Muchlis1), Ahmad Sahabuddin2), Nur Alisya Ibrahim3), Siti Halija4) Afni Nurfadhilah
Laboratorium Fisika Modern Universitas Negeri Makassar
Abstrak. Percobaan spektrum garis berbagai jenis atom bertujuan untuk menunjukkan adanya spektrum diskrit/garis beberapa atom, dan menentukan jenis unsur sumber cahaya yang tidak diketahui berdasarkan spektrum garis yang terbentuk, dan juga untuk menentukan konstanta Rydberg dengan menggunakan rumus Balmer. Percobaan ini dilakukan dengan menghimpitkan garis vertikal pada teropong spektrometer dengan garis warna yang terbentuk kemudian mengukur sudut yang dibentuk akibat pergeseran teropong spektrometer melalui skala pada spektrometer. Berdasarkan hasil yang diperoleh pada gas atom hidrogen bahwa gas ini memancarkan spektrum warna yang berupa garis diskrit yang terdiri atas deretan warna tertentu, meliputi warna ungu, biru, dan merah. Untuk pengamatan 4 lampu spektrum dengan unsur yang tidak diketahui setelah membandingkan bentuk spektrum dan panjang gelombangnya dengan data base maka diketahui unsur yang terdapat pada lampu tersebut berupa spektrum lampu Zn (seng), He (helium), Hg-Cd, dan Na (natrium).
KATA KUNCI: konstanta Rydberg, panjang gelombang, rumus Balmer, spektrum diskrit ,spektrum garis atom
Abstract. The line spectrum experiment of various types of atoms aims to show the existence of a discrete spectrum / line of several atoms, and determine the type of unknown light source element based on the formed line spectrum, and also to determine the Rydberg constant using the Balmer formula. This experiment was carried out by squeezing a vertical line on the spectrometer binoculars with the color lines formed then measuring the angles formed due to the shift of the spectrometer binoculars through the scale on the spectrometer. Based on the results obtained on hydrogen atom gas that this gas emits a color spectrum in the form of a discrete line consisting of a certain row of colors, including purple, blue, and red. For observing 4 spectrum lights with unknown elements after comparing the spectrum shape and wavelength, it is known that the elements in the lamp are in the form of a spectrum of Zn (zinc), He (helium), Hg-Cd, and Na (sodium) lamps.
KEY WORDS: atomic line spectrum, Balmer formula, discrete spectrum, Rydberg's constant, wavelength
PENDAHULUAN
Neils Hendrik David Bohr (1885-1962) merupakan satu di antara sedikit fisikawan yang memiliki pengaruh ilmiah yang kuat terhadap fisikawan lainnya pada zamannya. Banyak fisikawan teoritis pada abad ke dua puluh yang menganggapnya sebagai guru, meskipun seperti halnya Einstein, Bohr tidak pernah memiliki seorang pun mahasiswa doktor. Pada saat itu rutherford telah mengembangkan sebuah model atom yang terdiri atas sebuah inti dengan sejumlah Z muatan elementer positif e yang dikelilingi dengan Z elektron, yang membawa muatan negatif e [2]
Model atom yang diungkapkan oleh Rutherford sudah lebih baik bila dibandingkan dengan model atom Thomson. Tetapi berdasarkan teori elektromagnet ternyata atom menurut gambaran Rutherford adalah atom yang tidak stabil dan menurut teori elektromagnet atom akan memancarkan spektrum kontinu , tetapi berdasarkan hasil pengamatan ternyata spektrum yang dipancarkan adalah spektrum diskrit kedua hal tersebut tidak bias dijelaskan oleh Rutherford [3].
Atom dalam suatu unsur dapat menghasilkan spektrum emisi (spektrum diskrit) yang dapat diamati dengan menggunakan alat spektrometer, Spektrum garis membentuk suatu deretan warna cahaya dengan panjang gelombang berbeda. Adanya spektrum garis yang dihasilkan setiap unsur yang terdiri atas deretan warna dengan panjang gelombang yang berbeda-beda pertama kali diamati pada gas hidrogen oleh Niels Bohr. Spektrum emisi yang dapat dihasilkan suatu atom dapat diamati dengan menggunakan alat spektrometer [3].
Spektrum garis membentuk suatu deretan warna cahaya dengan panjang gelombangnya 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. Spektrum garis atom hidrogen berhasil dijelaskan oleh Niels Bohr, pada tahun 1913, kemampuan teori atom Bohr menerangkan asal-usul garis spectrum merupakan salah satu hasil yang menonjol, sehingga teori ini diterapkan pada spektrum atomik.
Spektrum garis diperoleh saat bahan berupa atom mengemisikan cahaya. Oleh karena itu sering disebut spektrum atomik. Pada molekul terdapat level-level energi rotasi dan vibrasi yang dilapiskan pada level energi elektronik. Jumlah garis spektral atom unsur tergantung pada konfigurasi elektron atau banyaknya elektron dalam orbital yang terdapat pada suatu sub kulit. Karakteristik suatu garis spektra ditentukan oleh panjang gelombang dan intensitas garis spektra tersebut. Jika gas atomik atau uap atomik yang bertekanan sedikit di bawah tekanan atmosfer dieksitasi dengan mengalirkan arus listrik radiasi yang dipancarkan hanya mempunyai spektrum yang berisi panjang gelombang tertentu saja.
Spektrometer atau spektrotoskop adalah alat untuk mengukur panjang gelombang dengan akurat, dengan menggunakan kisi difraksi atau prisma untuk memisahkan panjang gelombang cahaya yang berbeda. Prinsip kerja pada spectrometer yaitu cahaya dari sumber melewati celah sempit pada kolimator, sehingga cahaya jatuh pada prisma, cahaya dapat terlihat dengan mengatur focus pada teleskop dan diposisikan pada sudut yang sesuai dengan puncak difraksi dari panjang gelombang yang dipancarkan sumber. Sudut dapat diukur dengan ketetapan tinggi ditentukan sampai ketepatan tinggi sehingga panjang gelombang sebuah garis dapat ditentukan sampai ketepatan tinggi.
Difraksi adalah peristiwa pembelokan / penyebaran cahaya ketika melewati sebuah celah sempit. Kisi difraksi sangat banyak digunakan untuk mengukur spektrum cahaya yang dipancarkan oleh sebuah sumber, dan pengukuran ini dinamakan spektroskopi atau spektrometri. Cahaya yang masuk pada sebuah kisi yang jarak celahnya diketahui di dispersikan ke dalam sebuah spktrum. Sudut-sudut deviasi dari maksimum-maksimum kemudian diukur.
Jika ada (N) baris per mm dari kisi, maka (d), ruang antara setiap dua garis yang berdekatan atau (setiap dua sumber yang berdekatan) adalah
d=1/N atau N=1/d (3)
Hubungan antara difraksi dan panjang gelombang adalah linear (sin α ~ λ) pada spektrum normal. Kita dapat menentukan panjang gelombang yang datang dari suatu cahaya yang melalui kisi dengan menggunakan spektrometer. Persamaan untuk menentukan panjang gelombang spektrum garis adalah
Dengan : n = Orde Spektrum, = jumlah sudut antara garis spektrum kanan dan kiri, N = jumlah garis kisi yang digunakan, dan λ = panjang gelombang [2]
METODE EKSPERIMEN
Alat yang digunakan pada eksperimen ini yaitu: Spektrometer optik, Kisi Rowland, dan Universal Choke, 230 V, 50 Hz. Sedangkan bahan yang digunakan yaitu: Spektrum lampu H, dan beberapa jenis atom yang belum diketahui.
Percobaan ini dilakukan dengan melakukan pengaturan atau penyetelan pada spektrometer optik sebelum digunakan dengan meluruskan kolimator dan teleskopspektrometer optik, kemudian atur meja optik sehinggga pada posisi skala putar dan skala nonius pada meja menunjukkan angka nol. Selanjutnya dilakukan dua kali kegiatan pengamatan yaitu: pertama, untuk menentukan spektrum garis Hidrogen pada orde 1 dan 2, dan yang kedua untuk menentukan spektrum berbagai jenis atom yang belum diketahui.
GAMBAR 3. Rangkaian percobaan spektrum garis berbagai jenis atomPertama untuk menentukan spektrum garis Hidrogen, dilakukan dengan memutar bagian teleskop pada spektrometer optik ke arah kanan sehingga teramati garis warna pertama pada orde 1 (n = 1). Kemudian menghimpitkan tanda benang vertikal pada teleskop dengan garis warna pertama dan membaca penunjukan skala pada spektrometer sebagai θ kanan,dengan cara yang sama diamati garis-garis warna berikutnya pada orde yang sama dan garis-garis warna berikutnya pada orde 2 (n=2) kemudian mencatat setiap penunjukan skalanya sebagai θ kanan . Selanjutnya dengan cara yang sama memutar teleskop pada spektrometer optik secara perlahan ke arah kiri dan mengulangi prosedur kerja yang sama seperti pada pembacaan θ kanan serta membaca masing-masing penunjukan skala pada spektrometer sebagai θ kiri. θ kanan dan θ kiri kemudian dijumlahkan dan dibagi dengan 2 untuk mendapatkan nilai sudut warna tertentu yang kemudian digunakan untuk mendapatkan panjang gelombangnya.
Kegiatan kedua untuk pengamatan spektrum garis atom yang belum diketahui, dilakukan dengan mengganti Spectrum Tube Power Supply dengan perangkat lampu spketrum kemudian mengganti spektrum lampu dengan beberapa lampu yang disediakan sebanyak 4 kali dan mengulangi prosedur kerja yang sama saat pada kegiatan pertama tetapi terbatas hanya pada orde 1. Berdasarkan warna-warna yang dihasilkan dalam spektrum sebuah atom dan mengetahui jumlah warna dan panjang gelombangnya maka dapat ditentukan atom apa yang diamati dalam kegiatan ini.
Hasil eksperimen dapat dilihat di sini
Pembahasan
Eksperimen spektrum garis berbagai jenis atom dengan teori atom Bohr dilakukan untuk menunjukkan adanya spectrum diskrit/garis beberapa atom, menggunakan rumus balmer untuk menentukan konstanta Rydberg, dan menentukan jenis unsur sumber cahaya yang tidak diketahui berdasarkan spektrum garis yang terbentuk.
Percobaan ini digunakan atom gas Hidrogen,beberapa sumber cahaya dari atom yang tidak diketahui, kemudian radiasi yang dipancarkan mempunyai spektrum yang berisi panjang gelombang yang berbeda-beda begitupun warna dari spektrum garis yang nampak pada percobaan. Warna itulah yang digunakan untuk menentukan jenis unsur yang digunakan pada percobaan.
Pada kegiatan 1 yaitu pengamatan spektrum garis pada atom Hidrogen, menunjukkan hanya warna tertentu, yaitu ungu, biru, dan merah. Warna yang dipancarkan hanya ketiga warna tersebut dikarenakan sebagian spektrum absorpsi menyerap hampir semua panjang gelombang pada atom Hidrogen dan hanya mengemisikan ketiga warna tersebut. Pada orde 1 warna yang terlihat adalah warna ungu, biru, dan merah yang menurut referensi warna tersebut yang memang terdapat pada spektrum atom hidrogen, sedangkan untuk orde 2 tidak ditemukannya warna pada θ kanan , hal ini terjadi dikarenakan kesalahan yang terjadi pada alat dan kekeliruan praktikan dalam mengambil data. Setelah dilakukan analisis data terhadap panjang gelombang spektrum yang dihasilkan atom Hidrogen didapatkan hasil bahwa panjang gelombang yang dihasilkan termasuk dalam rentang panjang gelombang menurut referensi untuk atom Hidrogen. Kemudian penetuan konstanta Rydberg berdasarkan rumus Balmer yang diperoleh dari panjang gelombang spektrum atom Hidrogen didapatkan nilai konstanta Rydberg untuk warna ungu R= 1,0231819×107 m-1, untuk warna biru R= 1,0821723×107 m-1, dan untuk warna merah R= 1,02005915×107 m-1. Dan untuk nilai konstanta Ryberg secara teori adalah R = 1,097373×107 m-1 setelah dirata ratakan untuk konstanta rydberg secara praktikum adalah 1,091402 ×107 m-1dengan %diff perbedaan dengan teori yaitu 0,5 %.
Untuk kegiatan ke 2 terdapat 4 lampu spektrum atom yang diamati, lampu pertama berdasarkan hasil pengukuran dan pengamatan pada lampu tersebut, telah dibandingkan dengan database dan diperoleh unsur pada lampu pertama yaitu unsur Zn (seng), terlihat bahwa spektrum emisi yang dipancarkan sebanyak 9 spektrum garis yang menandakan unsur tersebut adalah unsur Zn. Kemudian untuk lampu ke 2 berdasarkan hasil pengukuran dan pengamatan pada lampu tersebut, telah dibandingkan dengan database dan diperoleh unsur pada lampu yang kedua yaitu unsur He (Helium), kemudian untuk lampu ke 3 berdasarkan hasil pengukuran dan pengamatan, telah dibandingkan dengan database dan diperoleh unsur pada lampu ke 3 adalah unsur Hg-Cd yang memiliki spektrum garis sebanyak 7 yang menandakan lampu ke 3 adalah unsur Hg-Cd. Dan untuk lampu ke 4 setelah dibandingkan dengan database dan diperoleh unsur pada lampu ke 4 yaitu unsur Na (Natrium) tetapi setelah dilihat pada spektroskop tangan, warna yang dihasilkan adalah hanya warna jingga. Dalam uji emisi natrium dan senyawanya menghasilkan warna jingga, karena elektron 35 natrium yang tereksitasi memancarkan foton ketika kembali dari 3p ke 3s.
KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
- Dari beberapa atom yang diamati, terdapat spektrum dikrit/garis yang berbeda tiap atom dikarenakan perbedaan energi tiap atom tersebut dalam mengemisikan cahaya ketika terjadi peristiwa deeksitasi.
- Dengan menggunakan rumus Balmer didapatkan konstanta Rydberg yang mendekati nilai teori berdasarkan panjang gelombang spektrum atom Hidrogen yang diamati.
- Dari 4 lampu sumber cahaya yang tidak diketahui, dapat ditemukan berdasarkan spektrum garis yang terbentuk dan jumlah spektrum yang dihasilkan bahwa unsur yang menjadi sumber cahaya tersebut berturut-turut adalah unsur Zn, Na, dan Hg-Cd.
DAFTAR PUSTAKA
[1]Subaer, dkk. 2018. Modul Praktikum Eksperimen Fisika 1. Unit Laboratorium Fisika Modern Jurusan Fisika FMIPA UNM. Makassar: Jurusan Fisika UNM.
[2]Sumardi, Yos,. 1993. Fisika Modern. Jakarta: Universitas Terbuka.
[3] Syahrun, Wildan dkk. 2015. Spektrum Atom He dan Hg. Bandung: Institut Teknologi Bandung