SPEKTRUM ATOMIK

Cahaya yang dipancarkan oleh suatu gas yang bersuhu tinggi atau yang dirangsang oleh

beda potensial, bergantung jenis gas yang digunakan, Pengkajian mengenai cahaya yang

dipancarkan oleh benda padat atau gas pada umumnya meliputi panjang gelombang dan

intensitasnya. Pengamatan menunjukkan bahwa gas bersuhu tinggi memancarkan spektrum yang

ditandai oleh suatu deret garis spektral yang memiliki keteraturan tinggi. Adanya spektrum

garis dalam cahaya yang dipancarkan oleh gas bersuhu tinggi menunjukkan bahwa energi

elektron di dalam atom hanya boleh memiliki harga-harga tertentu, atau ada pada tingkat-

tingkat energi tertentu. Bila energi elektron berubah ke tingkat yang lebih rendah, maka

akan terpancarlah foton dengan kuantum sebesar perubahan energi tersebut. Proses

pancaran cahaya ini pertama kali dipikirkan oleh Niels Bohr pada tahun 1913.

Kemantapan teori atom Bohr untuk menerangkan asal – usul garis spektrum merupakan

salah satu hasil yang menonjol , sehingga dirasakan pantas untuk memulai membuka teori itu

dengan menerapkannya pada spektrum atomic. Telah dikemukakan bahwa zat mampat ( zat

padat dan zat cair ) pada setiap temperature memancarkan radiasi dimana setiap panjang

gelombang terdapat , walupun dengan intensitas yang berbeda - beda. Pada bab 9 akan dipelajari

bahwa berbagai segi yang dapat diamati dari radiasi ini dapat diterangkan atas dasar teori

kuantum cahaya tak bergantung dari perincian proses radiasi itu sendiri atau dari sifat

materialnya. Dari penemuan itu, kita dapat menyimpulkan bahwa kita sedang menyaksikan

kelakuan kolektif dari banyak atom yang berinteraksi alih – alih kelakuan karakteristik atom

individual unsur tertentu.

Pada ekstrim yang lain, atom atau molekul pada gas betekanan rendah berjarak rata

– rata cukup jauh sehingga interaksi hanya terjadi pada saat tumbukan yang kadang –

kadang terjadi. Dalam keadaan seperti ini dapat kita harapkan bahwa radiasi yang dipancarkan

merupakan karakteristik dari atom atau molekul secara individual yang terdapat disitu; harapan

ini ternyata terbukti secara eksperimental. Jika gas atomic atau uap atomic yang bertekanan

sedikit dibawah tekanan atmosfer “ di eksitasikan”, biasanya dengan menggunakan arus

listrik, radiasi yang dipancarkan mempunyai spectrum yang berisi hanya panjang

gelombang tertentu saja. Susunan ideal untuk mengamati spectrum atomic seperti itu

ditunjukkan dalam Gambar 4.11; spectrometer yang sesungguhnya menggunakan kisi difraksi.

Gambar 4. 12 menunjukkan spektrum atomic untuk beberapa unsure; spectrum seperti itu

disebut spectrum garis emisi. Setiap unsure memperlihatkan spectrum garis yang unik, bila

samplenya dalam fase uap dieksitasikan; jadi spektroskopi merupakan alatyang berguna

untuk menganalisis komposisi zat yang tidak diketahui.

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.

Gambar 4.12 Beberapa garis utama dalam spectrum emisi hydrogen, natrium, helium, neon dan

air raksa

Spektrum gas molecular atau uap molecular berisi pita – pita yang terdiri dari banyak

sekali garis yang terletak sangat berdekatan. Pita timbul dari rotasi dan vibrasi (getaran) atom

dalam molekul yang tereksitasi elektronis. Bila cahaya putih dilewatkan melalui gas, ternyata gas

itu akan menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu dari panjang gelombang yang

terdapat pada spectrum emisi. Spectrum garis absorpsi yang terdiri dari latar belakang yang

terang ditumpangi oleh garis gelap yang bersesuaian dengan panjang gelombang yang

diserap (Gambar 4- 13) ; spectrum emisi terdiri dari garis terang pada latar belakang gelap .

Garis Fraunhoer dalam spectrum surya timbul karena bagian bersemeri ( bercahaya terang ) dari

matahari yang meradiasi sesuai dengan ramalan teoretis benda bertemperatur 5800 K,

dilingkungi oleh selubung gas yang lebih dingin yang menyerap cahaya dengan panjang

gelombang tertentu saja.

Gambar 4.13 Garis gelap pada spectrum absorpsi suatu elemen bersesuaian dengan garis terang

pada spectrum emisinya

Pada akhir abad ke- 19 ditemukan orang bahwa panjang gelombang yang terdapat pada

spectrum atomik jatuh pada kumpulan tertentu yang disebut deret spektral. Panjang

gelombang dalam setiap deret dapat dispesifikasikan dengan rumus empiris yang sederhana

dengan keserupaan yang mengherankan antara rumusan dari berbagai deret yang menyatakan

spectrum lengkap suatu unsur. Deret spektral pertama yang serupa itu didapatkan oleh J.J.

Balmer dalam tahun 1885 ketika ia mempelajari bagian tampak dari spektrum hidrogen.

Gambar 4 – 14 memperlihatkan deret Balmer.

Garis dengan panjang gelombang terbesar , 6.563 Å , diberi lambang Hα , disebelahnya

yang panjang gelombangnya 4.863 Å diberi lambang Hβ dan seterusnya. Ketika panjang

gelombangnya bertambah kecil, garisnya di dapatkan bertambah berdekatan dan

intensitasnya lebih lemah sehingga batas deret pada 3.643 Å dicapai , diluar batas itu tidak

terdapat lagi garis yang terpisah, hanya terdapat spektrum malar ( kontinue ) yang lemah.

GAMBAR 4-14

Rumus Balmer untuk panjang gelombang dalam deret ini memenuhi

4.15 1λ=R( 1

22− 1

n2) n = 3,4,5, … Balmer

dengan λ = panjang gelombang garis spektrum

Kuantitas R, dikenal sebagai tetapan Rydberg,

R = 1,097 x 107 m-1

= 1,097 x 10-3 Å-1

Garis Hα bersesuaian dengan n=3, garis Hβ dengan n=4, dan seterusnya. Batas deret

bersesuaian dengan n=∞, sehingga pada ketika itu panjang gelombangnya ialah 4/R,

sesuai dengan eksperimen.

Deret Balmer hanya berisi panjang gelombang pada bagian tampak dari spektrum hidrogen.

Daerah spektral hidrogen dari daerah ultra ungu ( ultra violet ) dari infra merah jatuh pada

beberapa deret lain. Dalam daerah ultra ungu terdapat deret Lyman yang mengandung panjang

gelombang yang ditentukan oleh rumus

4.16 1λ=R( 1

12− 1

n2) n = 2,3,4,… Lyman

Gambar.4-15

Tabel 1.1 Deret garis spektral dari atom hydrogen

Terdapatnya keteraturan yang mengherankan ini dalam spektrum hidrogen, persamaan dengan

keteraturan yang serupa itu dalam unsur yang lebih kompleks, membuka test yang menentukan

untuk teori struktur atomic.

Dalam daerah infra merah, telah didapatkan 3 deret spektral yang garis komponennya memiliki

panjang gelombang yang ditentukan oleh rumus

4.171λ=R( 1

32− 1

n2) n = 4,5,6,… Paschen

4.18 1λ=R( 1

42− 1

n2) n = 5,6,7,… Brackett

4.191λ=R( 1

52− 1

n2) n = 6,7,8,… Pfund

Deret spektral seperti diatas untuk hidrogen diplot terhadap panjang gelombangnya dalam

gambar 4-15 ; jelaslah bahwa deret Brackett bertindihan dengan deret Paschen dan Pfund. Harga

R sama dalam persamaan 4.15 hingga 4.19.