LAPORAN AWALPRAKTIKUM EKSPERIMEN IIADERET BALMER PADA SPEKTRUM HIDROGEN(K-1)

Nama :Amty Marufah Ardhiyah DalimuntheNPM: 140310090007Partner I: Meti MegayantiNPM: 140310090001Hari/ Tgl Praktikum : Selasa/ 18 Oktober 2011Asisten:

Laboratorium Fisika LanjutanJurusan FisikaFakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Padjadjaran2011LEMBAR PENGESAHANDERET BALMER PADA SPEKTRUM HIDROGEN (K-1)

Nama :Amty Marufah Ardhiyah DalimuntheNPM:140310090007Partner I:Meti MegayantiNPM:140310090001Hari/ Tgl Praktikum :Selasa/ 18 Oktober 2011Waktu Praktikum:15.00 17.00 WIBAsisten :

NILAI

LAPORAN AWALSPEAKENLAPORAN AKHIR

Jatinangor, 18 Oktober 2011 Asisten, (.......)

Bab IPendahuluanI.1 Latar BelakangPada eksperimen kali ini spectrum (diskrit) atom hydrogen dan beberapa atom lainnya diamati dan dianalisis untuk memahami fenomena kuantisasi energi atomic dan kaitannya dengan struktur atom atom tersebut serta proses emisi cahaya yang terjadi. Kita akan mengukur panjang gelombang spectrum atom hydrogen yang dipancarkan lampu hydrogen (lampu balmer). Panjang gelombang ditentukan dengan bantuan spectrum kisi (crossbow spectrometer).Studi tentang spektra cahaya yang dipancarkan dari pembakaran dan lecutan listrik pada gas telah menunjukkan karakteristik spektra atom dari unsur kimia. Pada masa awal abad ke-20, studi terhadap struktur dalam suatu atom telah berkembang dan menjelaskan mekanisme dari karakteristik spektra atom.Lecutan listrik pada gas hidrogen memberikan spektrum atom hidrogen yang berupa garis-garis yang terang yang membentuk sebuah deret yang terdiri dari 4 panjang gelombang pada daerah.

I.2 Identifikasi MasalahBerdasarkan latar belakang di atas maka, rumusan masalah yang akan diteliti dalam percobaan ini adalah bagaimana adanya spektrum diskrit atom hidrogen, bagaimana menggunakan rumus Balmer untuk menentukan konstanta- Rydberg, berapakah panjang gelombang untuk garis spektrum H (merah), H (hijau-kebiruan), H (biru), bagaimana grafik e terhadap a untuk masing-masing garis spektrum, bagaimana perbandingan hasil dalam teori dengan hasil percobaan, serta berapakah energi foton untuk ketiga garis spektrum tersebut dengan menggunakan konstanta planck.

I.3 Tujuan Percobaan1. Mempelajari struktur elektronik atom hidrogen dan atom-atom lainnya.2. Memahami kuantisasi energi elektron atomik.3. Memahami mekanisme pemancaran cahaya (foton) oleh suatu atom.

Bab IITeori Dasar

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. Istilah atom pertama kali diperkenalkan oleh seorang ahli filsafat Yunani bernama Democritus (460-370 SM). Setiap zat dapat dibagi atas bagian-bagian yang lebih kecil, sampai mencapai bagian yang paling kecil yang tidak dapat dibagi lagi. Bagian yang tak dapat dibagi itu oleh Demokritus disebut atom ,dari kata Yunani atomos yang artinya tak dapat dibagi. Selanjutnya, para filsuf yang muncul kemudian, seperti Plato dan Aristoteles merumuskan sebuah pemikiran bahwa bisa jadi tidak ada partikel yang tidak dapat dibagi. Berarti, menurut dugaan mereka atom pun masih dapat dibagi lagi. Bersamaan dengan itu, pandangan mengenai atom berdasarkan pemikiran Demokritus mulai tersingkir.Pada tahun 1803, John Dalton mengemukakan mengemukakan pendapatnya tentang atom. Teori atom Dalton didasarkan pada dua hukum, yaitu hukum kekekalan massa (hukum Lavoisier) dan hukum susunan tetap (hukum prouts). Lavosier mennyatakan bahwa Massa total zat-zat sebelum reaksi akan selalu sama dengan massa total zat-zat hasil reaksi. Sedangkan Prouts menyatakan bahwa Perbandingan massa unsur-unsur dalam suatu senyawa selalu tetap. Dari kedua hukum tersebut Dalton mengemukakan pendapatnya tentang atom sebagai berikut:1. Atom merupakan bagian terkecil dari materi yang sudah tidak dapat dibagi lagi2. Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil, suatu unsur memiliki atom-atom yang identik dan berbeda untuk unsur yang berbeda3. Atom-atom bergabung membentuk senyawa dengan perbandingan bilangan bulat dan sederhana. Misalnya air terdiri atom-atom hidrogen dan atom-atom oksigen4. Reaksi kimia merupakan pemisahan atau penggabungan atau penyusunan kembali dari atom-atom, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.Hipotesa Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti pada tolak peluru. Seperti gambar berikut ini:

Kelemahan:Teori dalton tidak menerangkan hubungan antara larutan senyawa dan daya hantar arus listrik.Berdasarkan penemuan tabung katode yang lebih baik olehWilliam Crookers, makaJ.J. Thomsonmeneliti lebih lanjut tentang sinar katode dan dapat dipastikan bahwa sinar katode merupakan partikel, sebab dapat memutar baling-baling yang diletakkan diantara katode dan anode. Dari hasil percobaan ini, Thomson menyatakan bahwa sinar katode merupakan partikel penyusun atom (partikel subatom) yang bermuatan negatif dan selanjutnya disebutelektron. Atom merupakan partikel yang bersifat netral, oleh karena elektron bermuatan negatif, maka harus ada partikel lain yang bermuatan positif untuk menetralkan muatan negatif elektron tersebut. Dari penemuannya tersebut, Thomson memperbaiki kelemahan dari teori atom Dalton dan mengemukakan teori atomnya yang dikenal sebagai Teori Atom Thomson. Yang menyatakan bahwa:Atom merupakan bola pejal yang bermuatan positif dan didalamya tersebar muatan negatif elektronModel atom ini dapat digambarkan sebagai jambu biji yang sudah dikelupas kulitnya. biji jambu menggambarkan elektron yang tersebar marata dalam bola daging jambu yang pejal, yang pada model atom Thomson dianalogikan sebagai bola positif yang pejal. Model atom Thomson dapat digambarkan sebagai berikut:

Kelemahan:Kelemahan model atom Thomson ini tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam bola atom tersebut.Rutherford bersama dua orang muridnya (Hans Geigerdan Erners Masreden) melakukan percobaan yang dikenal dengan hamburan sinar alfa () 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. Percobaan tersebut sebenarnya bertujuan untuk menguji pendapat Thomson, yakni apakah atom itu betul-betul merupakan bola pejal yang positif yang bila dikenai partikel alfa akan dipantulkan atau dibelokkan. 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), tetapi dari pengamatan Marsden diperoleh fakta bahwa satu diantara 20.000 partikel alfa akan membelok sudut 90 bahkan lebih. Berdasarkan gejala-gejala yang terjadi, diperoleh beberapa kesipulan beberapa berikut:1. Atom bukan merupakan bola pejal, karena hampir semua partikel alfa diteruskan2. Jika lempeng emas tersebut dianggap sebagai satu lapisanatom-atom emas, maka didalam atom emas terdapat partikel yang sangat kecil yang bermuatan positif.3. Partikel tersebut merupakan partikelyang menyusun suatu inti atom, berdasarkan fakta bahwa 1 dari 20.000 partikel alfa akan dibelokkan. Bila perbandingan 1:20.000 merupakan perbandingan diameter, maka didapatkan ukuran inti atom kira-kira 10.000 lebih kecil daripada ukuran atom keseluruhan.Berdasarkan fakta-fakta yang didapatkan dari percobaan tersebut, Rutherford mengusulkan model atom yang dikenal denganModel Atom Rutherfordyang menyatakan bahwaAtom 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.Model atom Rutherford dapat digambarkan sebagai beriukut:

Kelemahan:Tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom.Perkembangan teori selanjutnya tentang atom hidrogen dikemukakan oleh Niels Bohr, dan dikenal sebagai teori atom Bohr. Niels Bohr menyusun model atom hydrogen seperti model atom Rutherford tetapi dengan memasukkan teori kuantum untuk menyempurnakan kelemahan teori atom Rutherford. Teori atom Bohr berdasarkan dua postulat, yaitu:

Postulat 1.Elektron-elektron yang mengelilingi inti mempunyai lintasan tertentu yang disebut lintasan stasioner dan tidak memancarkan energi. Dalam gerakannya elektron mempunyai momentum angular sebesar ;

Postulat 2. Dalam tiap lintasannya elektron mempunyai tingkat energi tertentu (makin dekat dengan inti tingkat energinya makin kecil dan tingkat energi paling kecil n = 1) Bila elektron pindah dari kulit luar ke dalam maka akan memancarkan energi berupa foton. Sebaliknya bila pindah dari kulit dalam ke luar akan menyerap energi. Atau

Namun demikian model atom Bohr masih mempunyai beberapa kelemahan, yaitu:1) Model atom Bohr hanya dapat menjelaskan atom hydrogen,sedangkan untuk atom berelektron banyak tidak dapat dijelaskan 2) Lintasan elektron sebenarnya tidak sesederhana seperti yang diajukan Bohr(lintasan lingkaran),tetapi juga ellips(menurut Sommerfeld)3) Tidak dapat menerangkan garis-garis halus pada spektrum yang semula diketahui hanya satu garis saja4) Teori atom Bohr tidak dapat menjelaskan kejadian-kejadian dalam ikatan kimia dan tidak dapat menjelaskan pengaruh medan magnet terhadap spektrum atom.

Model atom Bohr untuk atom hidrogen diperlihatkan seperti gambar di bawah ini-e+ZeFv

Jari-jari orbit elektron adalah r, dan massanya m bergerak dengan laju singgung tetap v. Gaya tarik Coulomb berperan memberikan percepatan sentripetal, sehingga:

Sehingga besar energi kinetik T adalah:

Besar energi potensial antara elektron dan inti yang merupakan energi potensial Coulomb adalah :

Sehingga energi total sistem diberikan oleh:

Menurut teori Bohr, besar momentum anguler elektron sebanding dengan kelipatan bulat dari , sehingga :

Dengan mensubtitusi persamaan (8) ke persamaan (4), maka diperoleh:

Maka kita akan peroleh beberapa nilai r yang tergantung pada n, yaitu:

Sehingga diperoleh besar jari-jari Bohr untuk n =1, dan dapat dituliskan dalam bentuk (10)Dengan mensubtitusi nilai r pada persamaan (9) ke persamaan (7) akan diperoleh:

Bohr menjelaskan bahwa jika elektron melompat dari tingkat energi yang lebih besar dengan jari-jari orbit rB ke lintasan lebih dalam rA, maka energinya akan berkurang berupa radiasi foton,EB EA = hSehingga menghasilkan:

Atau

Dengan R adalah konstanta Rydberg, yaitu:

Pengukuran panjang gelombangdapat dilakukan dengan menggunakan kisi difraksi yang diletakkan pada meja spektrometer. Saat cahaya melewati kisi, terjadi peristiwa difraksi :

d sin = n atau = (14)dengan : d = jarak antara celah kisi ( m) n = orde spektrum ( = 1,2,3,....)Elektron dalam atom hidrogen berputar mengelilingi inti untuk mempertahankan diri agar tidak tertarik ke dalam inti, tetapi elektron itu juga memancarkan radiasi energi elektromagnetik terus-menerus. Dalam dunia atom, materi terdiri dari partikel-partikel elementer yang memiliki massa diam tertentu, muatan selalu merupakan kelipatan bilangan bulat dari +e atau e, gelombang elektromagnetik dalam frekuensi v muncul sebagai arus foton, masing-masing dengan energi sebesar hv.Etot = Eawal - Eakhir

Eawal = Ei = -

Eakhir = Ef = -

Etot = - +

Etot = -

= (15)

Atom dalam suatu unsur dapat menghasilkan spektrum emisi (spektrum diskret) dengan menggunakan alat spectrometer, sebagai contoh spectrum hidrogen. Atom hidrogen memiliki struktur paling sederhana dan spektrum yang dihasilkan oleh atom hidrogen merupakan spektrum paling sederhana . Oleh karena itu, spektrum hidrogen dijadikan prototipe untuk mempelajari spektrum atom yang lebih rumit. Untuk menghasilkan spektrum atom hidrogen digunakan gas hidrogen yang disimpan dalam tabung dengan tekanan yang sangat rendah. Beda potensial diberikan kepada ujung-ujung tabung tersebut. Molekul-molekul gas hidrogen terurai menjadi atom-atom hidrogen dan memancarkan energi foton atau cahaya.Spektrum yang dihasilkan adalah atom hidrogen yang merupakan spektum yang paling sedehana. Spektrum garis atom hydrogen berhasil dijelaskan oleh Niels Bohr pada tahun 1913.

Gambar 1. 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.

, n = 3, 4, 5, ..

Dimana panjang gelombang dinyatakan dalam satuan nanometer (nm).Garis Balmer secara historis disebut sebagai H-alpha. H-beta, H-gamma dan seterusnya, dimana H adalah unsur Hidrogen. Empat dari garis Balmer merupakan bagian dari spektrum garis yang terlihat, dengan panjang gelombang lebih panjang dari 400 nm. Bagian dari deret Balmer dapat dilihat pada spektrum cahaya matahari. H-alpha adalah garis penting yang digunakan dalam astronomi untuk mendeteksi keberadaan Hidrogen. 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 m1. Deret Lyman (m = 1) terletak pada daerah ultra violetdengan n = 2, 3, 4, . Deret Balmer (m = 2) terletak pada daerah cahaya tampak dengan n = 3, 4, 5 . Deret Paschen (m = 3) terletak pada daerah infra merah 1 dengan n = 4, 5, 6 . Deret Bracket (m = 4) terletak pada daerah infra merah 2dengan n = 5, 6, 7, . Deret Pfund (m = 5) terletak pada daerah infra merah 3dengan n = 6, 7, 8 .

Bab IIIMetodologi PercobaanAlat Percobaan :

Gambar 1. Susunan Peralatan Percobaan untuk Deret Balmer

1 Balmer lamp, power supply unit1 Bench top clamp1Small optical bench6 Leybold multiclamps1 Adjustable slit1 Spring clamp holder1 Copy of the Rowland grating1 Lens f = 50 mm1 Lens f = 100 mm1 Translucent

Prosedur Percobaan :

(Perhatikan! Jangan menyalakan lampu Balmer lebih dari 30 detik, dinginkan selama minimal 30 detik sebelum dinyalakan kembali)1. Menyusun peralatan optis seperti pada gambar diatas2. Menyalakan lampu Balmer, mengukur pita spektrum biru, biru-hijau dan merah dari terang pusat.3. Memvariasikan jarak kisi ke layar (3-5 variasi), melakukan pengukuran seperti pada poin nomer 2.Daftar Pustaka

http://kimiamifkho.wordpress.com/2009/07/22/perkembangan-teori-atom/Krane, Kenneth . 1986 . Fisika Modern . UI-Press : Jakarta Zeemansky, Sears. 1987 . Fisika Universitas 3, Optika dan Fisika Modern . Trimitra Mandiri : Jakarta