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. 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) 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.

Model Atom Bohr

Model atom Bohr dikemukakan oleh Niels Bohr yang berusaha menjelaskan kestabilan atom dan

spektrum garis atom hidrogen yang tidak dapat dijelaskan oleh model atom Rutherford. Model atom

Bohr memuat tiga postulat sebagai berikut.

1. di dalam atom hidrogen, elektron hanya dapat mengelilingi lintasan tertentu tertentu yang

diijinkan tanpa membebaskan (melepaskan) energi. Lintasan ini disebut lintasan stasioner dan

memiliki energi tertentu yang sesuai.

2. elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke lintasan yang lain. Energi dalam bentuk foton

cahaya akan dilepaskan jika elektron berpindah ke lintasan yang lebih dalam, sedangkan Energi

dalam bentuk foton cahaya akan diserapkan supaya elektron berpindah ke lintasan yang lebih luar.

Energi dilepas atau diserap dalam paket sebesar hf sesuai dengan persamaan Planck.

E = hf

Dimana h adalah konstanta Planck dan f adalah frekuensi cahaya atau foton yang dilepas

atau diserap.

3. lintasan-lintasan stasioner yang diijinkan untuk ditempati elektron memiliki momentum sudut

yang merupakan kelipatan bulat dari nilai 

(nilai ini biasa ditulis juga sebagai ћ)

Model atom Bohr

Model atom Bohr berhasil menjelaskan kestabilan elektron dengan memasukkan konsep lintasan

atau orbit stasioner dimana elektron dapat berada di dalam lintasannya tanpa membebaskan energi.

Spektrum garis atomik juga merupakan efek lain dari model atom Bohr. Spektrum garis adalah hasil

mekanisme elektron di dalam atom yang dapat berpindah lintasan dengan menyerap atau melepas

energi dalam bentuk foton cahaya.

Dengan demikian, struktur atom berdasarkan model atom Bohr adalah elektron dapat berada di

dalam lintasan-lintasan stasioner dengan energi tertentu. Lintasan elektron dapat juga dianggap

sebagai tingkat energi elektron.

Elektron yang berada di lintasan tertentu yang stasioner dengan jari-jari tertentu dikatakan memiliki

energi tertentu. Elektron yang berada di lintasan ke-n berada pada jari-jari lintasan dan energi

sebagai berikut.

Dalam persamaan ini, jari-jari r dinyatakan dalam satuan nanometer (nm)

dan energi E dinyatakan dalam satuan elektron volt (eV).

Misteri Efek Zeeman

Meskipun model atom Bohr dapat menjelaskan kestabilan atom dan spektrum garis atom hidrogen,

model atom Bohr tidak dapat digunakan untuk menentukan spektrum atom berelektron banyak.

Selain itu, terdapat garis-garis spektra misterius akibat efek Zeeman yang masih perlu penjelasan

lebih lanjut. Ini adalah kelemahan model atom Bohr yang masih belum lengkap walaupun sudah

lebih maju dibanding model atom Rutherford.

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar BelakangPada tahun 1900, J.J Thomson mengajukan model atom yang menyerupai roti kismis.

Menurut Thomson, atom terdiri dari materi bermuatan positif dan didalamnya tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis. Ernest Rutherford telah dapat menunjukkan bahwa atom terdiri dari sebentuk awan difus elektron bermuatan negatif mengelilingi inti yang kecil, padat, dan bermuatan positif dengan elektron-elektron mengorbit inti seperti layaknya planet mengorbit matahari. Namun demikian, model sistem keplanetan untuk atom menemui beberapa kesulitan. Pada tahun 1913, Niels Bohr, fisikawan berkebangsaan Swedia, mengikuti jejak Einstein menerapkan teori kuantum untuk menerangkan hasil studinya mengenai spektrum atom hidrogen. Bohr mengemukakan teori baru mengenai struktur dan sifat-sifat atom. Teori atom Bohr ini pada prinsipnya menggabungkan teori kuantum Planck dan teori atom dari Ernest Rutherford yang dikemukakan pada tahun 1911.

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 atomic dapat digunakan untuk menguji kebenaran dari sebuah model atom. Spektrum garis membentuk suatu deretan warna cahaya dengan panjang gelombang berbeda. Untuk gas hydrogen yang merupakan atom yang paling sederhana, deret panjang gelombang ini ternyata mempunyai pola tertentu yang dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan matematis.B. Rumusan MasalahDari latar belakang di atas maka, rumusan masalah yang akan diteliti adalah :

1.      Bagaimana spektrum diskrit pada atom hidrogen2.      Menentukan panjang gelombang pada spektrum atom hidrogen

C. TUJUAN

Tujuan dari percobaan ini adalah :1.    Menunjukkan adanya spektrum diskrit atom hidrogen2.    Menggunakan rumus Balmer untuk menentukan konstanta Rydberg.3      Menentukan konstanta Planck dari spektrum atom Hidrogen.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

A. Model Atom

Percobaan tabung sinar katoda pertama kali dilakukan William Crookes (1875). Hasil eksperimennya adalah ditemukannya seberkas sinar yang muncul dari arah katoda menuju ke anoda yang disebut sinar katoda.

Joseph John Thomson (1897) melanjutkan eksperimen William Crookes yaitu pengaruh medan listrik dan medan magnet dalam tabung sinar katoda

Gambar  Eksperimen J.J Thomson       Hasil percobaannya membuktikan bahwa ada partikel bermuatan negatif dalam suatu atom karena sinar tersebut dapat dibelokkan ke arah kutub positif medan listrik. berdasarkan besarnya simpangan sinar katoda dalam medan listrik, Thomson dapat menentukan nisbah muatan terhadap massa (nilai e/m) dari partikel sinar katoda sebesar 1.76 x 108Coulomb/gram.

Besarnya muatan dalam elektron ditemukan oleh Robert Andrew Milikan (1908) melalui percobaan tetes minyak Milikan seperti gambar di bawah ini

      

Minyak disemprotkan ke dalam tabung yang bermuatan listrik. Akibat gaya tarik gravitasi akan mengendapkan tetesan minyak yang turun. Bila tetesan minyak diberi muatan negatif maka akan tertarik kekutub positif medan listrik, milikan menemukan menemukan bahwa muatan tetes-tetes minyak selalu bulat dari suatu muatan tertentu, yaitu 1.602 x 10-19coulomb.

Hasil percobaan Milikan dan Thomson diperoleh muatan elektron –1 dan massa elektron 0, sehingga elektron dapat dilambangkan Data Fisis Elektron :e/m = 1.76 x 108 Coulomb/grame = 1.602 x 10-19 coulombmaka massa elektron = 9.11 x 10-28 gram       Setelah penemuan elektron, maka teori Dalton yang mengatakan bahwa atom adalah partikel yang tak terbagi, tidak dapat diterima lagi. Pada tahun 1900, J.J Thomson mengajukan model atom yang menyerupai roti kismis. Menurut Thomson, atom terdiri dari materi bermuatan positif dan didalamnya tersebar elektron bagaikan kismis dalam roti kismis.

Di awal abad ke-20, percobaan oleh Ernest Rutherford telah dapat menunjukkan

bahwa atom terdiri dari sebentuk awan difus elektron bermuatan negatif mengelilingi inti yang kecil,

padat, dan bermuatan positif. Berdasarkan data percobaan ini, sangat wajar jika fisikawan kemudian

membayangkan sebuah model sistem keplanetan yang diterapkan pada atom, model

Rutherford tahun 1911, dengan elektron-elektron mengorbit inti seperti layaknya planet mengorbit

matahari. Namun demikian, model sistem keplanetan untuk atom menemui beberapa kesulitan.

Sebagai contoh, hukum mekanika klasik (Newtonian) memprediksi bahwa elektron akan

melepas radiasi elektromagnetik ketika sedang mengorbit inti. Karena dalam pelepasan tersebut

elektron kehilangan energi, maka lama-kelamaan akan jatuh secara spiral menuju ke inti. Ketika ini

terjadi, frekuensi radiasi elektromagnetik yang dipancarkan akan berubah. Namun percobaan pada

akhir abad 19 menunjukkan bahwa loncatan bunga api listrik yang dilalukan dalam

suatu gas bertekanan rendah di dalam sebuah tabung hampa akan membuat atom atom gas

memancarkan cahaya (yang berarti radiasi elektromagnetik) dalam frekuensi-frekuensi tetap yang

diskrit.

Pada tahun 1913, Niels Bohr, fisikawan berkebangsaan Swedia, mengikuti jejak Einstein menerapkan teori kuantum untuk menerangkan hasil studinya mengenai spektrum atom hidrogen. Bohr mengemukakan teori baru mengenai struktur dan sifat-sifat atom. Teori atom Bohr ini pada prinsipnya menggabungkan teori kuantum Planck dan teori atom dari Ernest Rutherford yang dikemukakan pada tahun 1911. Bohr mengemukakan bahwa apabila elektron dalam orbit atom menyerap suatu kuantum energi, elektron akan meloncat keluar menuju orbit yang lebih tinggi. Sebaliknya, jika elektron itu memancarkan suatu kuantum energi, elektron akan jatuh ke orbit yang lebih dekat dengan inti atom.

         Gagasan Kunci Model atom BohrDua gagasan kunci adalah:

1.      Elektron-elektron bergerak di dalam orbit-orbit dan memiliki momentum yang terkuantisasi, dan dengan demikian energi yang terkuantisasi. Ini berarti tidak setiap orbit, melainkan hanya beberapa orbit spesifik yang dimungkinkan ada yang berada pada jarak yang spesifik dari inti.

2.      Elektron-elektron tidak akan kehilangan energi secara perlahan-lahan sebagaimana mereka bergerak di dalam orbit, melainkan akan tetap stabil di dalam sebuah orbit yang tidak meluruh.

         Postulat   Dasar Model Atom Bohr Ada empat postulat yang digunakan untuk menutupi kelemahan model atom Rutherford,

antara lain :1.      Atom Hidrogen terdiri dari sebuah elektron yang bergerak dalam suatu lintas edar berbentuk

lingkaran mengelilingi inti atom ; gerak elektron tersebut dipengaruhi oleh gaya coulomb sesuai dengan kaidah mekanika klasik.

2.      Lintas edar elektron dalam hydrogen yang mantap hanyalah memiliki harga momentum angular L yang merupakan kelipatan dari tetapan Planck dibagi dengan 2π.dimana n = 1,2,3,… dan disebut sebagai bilangan kuantum utama, dan h adalah konstanta Planck.

3.      Dalam lintas edar yang mantap elektron yang mengelilingi inti atom tidak memancarkan energi elektromagnetik, dalam hal ini energi totalnya E tidak berubah.

4.      Jika suatu atom melakukan transisi dari keadaan energi tinggi EU ke keadaan energi lebih rendah EI, sebuah foton dengan energi hυ = EU-EI diemisikan.           Jika sebuah foton diserap, atom tersebut akan bertransisi ke keadaan energi rendah ke keadaan energi tinggi.

         Model Atom Bohr”Bohr menyatakan bahwa elektron-elektron hanya menempati orbit-orbit tertentu disekitar inti atom, yang masing-masing terkait sejumlah energi kelipatan dari suatu nilai kuantum dasar. (John Gribbin, 2002)”

Model Bohr dari atom hidrogen menggambarkan elektron-elektron bermuatan negatif mengorbit pada kulit atomdalam lintasan tertentu mengelilingi inti atom yang bermuatan positif. Ketika elektron meloncat dari satu orbit ke orbit lainnya selalu disertai dengan pemancaran atau penyerapan sejumlah energi elektromagnetik hf.Menurut Bohr :

” Ada aturan fisika kuantum yang hanya mengizinkan sejumlah tertentu elektron dalam tiap orbit. Hanya ada ruang untuk dua elektron dalam orbit terdekat dari inti. (John Gribbin, 2005)”

                 

Gambar Model Atom Bohr

Model ini adalah pengembangan dari model puding prem (1904), model Saturnian (1904),

dan model Rutherford (1911). Karena model Bohr adalah pengembangan dari model Rutherford,

banyak sumber mengkombinasikan kedua nama dalam penyebutannya menjadi model Rutherford-

Bohr.

Kunci sukses model ini adalah dalam menjelaskan formula Rydberg mengenai garis-garis

emisi spektral atom hidrogen, walaupun formula Rydberg sudah dikenal secara eksperimental, tetapi

tidak pernah mendapatkan landasan teoritis sebelum model Bohr diperkenalkan. Tidak hanya

karena model Bohr menjelaskan alasan untuk struktur formula Rydberg, ia juga memberikan

justifikasi hasil empirisnya dalam hal suku-suku konstanta fisika fundamental.

Model Bohr adalah sebuah model primitif mengenai atom hidrogen. Sebagai sebuah teori,

model Bohr dapat dianggap sebagai sebuah pendekatan orde pertama dari atom hidrogen

menggunakan mekanika kuantumyang lebih umum dan akurat, dengan demikian dapat dianggap

sebagai model yang telah usang. Namun demikian, karena kesederhanaannya, dan hasil yang tepat

untuk sebuah sistem tertentu, model Bohr tetap diajarkan sebagai pengenalan pada mekanika

kuantum.

 Gambar  Model Bohr untuk atom hydrogen

  Lintasan yang diizinkan untuk elektron dinomori n = 1, n = 2, n =3 dst. Bilangan ini dinamakan

bilangan kuantum, huruf K, L, M, N juga digunakan untuk menamakan lintasan

  Jari-jari orbit diungkapkan dengan 12, 22, 32, 42, …n2. Untuk orbit tertentu dengan jari-jari minimum a0 =

0,53 Å

  Jika elektron tertarik ke inti dan dimiliki oleh orbit n, energi dipancarkan dan energi elektron menjadi

lebih rendah sebesar

B. Spektrum Emisi Atom HidrogenTabung sinar hidrogen adalah suatu tabung tipis yang berisi gas hidrogen pada tekanan

rendah dengan elektroda pada tiap-tiap ujungnya. Jika didalam tabung  dialirkan  tegangan tinggi

(seperti 5000 volt), tabung akan menghasilkan sinar berwarna merah muda yang terang. Jika sinar

tersebut dilewatkan pada prisma atau kisi difraksi, sinar akan terpecah menjadi beberapa warna.

Warna yang dapat dilihat merupakan sebagian kecil dari spektrum emisi hidrogen. Sebagian besar

spektrum tak terlihat oleh mata karena berada pada daerah infra-merah atau ultra-violet. Pada

gambar dibawah ini, menunjukkan bagian dari tabung sinar katoda, sebelah kanan menunjukkan

tiga garis yang paling mudah dilihat pada daerah tampak (visible) dari spektrum.

Ada lebih banyak lagi spektrum hidrogen selain tiga garis yang dapat dilihat 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.

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

merapat satu sama lain dengan naiknya frekuensi. Akhirnya, garis-garis makin rapat dan tidak

mungkin diamati satu per satu, terlihat seperti spektrum kontinu. Hal itu terlihat sedikit gelap pada

ujung kanan tiap spektrum. Kemudian pada titik tertentu, disebut sebagai deret limit (limit series),

deret terhenti. Jika dilihat deret Balmer atau Paschen, membentuk pola yang sama tetapi deretnya

menjadi makin dekat. Pada deret Balmer, perhatikan posisi tiga garis yang tampak pada gambar di

atas.

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 ….

C. Persamaan- persamaan Atom Bohr

Frekuensi radiasi yang dipancarkan dan diserap dalam suatu transisi      dengan   adalah bilangan kuantum keadaan akhir  dan  bilangan kuantum keadaan mula-mula. Dengan menggunakan rumus energi Bohr, diperoleh:Dengan   = -13,6 eVPanjang gelombang,  radiasi yang dipancarkan dapat dihitung dengan mensubstitusikan   dengan  

Rumus BalmerPerhatikan bahwa kedua persamaan ini akan sama jika   dan nf =  2Konstanta Rydberg menurut hasil pengukuran adalah -1,097 . 10-7 m-1 sedangkan nilaiSehingga  Maka      atau       Anggap suatu elektron bermuatan  mengorbit inti bermuatan   gaya tarik listrik antar kedua muatan ini sesuai dengan hukum Coulomb. Jika elektron bergerak stabil menglilingi inti dengan jari-jari   dan kecepatan tetap  maka:Untuk menghitung   dan   maka dapat ditulis:

Postulat Bohr dipenuhi jika besaran    tidak mengambil sembarang nilai.Anggap besaran    terkuantisasi, sehingga:…………………………………………………………………. ……….(1)dengan    tetapan planck dan n = 1, 2, 3, … (tidak nol). Bilangan   yang tampak disebut bilangan kuantum.………………………………………………………………………(2)Elektron berada dalam orbit diatur oleh gaya coulomb. Ini berarti gaya coulomb sama dengan gaya sentripetalsubstitusi    ke persamaan (2)…………………………………………………(3)                                            jari-jari Bohrmasukkan nilai   dan  meter………………………………………………………….(4)Ketika elektron bergerak mengelilingi inti, elektron mempunyai energi potensial dan juga  energi  kinetik.  Energi total elektron adalah: (untuk Z = 1)gunakan  dan persamaan (3)

Postulat Bohr: dengan : jika   dan 

maka:

BAB III

PENUTUP

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 atomic dapat digunakan untuk menguji kebenaran dari sebuah model atom.

Sejak ditemukannya partikel-partikel dasar atom, teori atom banyak mengalami perubahan. Hal ini menggoyahkan teori atom Dalton yang menyatakan bahwa atom tidak dapat dibagi-bagi. Atom dalam suatu unsur dapat menghasilkan spektrum emisi (spektrum diskrit) dengan menggunakan alat spektrometer, sebagai contoh spektrum hydrogen. Atom hydrogen memiliki struktur yang paling sederhana. Spektrum garis atom hydrogen berhasil dijelaskan oleh Niels Bohr, pada tahun 1913.

Spektrum garis membentuk suatu deretan warna cahaya dengan panjang gelombang berbeda. Untuk gas hydrogen 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 dibawah ini.