkan oleh atom-atom zat yang memancarkan gelombag elektromagnetik (emit = memancarkan). Pada atom hidrogen dengan nomor atom Z=1, energi elektron pada suatu orbit (kulit atom) dirumuskan
= - , dengan = bilangan kuantum utama (nomor kulit atom). Sedangkan untuk sebarang atom dengan nomor atom Z, besar energi total elektronnya pada suatu orbit adalah
=
Untuk atom berelektron banyak, dengan adanya subkulit s, p, d, f ... perhitungannya menjadi kompleks (sangat rumit).Kita contohkan pada atom helium. Atom helium mempunyai nomor atom Z=2 ( maka
= = Pada keadaan dasar n = 1, energinya
54,4 eV
Apabila elektron meloncat dari keadaan n= 2 ke n=1, energi yang dipancarkan dan panjang gelombangnya adalah sebagai berikut. E =
=
( ) =
= 40,8elektronvolt/eV = 65,28 x E=
maka
= 0,3047 x
= 304,7 Å Jadi, cahaya yang dipancarkan memiliki panjang gelombang 304,7 Spektrum emisi ada tiga macam, yaitu:
Spektrum garis. Dihasilkan oleh gas bertekanan rendah yang dipanaskan. Terdiri dari garis – garis cahaya monokromatik dengan panjang tertentu. Panjang gelombangcahaya yang terdapat di spektrum merupakan karakteristik dari unsur tersebut.Adanya pemanasan atom gas akan menyerap energi sehingga berada padakeadaan tereksilasi. Dalam keadaan tersebut atom tidak stabil dan akanberusaha ke keadaan dasar dengan memancarkan foton berupa gelombangelektromagnetik.
Spektrum Pita. Dihasilkan oleh gas dalam keadaan molekuler. Spektrum yang dihasilkan berupakelompok-kelompok garis yang sangat rapat sehingga membentuk pita-pita.
Spektrum Kontinu. Merupakan spektrum yang terdiri atas cahaya dengan semua panjanggelombang, walaupun dengan intensitas yang berbeda. Dihasilkan oleh zat cair,zat padat dan gas yang berpijar, atau gas yang bertekanan tinggi yang berpijar.Zat-zat tersebut berpijar karena memiliki atom-atom yang berjarak relatif satuantar atom, sehingga saling berinteraksi. Hal tersebut berakibat tingkat-tingkatenergi atom bergeser untuk memenuhi aturan Pauli.
2. Spektrum Absorbsi
Gambar 2. Spektrometer
Suatu berkas cahaya yang berasal dari lampu pijar, apabila diamati dengan spektrometer/spektroskop , akan teramati suatu spektrum yang kontinu. Namun,
apabila berkas cahaya tersebut dilewatkan pada tabung berisi gas hidrogen, spektrum yang terjadi tidak kontinu lagi, tetapi energi foton cahaya pada panjang gelombang tertentu itu diserap oleh elektron atom hidrogen. Perlu diketahui, dengan alat sederhana seperti prisma dan kisi difraksi, spektrum absorbsi yang berwarna hitam tidak akan tampak. Untuk itu, diperlukan alat yang peka terhadap cahaya dan
mempunyai daya hisap panjang gelombang yang tinggi.Alat yang dimaksud adalah spektrometer. Spektrum absorbsi merupakan spektrum garis gelap (hitam) yang berupa
deretan garis hitam yang berlatar belakang terang (warna).Garis-garis pada spektrum abosrbsi menggambarkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu yang diserap oleh gas . Spektrum absorbsi suatu gas sama dengan spektrum emisinya.
Spektrum emisi terdiri atas garis-garis terang berlatar belakang gelap, sedangkan spektrum absorbsi terdiri dari garis-garis gelap berlatar belakang warna terang. Spektrum emisi gas hidrogen berasal dari gas hidrogen panas, sedangkan spektrum absorbsi gas hidrogen berasal dari cahaya yang dilewatkan pada gas hidrogen dingin. Spektrum emisi terjadi karena pelepasan energi berupa foton dari elektron yang melonjat keorbit yang lebih dalam, sedangkan spektrum absorbsi terjadi karena energi foton yang masuk diserap elektron untuk melonjat keorbit yang lebih luar atau ketingkat energi yang lebih tinggi. Spektrum sinar matahari bukan merupakan spektrum yang kontinu, melainkan spektrum absorbsi.Pada spektrum sinar matahari terdapat garis-garis gelap yang dinamakan garis-garis hitam Fraunhofer .Garis-garis gelap itu terjadi karena cahaya putih dari matahari yang melewati lapisan udara dingin yang melingkupi bumi pada panjang gelombang tertentu, sinar matahari diserap oleh lapisan tersebut.
Gambar 3. Spektrogram garis Fraunhofer Matahari, menunjukkan pita vertikal gelap yang bertindihan dengan warna latar belakang.
Gambar 4&5. Perbedaan spektrum kontinu, absorpsi dan emisi
B. Energi Ionisasi dan Afinitas Elektron 1. Energi Ionisasi
Untuk atom hidrogen, pada keadaan dasar elektron terikat dengan inti dengan energi ikat E = -13,6 eV. Jika menyerap energi dari luar akibat bertumbukan dengan elektron lain atau disinari dengan foton, elektron pada atom hidrogen mengalami eksitasi atau pindah ke orbit yang lebih luar. Jika energi yang diserap elektron 13,6 eV, elektron tepat akan lepas dari ikatannya. Dengan kata lain, elektron tepat akan pindah ke orbit n = ~. Mengingat atom yang akan kehilangan elektron berubah
menjadi ion, energi yang dapat menyebabkan elektron tepat lepas dari ikatannya disebut energi ionisasi . Dengan kata lain, energi ionisasi adalah energi yang diperlukan untuk membangkitkan elektron ke lintasan n = ~ atau terlepas dari ikatan inti. Apabila energi yang diterima elektron pada atom hidrogen lebih dari 13,6 eV, sisanya digunakan untuk bergerak sebagai energi kinetik ( ). Sebaliknya, apabila energi yang diterima itu kurang dari 13,6 eV, atom tidak mengalami ionisasi. Hanya, elektronnya akan meloncat ke lintasan yang lebih luar sesuai dengan tingkatan selisih tingkat energi yang ada. Ionisasi atom hidrogen dapat ditulis H + 13,6 eV →
+
Energi ionisasi merupakan ukuran kestabilan konfigurasi elektron terluar dari suatu atom. Makin besar energi ionisasi, makin sukar bagi atom untuk melepaskan elektron itu. Pada gambar 4 tampak bahwa energi ionisasi atom-atom He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, yaitu golongan gas mulia adalah yang paling besar . Hal ini terjadi karena subkulit terluarnya penuh terisi elektron dan ada celah energi yang cukup lebar (besar) terhadap kelompok dari subkulit berikutnya. Oleh karena itu, diperlukan energi yang cukup besar untuk mengeluarkan elektron pada subkulit terluar ini. Dengan kata lain, energi ionisasi golongan gas mulia adalah besar. Karena itu, unsurunsur gas mulia sukar bereaksi dengan unsur-unsur golongan lain. Sebaliknya, pada golongan logam alkali, yaitu: Li, Na, K, Rb, dan Cs, kulit terluarnya hanya terdiri 1 elektron, dan untuk mengeluarkan elektron terluar ini diperlukan energi yang tidak begitu besar. Dengan kata lain, elektron terluar ini mudah dilepaskan, sehingga golongan logam alkali (golongan IA) memiliki energi ionisasi paling rendah, seperti pada gambar 4. Karena itu, logam alkali sangat mudah bergabung dengan atom lain ( sangat reaktif secara kimia). Jika kita bergerak dari atas ke bawah dalam suatu golongan (misal He, Ne, Ar, Kr, Xe, Re), maka pada gambar 4 ditunjukkan bahwa energi ionisasi makin kecil . Dalam satu golongan, makin ke bawah, bilangan kuantum nmakin besar. Ini berarti jarak antara proton-proton dalam inti dan elektron terluar makin bertambah, sehingga
gaya ikat inti dan elektron terluar yang disebabkan oleh gaya Coulomb dengan
muatan listrik berbeda makin lemah. Akibatnya, elektron terluarnya lebih mudah untuk dikeluarkan atau dengan kata lain energi ionisasinya lebih kecil. Makin bertambahnya energi ionisasi jika kita bergerak dari kiri ke kanan
dalam satu periode (misal dari Li ke Ne), seperti pada gambar 4 disebabkan oleh bertambahnya muatan inti (proton dalam inti bertambah). Pertambahan muatan inti menyebabkan gaya ikat antara inti dan elektron terluar bertambah besar.
Gambar 6. Grafik energi ionisasi unsur-unsur terhadap kenaikan nomor atom Z 2. Afinitas Elektron
Pada peristiwa ionisasi, sebuah atom berubah menjadi ion positif karena melepaskan elektron. Sebaliknya apabila menangkap elektron, atom berubah menjadi ion negatif. Jika pada ionisasi diperlukan energi, sebaliknya pada pembentukan ion negatif dibebaskan energi. Energi yang dibebaskan atom pada saat menangkap elektron dari luar dinamakan afinitas elektron . Atom-atom yang mempunyai energi ionisasirendah, afinitas elektronnya juga rendah dan atom-atom yang mempunyai energi ionisasi
tinggi, afinitas elektronnya juga tinggi. Contoh peristiwa afinitas elektron adalah sebagai berikut. Cl + → + energi Ikatan ionik antaratom terjadi jika ada sebuah elektron atau lebih berpindah dari atom yang memliki energi ionisasi rendah ke atom lain yang memiliki afinitas elektron tinggi. Molekul NaCl terjadi karena adanya ikatan ionik diantara keduanya. Energi ionisasi Na adalah 5,1 eV, sedangkan afinitas elektron Cl adalah 3,8 eV sehingga energi yang diperlukan agar terjadi reaksi adalah 5,1 eV – 3,8 eV = 1,3 eV Na + Cl – 1,3 eV → + → NaCl Atom Na mempunyai 1 elektron pada kulit terluar yang terdapat pada subkulit s (3
. Atom Na lebih mudah melepaskan elektronnya untuk membentuk ion
daripada menangkap elektron dari luar. Sementara itu, atom Cl yang pada kulit terluarnya terisi 7 buah elektron (3 , lebih mudah menangkap 1 elektron daripada melepaskan 1 elektron. Hal itu disebabkan setiap atom cenderung untuk berada dalam keadaan stabil. Keadaan stabil akan tercapai jika konfigurasi elektron pada subkulit terluar dalam keadaan penuh atau setengah penuh. Dalam hal itu, sub kulit terluar atom Cl cenderung menangkap 1 elektron agar subkulit terluarnya terisi penuh. Itulah sebabnya, atom Na dan Cl mudah sekali bereaksi membentuk molekul NaCl. Atom-atom dalam golongan gas mulia (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) konfigurasi elektron kulit terluarnya sudah penuh: He = 1 , Ne = 2 ,Ar = 3 , Kr = 4, Xe = 5 , dan Rn = 6 . Pada keadaan seperti itu, semua elektronnya telah membentuk pasangan spin. Elektron yang telah membentuk pasangan spin berada dalam keadaan stabil. Itulah sebabnya, unsur gas mulia sulit bereaksi (melepas atau menangkap elektron). Secara umum, atom-atom dengan banyak elektron pada kulit terluar kurang dari 4 cenderung melepaskan elektron untuk membentuk ion positif.
Ca → Al →
Na →
(1 elektron terluar) (2 elektron terluar) (3 elektron terluar)
Sedangkan atom-atom dengan banyak elektron pada kulit terluar lebih dari 4 cenderung menerima elektron untuk membentuk ion negatif.
O + 2e → Cl + e →
(7 elektron terluar) (6 elektron terluar)
PENUTUP A. Kesimpulan
Spektrum adalah sederetan warna yang terbentuk mulai dari warna merah sampai ungu dengan cara mengemisikan (memancarkan) atau mengabsorbsikan gelombang elektromagnetik. Spektrum emisi dihasilkan oleh atom-atom zat yang memancarkan gelombang elektromagnetik. Spektrum emisi adatiga macam, yaitu spektrum kontinu, spektrum pita, spektrum garis. Spektrum absorbsi merupakan
spektrum yang terjadi karena penyerapan panjang gelombang tertentu dari suatu cahaya. Energi ionisasi adalah energi yang diperlukan untuk membangkitkan elektron ke lintasan n = ~ atau terlepas dari ikatan inti sehingga terjadi ionisasi. Afinitas elektron adalah energi yang dibebaskan atom pada saat atom itu menangkap elektron dari luar. Atom-atom dengan jumlah elektron kulit terluar kurang dari empat cenderung melepaskan elektron, sedangkan atom-atom dengan jumlah elektron lebih dari empat cenderung menangkap elektron.
B. Saran
Sebaiknya semua pihak mempelajari spektrum emisi, spektrum absorbsi, energi ionisasi, afinitas elektron agar dapat mengetahuinya. Karena aplikasinya terdapat pada fenomena alam yang sebenarnya merupakan konsep dari fisika, seperti terjadinya pelangi dan radiasi yang dipancarkan matahari.
DAFTAR PUSTAKA
Kanginan, Marthen. 2002. Fisika Untuk SMA. Jakarta: Erlangga. Sujatmiko, Yugo. 2004. Fisika SMA. Bogor: Pustaka Gemilang. Tekin, L. 1996. Physics 3. Optics. Istambul: Surat Publishing Company. Wiladi, Hasan.2003. Fisika untuk SMU . Bandung: Grafindo. SUMBER LAIN
http://www.chem-is-try.org http://www.scribd.com/doc/18048551/Ringkasan-Materi-Fisika-Kelas-XII http://hansgunawan-astronomy.blogspot.com/2008/12/spectroscopy.html http://www.csep10.phys.utk.edu http://www.faktailmiah.com/2010/08/22/ketertampakan-garis-emisi-dan penyerapan.html
