Deret Balmer Pada Spektrum Hidrogen.docx

Deret Balmer Pada Spektrum Hidrogen Melany Putri Razita (140310130029 )  Program Studi Fisika, FMIPA FMIPA Universitas Padjadjaran 13 November 2015 Asistan : Irdiyanto

Abstrak Atom hidrogen merupakan atom yang paling sederhana yang terdiri dari bagian terkecil dari suatu zat yang terdiri dari sub-sub atom yang memiliki muatan tersendiri. Banyak macam-macam atom, namun atom yang akan ditinjau pada percobaan ini adalah atom Argon, Neon, dan Hidrogen. Atom hidrogen memiliki spektrum diskrit yang bentuk fisis dari spektrum atom hidrogen ini diperlihatkan dengan keberadaan empat garis diskrit yang terlihat pada pendaraan spektrum hidrogen yang pada kenyataannya hanya menghasilkan dua spektrum warna saja yaitu merah dan hijau. Fenomena ini dirumuskan oleh Balmer menjadi sebuah deret yang dikenal dengan deret Balmer. Eksperimen deret Balmer ini bertujuan ℎ ),  (ℎ ℎ    −  )),    (). untuk menentukan panjang gelombang  (ℎ) Eksperimen ini dilakukan dengan menyusun alat yaitu menghubungkan sumber cahaya ke prisma lalu dihubungkan celah atau masing-masing kisi dan terakhir menuju layar. Dimana sumber cahaya yang digunakan berupa lampu Argon, Neon, dan Hidrogen. Kemudian, memvariasikan jarak kisi sebesar 10 cm, 20 cm, dan 30 cm. (Keyword: Teori atom Bohr, Spektrum Atom, deret Balmer, panjang gelombang)

I. Pendahuluan Cahaya yang dipancarkan setiap gas  berbeda-beda sesuai karakteristik gas tersebut. Apabila seberkas cahaya  polikromatis seperti lampu listrik dan sinar matahari dilewatkan melalui prisma maka akan diperoleh spektrum 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. Kemudian, fenomena ini dirumuskan oleh Balmer menjadi sebuah deret yang dikenal dengan deret Balmer. Deret Balmer adalah deret yang menunjukkan identifikasi suatu atom. Pada praktikum kali ini akan dilakukan identifikasi deret Balmer pada atom hidrogen sehingga spektrumnya dapat diamati. Tujuan praktikum kali ini adalah

untuk menentukan panjang gelombang  (ℎ),  (ℎ ℎ   −

)  ),    (). Model atom bohr yang mengemukan tentang inti berukuran sangat kecil dan bermuatan positif yang dikelilingi elektron negatif dengan orbit tertentu hal ini dapat kita gunakan untuk mengetahui deret balmer setiap elektron. II. Teori Dasar 2.1. Sejarah perkembangan atom Atom berasal dari bahasa yunani yaitu atomos yang berarti tidak dapat dipotong. Sesuai pengertian tersebut,Atomatom adalah partikel penyusun semua benda yang berukuran sangat kecil. Di dalam atom  juga terdapat sub-atom, yaitu partikel  penyusun atom yang ukurannya lebih kecil. Sulit bagi kita untuk membayangkan seberapa kecil atom ini, satu titik yang ada di akhir kalimat ini saja memiliki panjang

sekitar 20 juta atom. Setiap atom memiliki inti, yang terdiri dariproton dan neutron, serta elektron yang bergerak cepat di sekitar inti. Elektron, neutron dan proton merupakan bagian terkecil dari atom, namun  para ilmuan modern berpendapat bahwa  proton dan neutron tersusun atas partikel partikel yang lebih kecil lagi yang disebut kuark. Teori atom berkembang dari teori atom Demokritus, Dalton, Thompson sampai Rutherford dan Bohr. Berikut  penjelasan: 1. Teori Demokritus Demokritus menyatakan bahwa  bagian terkecil dari suatu unsur adalah atom. Atom yang sangat kecil tersebut terdiri dari inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron bermuatan negatif. 2. Teori Atom John Dalton Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier menyatakan  bahwa “Massa total zat-zat zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi”. Sedangkan Prouts menyatakan  bahwa “Perbandingan massa unsur -unsur -unsur dalam suatu senyawa selalu tetap”. Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai berikut: Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi. Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atomatom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda. Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan  bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air

terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen. Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak  peluru. Seperti gambar berikut ini:

Gambar 1. Teori atom Dalton [1] Kelemahan: Teori dalton tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik.

2. Teori Atom J.J. Thomson Thomson menduga sinar itu dari atom gas dalam tabung.. Jumlah muatan  positif yang tinggal tentu sama dengan  jumlah muatan elektron yang keluar, karena  pada mulanya atom itu netral.

Gambar 2. Teori Atom Thomson [2] Elektron sangat ringan sehingga dapat meninggalkan atom jika diberi energi, misalnya diberi tegangan listrik. Oleh karena itu, diduga elektron berada di bagian luar atom. Berdasarkan penalaran seperti ini, akhirnya Thomson merumuskan teori yang disebut teori atom Thomson, yang meyebutkan bahwa atom merupakan sebuah  bola kecil bermuatan positif dan di  permukaannya tersebar elektron yang  bermuatan negatif (gambar 3). Model ini  juga disebut model roti kismis. Roti digambarkan sebagai atom bermuatan positif dan kismis sebagai elektronnya.

3.Teori Atom Rutherford Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners Masreden) melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa (λ) terhadap lempeng tipis emas. Sebelumya telah ditemukan adanya partikel alfa, yaitu  partikel yang bermuatan positif dan bergerak lurus, berdaya tembus besar sehingga dapat menembus lembaran tipis kertas. Dari  pengamatan mereka, didapatkan fakta  bahwa apabila partikel alfa ditembakkan  pada lempeng emas yang sangat tipis, maka sebagian besar partikel alfa diteruskan (ada  penyimpangan sudut kurang dari 1. Rutherford mengusulkan model atom yang dikenal dengan Model Atom Rutherford yang menyatakan bahwa Atom terdiri dari inti atom yang sangat kecil dan bermuatan  positif, dikelilingi oleh elektron yang  bermuatan negatif. Rutherford menduga  bahwa didalam inti atom terdapat partikel netral yang berfungsi mengikat partikel partikel positif agar tidak saling tolak menolak.

Gambar 3. Teori Atom Rutherford [3] Kelemahan: Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.

4. Teori Atom Bohr Pada tahun 1913, pakar fisika Denmark bernama Neils Bohr memperbaiki kegagalan atom Rutherford melalui  percobaannya tentang spektrum atom hidrogen. Percobaannya ini berhasil memberikan gambaran keadaan elektron

dalam menempati daerah disekitar inti atom. Penjelasan Bohr tentang atom hidrogen melibatkan gabungan antara teori klasik dari Rutherford dan teori kuantum dari Planck, diungkapkan dengan empat postulat, sebagai  berikut: 







Hanya ada seperangkat orbit tertentu yang diperbolehkan bagi satu elektron dalam atom hidrogen. Orbit ini dikenal sebagai keadaan gerak stasioner (menetap) elektron dan merupakan lintasan melingkar disekeliling inti. Selama elektron berada dalam lintasan stasioner, energi elektron tetap sehingga tidak ada energi dalam bentuk radiasi yang dipancarkan maupun diserap. Elektron hanya dapat berpindah dari satu lintasan stasioner ke lintasan stasioner lain. Pada peralihan ini, sejumlah energi tertentu terlibat,  besarnya sesuai dengan persamaan  planck, ΔE = hv. Lintasan stasioner yang dibolehkan memilki besaran dengan sifat-sifat tertentu, terutama sifat yang disebut momentum sudut. Besarnya momentum sudut merupakan kelipatan dari h/2∏ atau nh/2∏, dengan n adalah bilangan  bulat dan h tetapan planck. Menurut model atom bohr, elektronelektron mengelilingi inti pada lintasanlintasan tertentu yang disebut kulit elektron atau tingkat energi. Tingkat energi paling rendah adalah kulit elektron yang terletak paling dalam, semakin keluar semakin besar nomor kulitnya dan semakin tinggi tingkat energinya.

2.2. Spektrum Garis Atom Hidrogen Menurut Max Planck radiasi elektromagnetik bersifat diskontinyu atau dalam bentuk kuanta. Diskontinyuitas

radiasi elektromagnetik dikuatkan oleh efek fotolistrik yang dikembangkan oleh Albert Einstein. Sedangkan kuantisasi atau kuanta energi digunakan oleh Niels Bohr dalam momentum sudut elektron untuk  pengembangan teorinya tentang atom hidrogen. Spektrum garis didapat dengan cara sebagai berikut: Zat yang diselidiki spektrumnya diuapkan pada temperatur tinggi Uap yang terbentuk diletakkan diantara dua elektroda grafit Listrik bertegangan tinggi dialirkan melalui elektroda grafit Spektrum garis yang paling sederhana adalah spektrum garis atom hidrogen.

tingkat energi rendah yang disertai  pelepasan energi dalam bentuk radiasi.







Gambar 4. Spektrum Cahaya Polikromatik [4]

2.3. Deret Balmer Bila atom h ditumbuk oleh elektron yang bergerak dari katoda ke anoda. Tumbukan yang terjadi akibat dari pindahnya energi kinetik elektron. Eksitasi atom hidrogen dapat direpresentasikan dalam suatu deret yang diungkapkan oleh Lyman, Balmer, Paschen, Brackett, dan Phund. Deret-deret tersebut dapat digambarkan dalam diagram berikut.   Apabila

elektron berpindah dari tingkat energi rendah menuju tingkat energi tinggi maka energi akan diserap untuk melakukan proses tersebut. Elektron yang berpindah dari tingkat energi rendah menuju tingkat energi yang lebih tinggi menyebabkan elektron tereksitasi. Akan tetapi keadaan elektron tereksitasi ini tidak stabil sehingga elektron kembali dari tingkat energi tinggi menuju

Gambar 5. Diagram Energi Atom H[5] Dari kelima deret yang terlihat pada diagram diatas dapat diringkas dalam satu  persamaan yang disebut deret spektrum hidrogen:

Dimana R Dimana R adalah konstanta yang nilainya 1,097 × 10 7 m−1. - Deret Lyman (m (m = 1)

Rydberg

dengan n = 2, 3, 4, …. - Deret Balmer (m (m = 2) dengan n = 3, 4, 5 …. - Deret Paschen (m (m = 3)

dengan n = 4, 5, 6 …. Deret

Bracket

(m (m =

4)

dengan n = 5, 6, 7, …. Deret

Pfund

(m (m =

5)

dengan n = 6, 7, 8 ….

III. Percobaan 3.1 Alat dan Bahan 1. 1 Balmer lamp, power supply unit 2. 1 Bench top clamp 3. 1Small optical bench 4. 6 Leybold multiclamps 5. 1 Adjustable slit 6. 1 Spring clamp holder 7. 1 Copy of the Rowland grating 8. 1 Lens f = 50 mm 9. Lens f = 100 mm 10. 1 Translucent



Untuk Lampu Argon



Untuk Lampu Hidrogen

3.2 Metode Eksperimen Menyusun peralatan optis seperti  pada gambar berikut Setelah menyalakan lampu, menunggu sekitar 1-2 menit untuk memulai mengukur pita spektrum biru, biruhijau dan merah dari terang pusat. Mempertajam spektum garis yang terlihat  pada papan layar dengan mengatur celah  pada perangkat perangkat adjustable slit. Menutup/menghalangi cahaya lain yang keluar dari lampu jika diperlukan. Menandai spektrum garis orde pertama pada papan layar. Mengukur dan mencatat jarak b dan a. Memvariasikan jarak antar (a) kisi ke layar (24 variasi).

IV. 

Data dan Analisis

Untuk Lampu Neon



Untuk Lampu Hidrogen

C. Membandingkan panjang gelombang hasil perhitungan dengan panjang gelombang dari grafik 

Untuk Lampu Argon



Untuk Lampu Neon



Untuk Lampu Hidrogen

B. Membuat grafik hubungan jarak kisi terhadap Spektrum untuk masing-masing Lampu 



Untuk Lampu Argon

Untuk Lampu Neon

Analisa: Pada praktikum kali ini, kita melakukan percobaan mengenai deret Balmer pada spektrum Hidrogen. Deret Balmer merupakan deret yang menunjukkan identifikasi suatu atom. Pada percobaan, sumber cahaya polikromatis yang digunakan adalah lampu Argon, Neon, dan Hidrogen. Dalam percobaan, kita memvariasikan jarak a (jarak celah ke layar) yaitu sebesar 10 cm, 20 cm, dan 30 cm. Pada percobaan pertama yaitu dengan sumber cahaya dari lampu neon dengan masing-masing variasi jarak menghasilkan warna merah, hijau, dan biru. Dari setiap warna yang ditampilkan pada layar, kita berikan titik tengah pada setiap warna. Kemudian, dari setiap titik tengah tersebut, kita dapat mengukur jarak dari titik  pusat ke masing-masing warna yang ditampilkan pada layar. Kita mengukurnya dengan 2 arah yaitu ke kiri dan ke kanan dari titik pusat. Dari data hasil percobaan, terlihat bahwa semakin besar jarak a(jarak celah ke layar), maka jarak dari titik pusat terhadap warna yang ditampilkan pada layar  juga akan semakin besar. Dari data hasil  percobaan, kita dapat menentukan panjang gelombang merah yaitu 0,00662 Pada lamapu neon kita dapatkan  panjang helombang Lalu, kita dapat membandingkan  pangjang gelombang dari hasil perhitungan dengan panjang gelombang berdasarkan grafik. Pada panjang gelombang dari grafik dapat kita tentukan dengan cara mengalikan 2   dari grafik dengan panjang gelombang dari hasil perhitungan. Terlihat dari tabel  pengolahan data diatas bahwa perbedaannya hanya sedikit sehingga menghasilkan KSR yang kecil yaitu 0,01 untuk lampu Argon, 0,05978388 untuk lampu Neon, dan 0,11012113 untuk lampu Hidrogen(KSR ini contoh untuk lampu warna merah). Terlihat  juga dari grafik hasil pengolahan data diatas,

 bahwa semakin besar jarak kisi, maka jarak spektrum yang dihasilkan juga akan semakin  jauh. Lalu terlihat juga untuk lampu Hidrogen hanya menghasilkan 2 warna yaitu merah dan hijau-kebiru-biruan. Seperti sudah dijelaskan sebelumnya bahwa Hidrogen memilik nomor atom paling kecil yaitu 1. Terlihat dari data hasil percobaan, untuk atom hidrogen hanya menghasilkan 2 warna yaitu merah dan Hijau-Kebiru-biruan. Hal ini mungkin terjadi karena hidrogen memiliki jumlah elektron paling kecil atau dengan nomor atom 1. Berbeda halnya dengan Argon yang memiliki nomor atom 18 dan Neon yang memiliki nomor atom 10  pada tabel periodik.

Kesimpulan ℎ)  untuk Panjang gelombang  (ℎ) lampu Hidrogen sebesar 0,0007 m atau 700 nm. Panjang gelombang panjang gelombang  (ℎ ℎ    −  ))  untuk lampu Hidrogen adalah sebesar 0,00051 m atau 510 nm.

Daftar Pustaka [1]   Beisser, Arthur. 1987. Konsep Fisika Modern. Erlangga: Jakarta [2]  Deret Balmer.

http:academia.edu/5079744/Deret-Balmer pendidikan-fisika-upi (diakses pada Selasa 3  November 2015 pukul pukul 08.00 WIB) [3] Spektrum Hidrogen. http:slideshare.net/yokhefrans/spektrumgaris-atom-hidrogen (diakses pada Selasa 3  November 2015 pukul pukul 09.15 WIB)