Laporan praktikum spektrometer atom

LAPORAN PRAKTIKUM

SPEKTROMETER ATOM

OLEH

PRISILIA MEIFI MONDIGIR

11 310 331

D-2013

1

Laboratorium Fisika 1 |Percobaan Spektrometer Atom|Prisilia Meifi Mondigir

SPEKTROMETER ATOM

A. TUJUAN PERCOBAAN

1. Menentukan panjang gelombang dari berbagai spectrum emisi dari berbagai atom yang

dimiliki gas dalam tabung lampu (Helium dan Merkuri) serta menentukan transisi

elektronya.

B. ALAT DAN BAHAN

1. Spectrometer

2. Lampu tabung gas Helium dan Merkuri.

3. Clamp Holder

4. Kumparan Rumkorf

5. Power Suplay

6. Prisma

7. Senter

C. DASAR TEORI

Prisma adalah zat optik yang dibatasi oleh dua bidang pembias yang berpotongan. Garis potong

antara kedua bidang pembias disebut sudut pembias. Sudut yang dibentuk oleh kedua bidang bias

atau bidang sisi prisma disebut sudut bias.

Apabila seberkas sinar cahaya melewati dua medium yang berbeda indeks biasnya maka cahaya

akan mengalami pembiasan. Pada prisma berlaku hukum pembiasan. Sinar masuk prisma akan

dibiaskan mendekati garis normal. Jika sinar keluar dari prisma, akan menjauhi garis normal. Sudut

yang dibentuk oleh perpanjangan sinar masuk dan sinar keluar disebut sudut deviasi.

Gambar tersebut memperlihatkan bahwa berkas sinar tersebut dalam prisma mengalami

dua kali pembiasan sehingga antara berkas sinar masuk

ke prisma dan berkas sinar keluar dari prisma tidak lagi sejajar. Besarnya sudut deviasi

tergantung pada sudut datangnya sinar.

2


Jika maka besar sudut deviasi yang terjadi pada prisma adalah

( )

Sudut deviasi berharga minimum jika dan

Karena

( )

( )

Menurut hukum Snellius

Spektrum Garis

Jika sebuah gas diletakkan didalam tabung kemudian arus listrik dialirkan kedalam

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.

Atom dalam suatu unsur dapat menghasilkan spektrum emisi (spektrum diskret) dengan

menggunakan alat spektrometer sebagai contoh spectrum hidrogen. Atom hidrogen memiliki

3


struktur paling sederhana. Spektrum yang dihasilkan adalah atom hidrogen yang merupakan

spektrum yang paling sederhana. Spektrum garis atom hydrogen berhasil dijelaskan oleh Niels

Bohr pada 1913.

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 gur matematika Swiss bernama Balmer menyatakan deret

untuk gas hidrogen sebagai persamaan berikut ini. Selanjutnya deret ini disebut deret Balmer.

λ = 364,6 ( n2

)

n2 – 4

dimana panjang gelombang dinyatakan dalam satuan nanometer (nm).

Setiap atom mempunyai konfigurasi elektron tertentu. Sebagai contoh atom sodium

mempunyai 11 elektron, hal itu berarti kulit pertamanya n = 1 dan kulit keduanya n = 2 terisi

penuh oleh elektron sementara kulit ketiga n = 3 baru terisi 1 elektron.

Elektron – elektron stasioner dalam atom mempunyai tenaga tertentu yang secara

lengkap dinyatakan dengan bilangan – bilangan kuantum, yakni :

n = 1,2,3,......... ( disebut sebagai bilangan kuantum utama )

l = 0,1,2,......(n-1) ( disebut sebagai bilangan kuantum orbital )

ml = - l,(-l + 1),..... l-1, l (disebut bilangan kuantum magnetik orbital)

ms = ± s

Tenaga elektron –elektron dalam atom membentuk semacam aras – aras tenaga,

disebut sebagai aras tenaga atom, yang untuk atom – atom dengan elektron tunggal. Menurut

teori kuantum Bohr dinyatakan sebagai :

(

) ( )

Dengan :

R = 1, 097 x 107 m

-1 disebut sebagai tetapan Rydberg

h = 6,625 x 10-34

J.s disebut sebagai tetapan Planck

c = 3 x 108

m/s sebagai kecepatan cahaya.

Z sebagai nomor atom

Elektron –elektron dalam atom dapat berpindah dari aras tenaga (tingkatan energi) ke

aras tenaga yang lain dengan mengikuti aturan seleksi yaitu :

l =± 1 dan = 0, ± 1 ...............................(2)

4


Perpindahan elektron didalam atom dari satu aras tenaga ke aras tenaga yang lebih

tinggi dapat terjadi dengan menyerap energi dari luar ( dapat berupa panas, tenaga kinetik,

tenaga radiasi dll ). Sedangkan perpindahan elektron ke aras yang lebih rendah pada

umumnya disertai dengan pancaran tenaga radiasi. Radiasi gelombang elektromagnetik yang

dipancarkan oleh elektron yang berpindah dari aras tenaga ( yang memiliki bilangan

kuantum utama n ) kearas tenaga dengan bilangan kuantum m < n mempunyai bilangan

gelombang yang dapat dinyatakan dengan persamaan :

(

) ( )

Dimana :

λ = panjang gelombang radiasi

Dengan adanya gelombang elektromagnetik yang dipancarkan karena transisi elektron

– elektron dalam atomm muncullah spektrum sebagai pancaran / emisi dalam atom, yang

dapat member informasi mengenai adanya kuantitasi dan aras – aras tenaga elektron dalam

atom.

Dalam hal spektrum pancaran atom terletak pada daerah cahaya tampak memudahkan

dilakukan pengamatan dan pengukuran – pengukuran panjang gelombangnya. Panjang

gelombang spektrum sebagai panjang gelombang atom dapat diukur dengan menggunakan

Spektrometer Higler, yang sudah dilengkapi dengan skala panjang gelombang.

Atau dapat juga menggunakan spektrometer yang baru dilengkapi dengan skala sudut dalam

orde menit.

Dengan menggunakan spektrum Mercuri, yang panjang gelombangnya sudah diketahui dari

pustaka :

λ merah = 6907 Å λ hijau 1 = 5460,6 Å λ ungu = 4046,6 Å

λ kuning 1= 5789,7Å λ hijau 2 = 4916 Å

λ kuning 2= 5769 Å λ biru = 4358,4 Å

untuk atom – atom kompleks tetapan Rydberg telah memasukkan korelasi pada bilangan

kuantum utama dalam rumus Bohr sehingga rumus (3) berubah menjadi :

(

( )

( ) ) ( )

Dimana a dan b adalah penyimpangan dari bilangan bulat n dan m, disebut cacat kuantum.

5


Dengan adanya gelombang elektromagnetik yang dipancarkan karena transisi elektron-elektron

dalam atom, munculah spektrum sebagai pancaran/ emisi dalam atom, yang dapat memberi informasi

mengenai adanya kuantisasi dan aras-aras tenaga elektron dalam atom.

Dalam hal spektrum pancaran atom terletak pada daerah cahaya tampak memudahkan dilakukan

pengamatan dan pengukuran panjang gelmbangnya.

D. JALANNYA PERCOBAAN

1. Spectrometer diatur agar pada lensa mata gari silang Nampak jelas dengan cara mengarahkan

teropong pada kolimator juga kearag lampu Merkuri atau lampu Neon (dalam suatu posisi lurus)

2. Atur juga lensa okulernya agar benda yang diamati jelas kelihatan .

3. Atur kolimator agar cahaya dari sumber tampak tajam dengan menyetel lebar celah pada

kolimator setipis mungkin.

4. Letakan prisma dimeja Spektrometer dengan posisi samping prisma yang bening terarah

ketengah-tengah lensa objektif pada kolimator.

5. Kemudian tarik kesamping teropong sambil diamati lensa terjadinya spectrum.

6. Sambil mengamati lewat lensa pada teropong sambil diamati lewat lensa matanya terjadinya

Spektrum yang teramati bergerak searah putaran prisma dan putar lagi sampai arah putar

spectrum membalik.carilah posisi titik balik putaran spectrum.(sebagai sudut deviasi sudut

minimum spectrum).

7. Dengan meletakan garis silang dalam lensa mata pada posisi tiap garis spectrum warna maka

ukur berapa sudut yang dibentuk tiap garis warna spectrum tersebut.

8. Ganti lampu merkuri dengan lampu gas Neon kemudian lakukan langkah 4 – 7.

9. Setiap pengukuran sudut deviasi.

E. HASIL PENGAMATAN

a. Untuk gas Merkuri.

Sudut pelurus:

Skala nonius kiri: 220°20ʹ = 220,33°

Skala nonius kanan: 40o25 ʹ = 40,41°

No. Spektrum Warna

Posisi Spektrum

Skala Nonius Kiri Skala Nonius

Kanan

Panjang

Gelombang

(Pustaka)

1. Merah 185,5°5ʹ = 185,58° 5,5°6ʹ= 5,60° 6907 Å

2. Kuning 185°23ʹ = 185,38° 5°23ʹ= 5,38° 5769 Å

3. Hijau 1 185°17ʹ =185,28° 5°17ʹ= 5,28° 5460,6 Å

4. Hijau 2 185°2ʹ =185,03° 5°2ʹ= 5,03° 4916 Å

5. Biru 184,5°11ʹ = 184,68° 4,5°12ʹ= 4,7° 4358,4 Å

6. Ungu 184°26ʹ = 184,43° 4°26ʹ= 4,43° 4046,6 Å

6


b. Untuk gas Helium.

Sudut pelurus:

Skala nonius kiri: 220,5°6ʹ = 220,6°

Skala nonius kanan: 40,5°12ʹ = 40,7o

No. Spektrum Warna

Posisi Spektrum

Skala Nonius Kiri Skala Nonius

Kanan

Panjang

Gelombang

(Pustaka)

1. Merah 185,5°19ʹ = 185,82° 5,5°19’=5,8° 6678,15 Å

2. Kuning 185,5°6ʹ = 185,60° 5,5°7’= 5,6° 5875,62 Å

3. Hijau 185°16ʹ = 185,26° 5°17’= 5,28° 5047,74 Å

5. Biru 184,5°14ʹ = 184,73° 4,50 19’=4,82

o 4921,93 Å

6. Ungu 184,5°6ʹ = 184,6° 4,5o15’=4,75

o 4471,48 Å

F. Pengolahan Data. a. Sudut Deviasi Minimum δm pada lampu gas Merkuri.

Sudut yang digunakan adalah sudut skala nonius kanan. Dari data hasil percobaan, sudut pelurus

skala nonius kanan adalah sebesar 40o25 ʹ = 40,41°

Sehingga sudut deviasi minimum (δm) untuk tiap warna spektrum adalah:

δm Merah = 40,41°- 5,6°= 34,81°

δm Kuning = 40,41°- 5,38°= 35,03°

δm Hijau 1 = 40,41°- 5,28°= 35,13°

δm Hijau 2 = 40,41°- 5,03°= 35,38°

δm Biru = 40,41°- 4,7°= 35,71°

δm Ungu = 40,41° - 4,43°= 35,98°

b. Sudut Deviasi Minimum δm pada lampu gas Helium.

Sudut yang digunakan adalah sudut skala nonius kanan. Dari data hasil percobaan, sudut pelurus

skala nonius kiri adalah sebesar 208,5°3ʹ = 208,53°. Sehingga sudut deviasi minimum (δm) untuk

tiap warna spektrum adalah:

7


δm Merah = 40,7° - 5,8°= 34,9°

δm Kuning = 40,7° - 5,6°= 35,1°

δm Hijau = 40,7° - 5,28°= 35,42°

δm Biru = 40,7° - 4,82° = 35,88°

δm Ungu = 40,7° - 4,75° = 35,95°

c. Hasil Pengukuran Panjang Gelombang Dengan Grafik (Untuk Gas Helium).

Warna Panjang Gelombang (Å)

Merah 6460 Å

Kuning 5568 Å

Hijau

4848 Å

Biru 4168 Å

Ungu 4080 Å

G. Teori Kesalahan.

Di dalam suatu pengukuran apalagi dalam sebuah laboratorium dengan ketersediaan alat yang

terbatas pastinya tidak lepas dari ketidaksempurnaan pengukuran. Hal ini dapat disebabkan oleh

berbagai macam faktor yang menjadi penyebab kesalahan dalam pengukuran contohnya : kondisi alat

yang kurang baik, kondisi dari si pengamat, dll. Untuk itu agar suatu pengukuran dapat di jamin

kebenarannya maka di pergunakan teori kesalahan atau lebih di kenal dengan teori ketidakpastian.

Pada laporan kali ini presentase kesalahan dalam pengukuran dapat di hitung dengan

menggunakan persamaan;

Persentase ketidakpastian =

Untuk panjang gelombang (λ) Helium

o Merah


o Kuning

8



o Hijau


o Biru


o Ungu


Spektrum Warna Hasil Pengukuran

λ He (Å)

Nilai λ He

Pustaka (Å)

Persentase

Kesalahan (%)

Merah 6460 Å 6678,15 3,27

Kuning 5568 Å 5875,62 5,23

Hijau 4848 Å 5047,74 3,95

Biru 4168 Å 4921,93 15,30

Ungu 4080 Å 4471,48 8,75

Sumber Pustaka : http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbase/quantum/atspect.html#c1

G. Pembahasan

Dalam percobaan ini ditentukan panjang gelombang dari spektrum warna Helium dengan

mengkalibrasi spektrometer menggunakan metode grafik, dengan mengacu pada panjang

gelombang spektrum atom Merkuri.

Dari pengamatan yang dilakukan, untuk gas Merkuri diperoleh 6 spektrum warna, yakni merah,

kuning, hijau 1, hijau 2, biru, dan ungu. Sudut deviasi minimum terbesar terdapat pada spektrum

warna ungu dan terkecil pada spektrum warna merah. Sementara untuk panjang gelombang,

panjang gelombang terbesar dimiliki merah, sedangkan yang terkecil pada spektrum warna ungu.

Dari pengamatan yang dilakukan, untuk gas Helium diperoleh 5 spektrum warna, yakni merah,

kuning, hijau, biru, ungu. Sudut deviasi minimum terbesar terdapat pada spektrum warna ungu

dan terkecil pada spektrum warna merah. Sementara untuk panjang gelombang, panjang

9


gelombang terbesar dimiliki spektrum warna merah, sedangkan yang terkecil pada spektrum

warna ungu.

Panjang gelombang untuk masing-masing spektrum warna pada kedua jenis lampu, didapatkan

hasil yang berbeda. Tapi, hasilnya yang didapat tidak berbeda signifikan. Jika dibandingkan

dengan referensi dari panjang gelombang, deviasi kesalahan untuk penentuan panjang gelombang

untuk masing-masing spektrum warna yang teramati dapat dikatakan cukup kecil. Hal ini

dikarenakan kemungkinan adanya kesalahan (error) dalam percobaan ini. Beberapa hal yang

menyebabkan error diantaranya kesalahan saat penentuan crosshead (garis silang) untuk tiap

garis spektrum yang diamati, ketelitian yang kurang dalam pembacaan skala, serta masalah pada

alat yang digunakan.

Pada percobaan spectrometer atom ini, praktikan mendapatkan hasil kalibrasi untuk gas helium

sebagai berikut.

Spektrum Warna Hasil Pengukuran

λ He (Å)

Nilai λ He

Pustaka (Å)

Persentase

Kesalahan (%)

Merah 6460 Å 6678,15 3,27

Kuning 5568 Å 5875,62 5,23

Hijau 4848 Å 5047,74 3,95

Biru 4168 Å 4921,93 15,30

Ungu 4080 Å 4471,48 8,75

Dari hasil yang telah didapat ini persentase kesalahan yang paling tinggi ada pada spectrum warna

biru yang memiliki persentase kesalahan 15,30 %. Adapun factor-faktor penyebab terjadinya kesalahan

dalam percobaan ini yaitu:

1. Pengamat

Dalam percobaan, praktikan memiliki kemungkinan salah melihat sudut deviasi pada

spectrometer. Ataupun praktikan kurang tepat menempatkan garis silang pada spectrum.

2. Alat

Dalam percobaan, awalnya praktikan kesulitan melakukan percobaan karena alat (spectrometer)

yang dipakai tidak bias digunakan untuk menemukan spectrum diskret yang tepat terutama

untuk menemukan spectrum warna merah dari gas merkuri dan gas helium. Praktikan harus

meletakkan spectrometer pada posisi yang tepat, mengatur celahnya agar spectrum warna dapat

terlihat.

H. Kesimpulan

Semakin kecil panjang gelombang (tiap spectrum) , maka sudut yang dibentuk pun akan semakin

kecil.

10


Cahaya yang dipancarkan berbeda-beda pada setiap gas dan merupakan karakteristik gas tersebut.

Cahaya yang dihasilkan gas helium dan gas merkuri pada lampu, mengalami pembelokan

gelombang cahaya yang melewati prisma. Kemudian hasil pembelokan cahaya tersebut

menyebabkan terlihat spektrum warna, yang kemudian dilakukan pengukuran sudut yang

membentuknya.

Berdasarkan perhitungan untuk masing-masing gas, warna merah memiliki panjang gelombang

paling panjang sedangkan untuk spektrum ungu memiliki panjang gelombang paling pendek.

Setelah nilai sudut deviasi minimum diperoleh selanjutnya akan dicari panjang gelombang dari

sumber cahaya lampu helium dengan menggunakan panjang gelombang spektrum warna lampu

Merkuri sebagai acuan. Dari pustaka yang digunakan, didapat panjang gelombang spektrum

warna pada lampu Merkuri adalah :

Merah = 6907 Å

Kuning 1 = 5789,7 Å

Kuning 2 = 5769 Å

Hijau 1 = 5460,6 Å

Hijau 2 = 4916 Å

Biru = 4358,4 Å

Ungu = 4046,6 Å

Langkah-langkah menentukan panjang gelombang spektrum warna dengan menggunkan metode

grafik

1. Menentukan skala pada grafik

2. Menentukan skala deviasi minimum dan panjang gelombang (digunakan grafik deviasi

minimum terhadap panjang gelombang).

3. Memplot titik-titik sudut deviasi yang merupakan hasil dari percobaan yang dilakukan.

4. Memplot panjang gelombang Merkuri dari tiap spektrum warna sesuai acuan panjang

gelombang Merkuri yang ada pada pustaka.

5. Menentukan titik potong yang didapat antara panjang gelombang dan sudut deviasi dari

tiap spektrum. Kemuduian tarik garis penghubung titik peotong yang didapat.

6. Untuk menentukan panjang gelombang Helium, perhatikan letak titik sudut deviasi tiap

spektrum dan letak titik potong pada garis spektrum merkuri. Tarik garis vertikal searah

sumbu y, sampai menyentuh sumbuh x. Nilai yang terbaca pada sumbu x itulah yang

merupakan panjang gelombang untuk spektrum warna tersebut.

I. Saran

Pengamat sebaiknya memperhatikan prisma yang dipakai, sebaiknya menggunakan

prisma yang mempunyai keadaan yang baik, agar mendapat hasil sudut deviasi minimum

cahaya yang teliti.

Dalam melakukan percobaan ini diperlukan ketelitian dalam mengukur sudut orde tiap

spektrum. Kesulitan mengukur dan mengamati dalam ruang yang cukup gelap sangat

berpengaruh terhadap ketelitian membaca skala spektrometer.

Celah kolimator sebaiknya diatur sesempit mungkin (perhatikan agar pengamat tetap

masih melihat cahaya pada celah kolimator) untuk memudahkan penempatan garis silang

pada garis spektrum.

11


Menempatkan garis silang secara tepat pada garis spektrum sangat diperlukan guna

mendapat sudut pengukuran yang teliti.

12


I. DAFTAR PUSTAKA

J,B. Moningka, 2013, Penuntun Praktikum Laboratorium Fisika I, Jurusan Fisika: FMIPA UNIMA

Supit,Marsel. 2013. Laporan Praktikum Spektrometer Atom. Jurusan Fisika: FMIPA UNIMA

Douglas C. Giancolli (Edisi 6).2005. Physics Principle with Applications. New Jersey : Pearson

Education,Inc

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/atspect.html#c1)

Akhadi, Muklis. 2000. Dasar-dasar Proteksi Radiasi. Jakarta : Rineka Cipta

Beiser, Arthur. 1998. Konsep-konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.\

Diamanti, Theofani. 2013. Contoh Laporan Praktikum Spektrometer Atom. Jurusan Fisika: FMIPA

UNIMA

Muljono, 2003, FISIKA MODERN, Jakarta: ANDI

Laporan praktikum spektrometer atom

Science

Transcript of Laporan praktikum spektrometer atom