I. Pendahuluan

1.1 Latar Belakang

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 atomik dapat digunakan untuk menguji kebenaran dari sebuah model atom.

Pada praktikum kali ini , kita akan mengamati dan

menganalisis spectrum (diskrit) atom hidrogen dan beberapa

atom lainnya untuk memahami fenomena kuantisasi energi

atomik dan kaitannya dengan struktur atom – atom tersebut

serta proses emisi cahaya yang terjadi. Kita akan mengukur

panjang gelombang spectrum atom hidrogen yang dipancarkan

lampu hidrogen (lampu balmer). Panjang gelombang ditentukan

dengan bantuan spectrum kisi (crossbow spectrometer).

1.2 Identifikasi Masalah

1. Menentukan panjang gelombang Hα, Hβ, dan Hγ dari atom hidrogen

dengan penguraian spectral cahaya sebuah lampu Balmer

2. Warna - warna yang terbentuk pada spektrum hidrogen

3. Grafik hubungan lebar spektrum cahaya dari terang pusat dengan jarak

dari kisi ke layar

1.3 Tujuan Percobaan

a. Mempelajari struktur elektronik atom hidrogen dan atom-atom lainnya

b. Memahami kuantisasi energi elektronik atomik

c. Memahami mekanisme pemancaran cahaya (foton) oleh suatu atom

1

II. Teori Dasar

A. Percobaan Balmer

Deret Balmer merupakan himpunan garis spektrum atom hydrogen yang

bersangkutan dengan de-eksitasi ke edaran dengan bilangan satu utama n = 2.

Garis dengan panjang gelombang terbesar 656,3 nm diberi lambang Hα

disebelahnya yang panjang gelombangnya 486,3 nm diberi lambang Hβ , dan

seterusnya. Ketika panjang gelombangnya bertambah kecil, garisnya didapatkan

bertambah dekat dan intensitasnya lebih lemah sehingga batas deret pada 364,6

nm dicapai, diluar batas itu tidak terdapat lagi garis yang terpisah, hanya terdapat

spektrum kontinu yang lemah.

Pengamatan menunjukan bahwa gas yang bersuhu tinggi memancarkan

cahaya dengan spectrum garis yang memiliki garis keteraturannya sendiri.

Spektrum gas juga dapat diperoleh dengan menempatkan gas itu didalam tabung

yang diberi beda potensial cukup tinggi. Atom hydrogen merupakan atom yang

paling sederhana, terdiri dari sebuah proton dan sebuah electron. Pada tahun

1913 Niele Bohr mengajukan postulat tentang atom hydrogen sebagai berikut:

1. Atom hydrogen terdiri dari sebuah electron yang bergerak dalam suatu

lintas edar berbentuk lingkaran mengelilingi inti atom; gerak electron

tersebut dipengaruhi oleh gaya tarik Coulomb sesuai dengan kaidah

mekanika klasik.

2. Lintas edar electron dalam atom hydrogen yang mantap hanyalah yang

mempunyai harga momentum anguler L yang merupakan kelipatan dari

tetapan Planck dibagi 2.

L = n hatau

mvr = n h/2

Dalam lintas edar yang mantap electron yang mengelilingi inti atom tidak

2

memancarkan energi elektromagnet ; dalam hal tersebut energi totalnya tidak

berubah. Energi elektromagnet dipancarkan oleh sistim atom apabila suatu

elektron Yang melintasi orbit mantap dengan energi E (I)

B. Memperlebar spektrum emisi hidrogen hingga UV dan IR

Ada lebih banyak lagi spektrum hidrogen selain tiga garis yang dapat anda

lihat 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. Gambar di bawah menunjukkan tiga dari deret garis tersebut,

deret lainnya berada di daerah infra-merah, jika digambarkan terletak di sebelah

kiri deret Paschen.

Gambar tersebut cukup rumit, sehingga kita akan membahasnya sedikit

saja. Pertama lihat deret Lyman pada sebelah kanan gambar − deret ini paling

lebar dan paling mudah diamati.

Deret Lyman merupakan deret garis pada daerah ultra-violet. Perhatikan

bahwa garis makin merapat satu sama lain dengan naiknya frekuensi. Akhirnya,

3

8ε0h2

garis-garis makin rapat dan tidak mungkin diamati satu per satu, terlihat seperti

spektrum kontinu. Hal itu tampak sedikit gelap pada ujung kanan tiap spektrum.

Kemudian pada titik tertentu, disebut sebagai deret limit (limit series),

deret terhenti. Jika anda melihat deret Balmer atau Paschen, anda akan melihat

polanya sama, tetapi deretnya menjadi makin dekat. Pada deret Balmer,

perhatikan posisi tiga garis yang tampak pada foto di bagian atas. (II)

C. TINGKAT ENERGI DAN SPEKTRUM

Berbagai orbit yang diijinkan berkaitan dengan energy electron yang

berbeda-beda. Energy electron En = - e2

rn = n2 h2 εo

Dan En = - m e4 1 n=1,2,3 … (tingkat energy)

n2

Tingkat energy ini negative hal ini menyatakan bahwa electron tidak memiliki

cukup energy untu melarikan diri dari atom. Tingkat energy yang terendah E1

disebut keadaan dasar dari atom itu dan tingkat energy yang lebih tinggi

E2,E3,E4. Ketika bilangan kuantum n bertambah, energy En yang bersesuaian

mendekati nol, dalam limit En=0 dan elektronnya tidak lagi terikat pada inti untuk

membentuk atom.

Deretan tingkat energy merupakan karakteristik semua atom. Kehadiran

tingkat energy diskrit tertentu dalam atom hydrogen menyarankan adanya

hubungan dengan spectrum garis. Anggaplah jika sebuah electron pada tingkat

eksitasi jatuh ke tingkat yang lebih rendah, kehilangan energinya dan dipancarkan

sebagai foton cahaya tunggal. Loncatan sebuah electron dari suatu tingkat ke

tingkat lain, dengan perbedaan energy antara tingkat itu dilepas sekaligus sebagai

sebuah foton alih-alih sebagai sesuatu yang gradual. Bila bilangan kuantum

4

8πε0rn

π m e2

keadaan awal (energy lebih tinggi) ialah ni dan bilangan kuantum kedaan akhir

(energy lebih rendah) ialah nf, kita nyatakan bahwa (III)

D. POSTULAT BOHR

Penelitian spektroskopi yang semakin intensif, memaksa para ahli pada saat

itu untuk menemukan suatu model atom yang sesuai dengan hasil penelitian. Pada

tahun 1913 Niels Bohr mengembangkan sebuah model atom yang dapat

menjelaskan hubungan antara struktur atom khususnya berkenaan dengan masalah

stabilitas atom dengan frekuensi / panjang gelombang garis-garis spectrum atom

tersebut. Model atom Bohr ini didasarkan pada postulat-postulatnya sebagai

berikut.

a. Sebuah electron dalam atom bergerak mengelilingi inti dalam sebuah

lintasan atau orbit yang berbentuk lingkaran. Karena pengaruh gaya

tarik-menarik (gaya Coulomb) antara electron dan inti sesuai dengan

hukum-2 mekanka klasik

b. Sebuah electron hanya bergerak dalam orbit sedemikian sehingga

momentum sudut orbit L sama dengan bilangan bulat dikalikan dengan

ħ (tetapan Planck h/2π). Jadi berbeda dengan mekanika klasik yang

menganggap bahwa orbit electron yang mungkin tidak berhingga.

c. Electron yang bergerak dalam sebuah orbit sesuai dengan postulat b

tidak mengalami percepatan, sehingga tidak memancarkan radiasi

elektromagnetik, jadi energinya tetap.

d. Sebuah electron yang pada mulanya bergerak pada orbit dengan energy

total yang lebih rendah, akan memancarkan radiasi elektromagnetik.

Frekuensi radiasi elektromagnetik = (Ei – Ef)/h (IV)

E. Spektrum Garis Atomik

5

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.

spektrum garis berbagai gas

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 berikut ini. selanjutnya, deret ini disebut

deret Balmer

6

.

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. Pola deret-deret ini ternyata serupa dan dapat

dirangkum dalam satu persamaan. Persamaan ini disebut deret spektrum

hidrogen.

Dimana R adalah konstanta Rydberg yang nilainya 1,097 × 107 m−1.

- Deret Lyman (m = 1)

dengan n = 2, 3, 4, ….

- Deret Balmer (m = 2)

dengan n = 3, 4, 5 ….

- Deret Paschen (m = 3)

dengan n = 4, 5, 6 ….

- Deret Bracket (m = 4)

7

dengan n = 5, 6, 7, ….

- Deret Pfund (m = 5)

dengan n = 6, 7, 8 ….

Dalam model atom Rutherford, elektron berputar mengelilingi inti atom

dalam lintasan atau orbit. Elektron yang berputar dalam lintasan seolah-

olah bergerak melingkar sehingga mengalami percepatan dalam geraknya.

Menurut teori elektromagnetik, elektron yang mengalami percepatan akan

memancarkan gelombang elektromagnetik secara kontinu. Ini berarti

elektron lama kelamaan akan kehabisan energi dan jatuh ke dalam tarikan

inti atom. Ini berarti elektron tidak stabil. Di pihak lain elektron

memancarkan energi secara kontinu dalam spektrum kontinu. Ini

bertentangan dengan kenyataan bahwa atom memancarkan spektrum garis.

Ketidakstabilan elektron dan spektrum kontinu sebagai konsekuensi dari

model atom Rutherford tidak sesuai dengan fakta bahwa atom haruslah

stabil dan memancarkan spektrum garis. Diperlukan penjelasan lain yang

dapat menjelaskan kestabilan atom dan spektrum garis atom hidrogen.

Terlihat garis-garis spektrum emisi hidrogen dalam deret Balmer. H-alpha

adalah garis merah di sebelah kanan. Dua baris paling kiri

dianggap ultraviolet karena mereka memiliki panjang gelombang kurang

dari 400 nm.

Deret Balmer atau garis Balmer dalam fisika atom , adalah sebutan dari

salah satu dari enam seri set nama yang berbeda yang menjelaskan garis

spektrum emisi dari atom hidrogen . Deret Balmer dihitung

menggunakanrumus Balmer, seorang empiris persamaan ditemukan

oleh Johann Balmerpada 1885.

8

Terlihat spektrum dari cahaya dari hidrogen menampilkan empat panjang

gelombang , 410 nm , 434 nm, 486 nm, dan 656 nm, yang sesuai dengan

emisi foton dengan elektron dalam keadaan tereksitasi transisi ke tingkat

kuantum dijelaskan oleh bilangan kuantum utama n sama dengan 2. [1] Ada

juga sejumlah ultraviolet dengan panjang gelombang garis Balmer yang

lebih pendek dari 400 nm.

Dalam disederhanakan Model Rutherford Bohr dari atom hidrogen , yang

garis Balmer hasil dari elektron melompat antara tingkat energi kedua

yang paling dekat dengan inti, dan mereka tingkat yang lebih

jauh. Ditampilkan di sini adalah emisi foton. Para   transisi

digambarkan di sini menghasilkan H-alpha , baris pertama dari deret

Balmer. Untuk hidrogen (Z = 1) transisi ini menghasilkan foton

dari panjang gelombang 656 nm (merah).

Deret Balmer ditandai oleh elektron transisi dari n ≥ 3 ke n, dimana n = 2

mengacu pada bilangan kuantum radial atau bilangan kuantum utamadari

elektron. Transisi yang dinamai secara berurutan oleh huruf Yunani: n = 3

ke n = 2 disebut H-α, 4-2 adalah H-β, 5-2 adalah H-γ, dan 6-2 adalah H-

δ. Sebagai garis spektrum pertama yang dikaitkan dengan seri ini terletak

di bagian terlihat dari spektrum elektromagnetik , garis-garis ini secara

historis disebut sebagai "H-alpha", "H-beta", "H-gamma" dan seterusnya,

di mana H adalah elemen hidrogen.

Transisi dari n 3 → 2 4 → 5 → 6 → 2 7 → 2 8 → 2 9 → 2 → 2

9

2 2

Nama H-α H-β H-γ H-δ H-ε H-ζ H-η

Panjang gelombang

(nm) [2]

656.3 486.1 434.1 410.2 397.0 388.9 383.5 364.6

Warna Merah Cyan BiruViole

t( Ultraviolet ) (Ultraviolet) (Ultraviolet) (Ultraviolet)

Meskipun fisikawan menyadari emisi atom sebelum 1885, mereka tidak

memiliki alat untuk secara akurat memprediksi mana garis spektral akan

muncul. Persamaan Balmer memprediksi empat garis yang terlihat

penyerapan / emisi hidrogen dengan akurasi yang tinggi. Persamaan

Balmer menginspirasikan persamaan Rydberg sebagai generalisasi dari itu,

dan ini pada gilirannya menyebabkan fisikawan untuk

menemukanLyman , Paschen , dan seri Brackett yang diprediksi jalur lain

penyerapan / emisi hidrogen ditemukan di luar spektrum terlihat .

Merah akrab H-alpha garis spektrum gas hidrogen, yang merupakan

transisi dari n = 3 shell ke shell Balmer seri n = 2, adalah salah satu warna

mencolok alam semesta. Ini menyumbang garis merah cerah untuk

spektrum emisi nebula atau ionisasi, seperti Nebula Orion , yang sering H

II daerah ditemukan di daerah membentuk bintang. Dalam warna-benar

gambar, nebula ini memiliki warna merah muda jelas dari kombinasi garis-

garis Balmer terlihat bahwa hidrogen memancarkan.

Kemudian, ditemukan bahwa ketika garis spektrum dari spektrum

hidrogen diperiksa pada resolusi sangat tinggi, mereka ditemukan untuk

menjadi doublet erat-spasi. Membelah ini disebut struktur halus . Hal itu

10

juga menemukan bahwa elektron bersemangat bisa melompat ke seri

Balmer n = 2 dari orbital dimana n lebih besar dari 6, memancarkan

nuansa ungu ketika melakukan itu.

Rumus Balmer

Balmer melihat bahwa satu nomor memiliki hubungan dengan

setiap baris dalam spektrum hidrogen yang berada di cahaya

tampak wilayah. Jumlah itu 364,56 nm. Ketika setiap bilangan bulat yang

lebih tinggi dari 2 adalah kuadrat dan kemudian dibagi dengan sendirinya

kuadrat minus 4, maka jumlah itu dikalikan dengan 364,56 (lihat

persamaan di bawah ini) memberikan panjang gelombang garis lain dalam

spektrum hidrogen. Dengan rumus ini, ia mampu menunjukkan bahwa

pengukuran tertentu dari garis dibuat dalam waktunya

dengan spektroskopi sedikit tidak akurat dan formula meramalkan baris

yang kemudian ditemukan meskipun belum diamati.

Persamaan Balmer dapat digunakan untuk menemukan panjang

gelombang dari garis penyerapan / emisi dan pada awalnya disajikan

sebagai berikut (kecuali untuk perubahan notasi untuk memberikan

konstan Balmer sebagai B):

Dimana

11

λ adalah panjang gelombang.

B adalah konstanta dengan nilai 3,6456 × 10 -7 m atau 364,56 nm.

n adalah sama dengan 2

m adalah seperti integer yang m <n.

Pada 1888 fisikawan Johannes Rydberg umum persamaan Balmer untuk

semua transisi hidrogen. Persamaan umum digunakan untuk menghitung

deret Balmer adalah contoh spesifik dari rumus Rydberg dan mengikuti

sebagai penataan ulang matematika sederhana timbal balik dari rumus di

atas (konvensional menggunakan notasi n untuk m sebagai konstanta

terpisahkan tunggal diperlukan):

dimana λ adalah panjang gelombang cahaya yang diserap / dipancarkan

dan R H adalah konstanta Rydberg untuk hidrogen. Konstanta Rydberg

dipandang sama dengan 4 / B dalam rumus Balmer, dan nilai ini, untuk inti

jauh berat, adalah 4 / (3,6456 * 10-7 meter) = -1 10,973,731.57 meteran. 

(V)

12

III. Prosedur Percobaan

3.1 Alat dan Bahan

- Balmer lamp (Hidrogen, Natrium, Nitrogen)

- Balmer lamp, power supply unit

- Bench top clamp

- Small optical bench

- Leybold multiclamps 6 buah

- Adjustable slit

- Spring clamp holder

- Copy of the Rowland grating

- Lens f = 50 mm

- Lens f = 100 mm

- Translucent screen

3.2 Prosedur

a. Meyusun peralatan optis seperti pada gambar dalam modul

b. Setelah lampu dinyalakan, menunggu sekitar 1-2 menit,

mengukur pita spektrum biru, biru-hijau dan merah dari

terang pusat.

c. Memvariasikan jarak kisi ke layar (24 variasi), melakukan

prosedur 2.

3.3 Tugas Pendahuluan

1. Amati Spektrometer dari gas hidrogen terionisasi, hitung

panjang gelombang dari gas merah, biru dan ungu

2. Hitung energi foton yang terkait dengan masing-masing

warna di atas dalam joules

13

3. Bandingkan hasil perhitungan energi anda dengan perbedaan

energi yang ditunjukan oleh beberapa referensi , apakah

sama ? apa makna dari perbedaan energi tersebut.?

4. Siapkan tabel energo total untuk n = 1-7. Untuk setiap foton

cahaya tampak yang teramati , tentuka bilangan kuantum n

yang menunjukan dari level mana dieksitasi ke n=2 pada

atom hidrogen tersebut terjadi.

5. Warna mana yang memiliki energi tertinggi ( terendah)?

6. Tentukan panjang gelombang balmer minimum dalam deret

Balmer dengan mengasumsikan n = ∞. Apakah berada di

daerah tampak?

Jawaban Tugas Pendahuluan

1. Spektrum dari gas hidrogen adalah :

Rumus Balmer untuk panjang gelombang dalam deret ini memenuhi

n = 3,4,5, …

Konstanta R dikenal sebagai tetapan Rydberg, yang mempunyai harga

R = 1,097 x 107 m-1

R = 0,01097 nm

Dari gambar terlihat bahwa untuk :

- Merah (dari n = 3 ke n = 2), maka

14

1λ=1,097 x1 0

−7( 1

22−1

32 )=1,52 x106→ λ=656,34 nm

- Biru (dari n = 4 ke n = 2), maka

1λ=1,097 x1 0

−7( 1

22−1

42 )=2,06 x 106→ λ=486,17 nm

- Ungu (dari n = 6 ke n = 2), maka

1λ=1,097 x1 0

−7( 1

22−1

62 )=2,44 x106→ λ=410,21 nm

2. Untuk menghitung energi fotonnya digunakan rumus

E f=hcλ

Maka :

E f ( Merah)=(6,63 x 10−34 J . s) (3 x 108 m/ s)

6,5634 x 10−7 m=3,03046 x 10−19 Joule

E f (Biru )=(6,63 x10−34 J . s ) (3 x108 m /s )

4,8617 x10−7 m=4,09112x 10−19 Joule

E f (Ungu)=(6,63 x 10−34 J . s) (3 x108 m/ s)

4,1021 x 10−7 m=4,84874 x 10−19 Joule

3. Jika dibandingkan dengan nilai referensi atau literatur ,

perbedaanya tidak jauh bahkan hampir sama . Berikut nilai E

dari lieratur

Ef (Merah) = 3,0372 x 10-19 Joule

Ef (Biru) = 4,0915 x 10-19 Joule Ef (Ungu) = 4,8492 x 10-19

Joule

4. Tabel tingkat energi dengan rumus En = -13,6 ev /n2

n En (ev) En (Joule)1 -13,6 -2,176E-182 -3,4 -5,44E-193 -1,5111111 -2,4178E-19

15

4 -0,85 -1,36E-195 -0,544 -8,704E-206 -0,3777778 -6,0444E-207 -0,277551 -4,4408E-20

Sesuai gambar sebelumnya(pada jawaban No 1) bilangan

kuantum n yang menunjukan cahaya tampak ketika dieksitasi

ke n=2 adalah :

Merah (n = 3) Biru (n = 4) Ungu (n = 6)

Dari soal No 04, kita tahu bilangan kuantum n yang

dieksetitasi ke n = 2 untuk masing-masing cahaya tampak,

maka kita bisa hitung energi totalnya dengan menggunakan

rumus :

Et = Ei – Ef

Et (Merah) = E3 – E2 =( -1,51 – (-3,4) ) ev = 1,89 ev

Et (Biru) = E4 – E2 =( -0,85 – (-3,4) ) ev = 2,55 ev

Et (Ungu) = E6 – E2 =( -0,37 – (-3,4) ) ev = 3,02 ev

Dari nilai diatas, jelas terlihat bahwa warna yang memiliki

energi tertinggi adalah warna Ungu , karena panjang

gelombangnya pun lebih rendah dari yang warna lainnya

(Lihat soal no 1)

5. Batas deret bersesuaian dengan n = ∞ , panjang

gelombangnya minimum dan bisa ditentukan dengan rumus

= 4/R , maka

λmin=4

1,097 x107m−1=3,04 x 1 0−7 m=304 nm

Tidak ada pada daerah cahaya tampak.

16

Daftar Pustaka

I. http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/

195912161989031-AGUS_JAUHARI/petunjuk_paraktikum/

DERET_BALMER_DARI_ATOM_HIDROGENn.pdf

( Sabtu 20/10/2012 8:33 WIB )

II. http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/struktur_atom_dan_ikatan/

sifat_dasar_atom/spektrum-emisi-atom-hidrogen/ ( Minggu

21/10/2012 7:42 WIB )

III. http://xa.yimg.com/kq/groups/23082406/1075345710/name/

Makalah+Balmer+Revisi.doc ( Sabtu 20/10/2012

9:30 WIB )

IV. http://industri17arman.blog.mercubuana.ac.id/files/2010/12/struktur-

atom1.pdf ( Minggu 21/10/2012 8:14 WIB )

V. http://www.scribd.com/doc/89731196/teori-dasar#download

( Minggu 21/10/2012 9:30 WIB )

17