PENGUKURAN SPEKTRUM EMISI DENGAN MENGGUNAKAN SPEKTROFOTOMETER ATOM DAN PANJANG GELOMBANG
MASING-MASING DARI WARNA SPEKTRUM CAHAYA YANG DIHASILKAN OLEH LAMPU MERKURI
Meliska
Abstack.
Atom
adalah bagian terkecil dari suatu zat atau materi yang tidak
dapat dibagi-bagi lagi. Pratikum
Spektrum Atom ini
bertujuan untuk menentukan panjang gelombang dari masing – masing warna spektrum yang dihasilkan oleh lampu merkuri dan menentukan
konstanta Ridberg (R) untuk Merkuri (Hg) dari sebuah atom. Pada spektrum ini, variabel yang di pakai
adalah sudut (teta). Variasi
teta ini dilakukan dengan cara memutar detektor terhadap spektrum yang
dipancarkan Mercury secara perlahan.
Sehingga
didapatkan grafik antara intensitas cahaya dan sudut (teta) pada program data studio bersama set alat
spektrum. Grafik yang dikatakan baik
apabila grafik yang simetris (dimana sisi kanan menyerupai sisi kiri). Dimana keterangan grafik harus
dalam angular dengan satuan radian. Pada percobaan ini memakai empat (4)
warna spektrum, yaitu : warna ungu, biru, hijau dan warna kuning. Waktu perhitungan baru di konversikan ke
derjat. Secara literatur konstanta Rydberg
adalah 910.10-7 1/Å.
Keywords
: Panjang Gelombang Spektrum, Mercury, Konstanta Rydberg
I.
Pendahuluan
Spektrum atom Hydrogen,
Helium dan Mercury dapat dilihat secara langsung dengan menggunakan spectrophotometer
kisi yang mengukur intensitas cahaya relative sebagai fungsi sudut. Spektrofotometer
merupakan sebuah alat yang bisa digunakan untuk melihat spektrum dari cahaya. Dengan spektrophotometer ini dapat diukur
intensitas cahaya relatif dengan sebagai suatu fungsi sudut. Dari hasil yang digambar pada kertas grafik, panjang
gelombang dari spektrum dapat diketahui dengan mengukur sudut dari spectrum
maksimum untuk setiap garisnya. Spectrum dari sodium digunakan untuk
pengkalibrasi kisi difraksi. Panjang gelombang dari garis – garis spectrum
dibandingkan dengan nilai yang didapat, pada kasus Hydrogen, transisi orbit
electron berhubungan dengan garis dapat diidentifikasi.
Praktikum spektrum
atom ini merupakan pembahasan tentang
pengukuran spektrum emisi dengan menggunakan spektrofotometer atom.
Serta membahas panjang gelombang masing-masing dari warna spektrum cahaya yang
dihasilkan oleh lampu merkuri pada temperatur tertentu dan konstatanta Ridberg untuk merkuri. Panjang
gelombang dari
masing-masing spektrum yang didapat dari hasil pengolahan grafik tersebut dapat
dibandingkan dengan nilai yang ada pada literatur yang telah banyak beredar,
dan dari sini akan didapatkan besar dari konstanta Ridberg(R). 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.
II.
Tinjauan Pustaka
Praktikum spektrum
atom ini merupakan pembahasan tentang
pengukuran spektrum emisi dengan menggunakan spektrofotometer atom.
Serta membahas panjang gelombang masing-masing dari warna spektrum cahaya yang
dihasilkan oleh lampu merkuri pada temperatur tertentu dan konstatanta Ridberg untuk merkuri, yang mana bertujuan untuk membuktikan panjang gelombang
yang dihasilkan suatu atom, apakah sesuai dengan ketetapan atau secara
teorinya.
Kemampuan teori atom Bohr untuk menerangkan asal
usul garis spectrum merupakan salah
satu hasil yang menonjol sehingga dirasakan pantas untuk memulai membuka teori
itu dengan menerapkannya pada struktur atomik. Panjang gelombang
yang terdapat pada spekrum atomic jatuh pada kumpulan tertentu yang disebut
deret spectral.
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. Untuk
menentukan panjang gelombang dari garis- garis spectrum, ketika cahaya melalui kisi difraksi, cahaya terpecah
membentuk pola difraksi.
Sudut terang maksimum untuk pola difraksi memiliki
hubungan:
d sin
= mλ (m= 0,1,2,…)
...................................................................(1)
= mλ (m= 0,1,2,…)
...................................................................(1)
d : Jarak antara
garis kisi
λ : Panjang gelombang cahaya
m : bilangan orde
Photon dapat
dihasilkan dari sebuah atom ketika electron tereksitasi berpindah dari orbit
dengan energy lebih tinggi ke orbit yang memiliki energi lebih rendah. Secara
literatur nilai panjang gelombang masing – masing adalah ungu : (380 – 450 )
nm, biru : (450 – 495) nm, hijau (495 – 570) nm dan kuning (570 – 590) nm. Pada pratikum ini juga menentukan konstanta
Rydberg. Penentuan konstanta Rydberg ini menggunakan rumus dari deret
Pfund. Dimana nilai dari n0 =
5 dan nilai dari nf = 6. Seperti sebelumnya, secara literatur nilai
dari konstanta Rydberg adalah 10,97 x 106 m-1.
Gambar ilustri yang terjadi pada spektrum (yaitu
ilustrasi terjadinya difraksi cahaya polikromatik melalui kisi menjadi
spektrum :
Gambar
1.2 Ilustrasi
peristiwa Difraksi pada Spektrometer
Dimana, 1 = Sumber cahaya (cahaya
polikromatik)
2 = Collimating Slit
3 = Collimating Lens
4 = Difraction Grating
5 = Focusing Line
Perumusan
yang digunakan pada pratikum ini adalah sebagai berikut :
Keterangan
: me
=
massa elektron diam, e
= muatan dari elektron,
εo
= konstanta Permitivitas,
h
= konstanta Planck, dan n = bilangan tingkat energi (1, 2, 3..).
Masukkan
konstanta pada persamaan (2) maka dihasilkan :
Energi foton, ∆E,
bernilai negative sebagai energi yang hilang dari
elektron, sesuai dengan rumus berikut ini :
Panjang gelombang λ
dari foton dapat dihubungkan menggunakan persamaan sebagai berikut :
c = kelajuan cahaya
pada ruang hampa
f = frekuensi
Sehingga
diperoleh perumusanya sebagai berikut :
∆E = perubahan energinya.
Untuk penampilan
grafik praktikan menggunakan suatu program pada computer dengan nama
Data Studio yaitu
grafik hubungan sudut
difraksi (teta) terhadap intensitas cahaya spektrum dari Lampu Mercury (Hg).
Grafik yang dikatakan baik apabila grafik tersebut simetris antara bagian kanan
dan kirinya. Salah satu
contoh bentuk grafik yang praktikan dapatkan disaat pengambilan data pratikum
pada “run 2” sebagai berikut :
Gambar
1.1 Grafis
Intenstas vs Teta (sudut difraksi)
Pada grafik di atas dapat dikatakan
hampir mendekati simetris yang sempurna. Untuk memberikan notasi (posisi sumbu
x dan sumbu y, dapat dibaca pada metode percobaan).
III.
Pembahasan
Spektrum optik
(cahaya atau spektrum terlihat atau spektrum tampak) adalah bagian dari spektrum elektromagnetik
yang tampak
oleh mata manusia. Radiasi elektromagnetik dalam rentang panjang gelombang
ini disebut sebagai cahaya tampak atau cahaya
saja. Tidak ada batasan yang tepat dari
spektrum optik; mata normal manusia akan dapat menerima panjang gelombang
dari 400 sampai 700 nm, meskipun beberapa orang dapat menerima panjang
gelombang dari 380 sampai 780 nm (atau dalam frekuensi
790-400 terahertz).
Mata yang telah beradaptasi dengan cahaya
biasanya memiliki sensitivitas maksimum di sekitar 555 nm, di wilayah hijau
dari spektrum optik.
Telah dijelaskan sebelumnya, bahwa
pratikum ini bertujuan untuk menentukan panjang gelombang yang dihasilkan dan
pembuktian dari Konstanta Rydberg. Disini pratikan hanya meneliti tentang
spektrum warna ungu, biru, hijau dan kuning. Berikut gambar untuk gelombang
elektromagnet beserta panjang gelombangnya secara umum :
Gambar 3.1 Gambar
spektrum gelombang electromagnet
Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa
warna dari ungu sampai dengan kuning memiliki panjang gelombang sekitar antara 400 nm sampai
dengan 600 nm. Panjang
gelombang terbesar dari gelombang radio sampai sinar gamma. Sedangkan pada
frekuensinya gel radio yang terkecil. Sedangkan untuk
konstanta Rydberg adalah 10,97 x 106 m-1.
Pada penentuan atau pembuktian konstanta
Rydberg, pratikan menggunakan rumus deret Pfund. Ini dikarenakan rumus tersebut
membahas tentang panjang gelombang spektral dari atom Hydrogen dan dengan nilai
no = 5. Pada rumus ini didapatkan hubungan antara konstanta Rydberg
dan panjang gelombang spektral.
Karena pada
pembahasan buku besar ada kesalahan pada perhitungan data, maka kami praktikan
disuruh mengulangi perhitungan kembali pada jurnal. Kami mendapatkan selisih
data yang tidak begitu besar dengan perhitungan sebelumnya yang bisa dilihat pada
tabel perhitungan yang telah kami rangkum dibawah ini yaitu :
1.
Spektrum
Ungu
|
Run ke- i
|
Θkirii(deg)
|
Θkanani(deg)
|
Θ(rad)
|
Λ(nm)
|
R (106 m-1)
|
|
2
|
191
|
616
|
14,17
|
408,16
|
200,45
|
|
5
|
170
|
596
|
14,20
|
409,10
|
199,99
|
|
6
|
148
|
574
|
14,20
|
409,10
|
199,99
|
|
7
|
155
|
580
|
14,17
|
408,16
|
200,45
|
|
8
|
127
|
558
|
14,37
|
413,80
|
197,72
|
|
Persentase
kesalahan untuk panjang gelombang = 0, 29 %
|
|||||
Tabel 3.1 Panjang Gelombang
Spektrum Ungu
2.
Spektum
Biru
|
Run
ke- i
|
Θkirii(deg)
|
Θkanani(deg)
|
Θ(rad)
|
Λ(nm)
|
R
(106 m-1)
|
|
2
|
175
|
634
|
15,30
|
440,06
|
185,92
|
|
5
|
153
|
612
|
15,30
|
440,06
|
185,92
|
|
6
|
129
|
592
|
15,44
|
443,80
|
184,35
|
|
7
|
139
|
597
|
15,27
|
439,12
|
186,32
|
|
8
|
114
|
575
|
15,37
|
441,93
|
183,13
|
|
Persentase kesalahan untuk panjang
gelombang = 0,21 %
|
|||||
Tabel
3.2 Panjang
Gelombang Spektrum Biru
3.
Spektrum
Hijau
|
Run
ke- i
|
Θkirii(deg)
|
Θkanani(deg)
|
Θ(rad)
|
Λ(nm)
|
R
(106 m-1)
|
|
2
|
110
|
708
|
19,94
|
568,56
|
143,90
|
|
5
|
93
|
673
|
19,34
|
552,11
|
148,19
|
|
6
|
68
|
651
|
19,44
|
554,85
|
147,45
|
|
7
|
79
|
656
|
19,24
|
549,36
|
148,93
|
|
8
|
48
|
632
|
19,47
|
555,73
|
147,21
|
|
Persentase
kesalahan untuk panjang gelombang = 0,66 %
|
|||||
Tabel 3.3 Panjang
Gelombang Spektrum Hijau
4.
Spektrum
Kuning
|
Run
ke- i
|
Θkirii(deg)
|
Θkanani(deg)
|
Θ(rad)
|
Λ(nm)
|
R
(106 m-1)
|
|
2
|
92
|
708
|
20,54
|
584,94
|
139,87
|
|
5
|
72
|
692
|
20,67
|
588,57
|
139,00
|
|
6
|
52
|
666
|
20,47
|
583,12
|
140,30
|
|
7
|
59
|
675
|
20,54
|
584,94
|
139,87
|
|
8
|
32
|
651
|
20,64
|
587,67
|
139,22
|
|
Persentase
kesalahan untuk panjang gelombang = 0,19 %
|
|||||
Tabel
3.3 Panjang
Gelombang Spektrum Kuning
Setelah didapatkan hasil perhitungan kembali yang
dilihat pada data diatas maka bisa dikatakan bahwa panjang gelombang cahaya
tampak berkisar antara 400 nm sampai dengan 600 nm. Dan bisa juga dilihat bahwa
persentase kesalahan panjang gelombangnya tidak begitu besar justru bisa
dikatakan sangat kecil. Pada praktikum ini mula-mulanya, pratikan
mengalami kesulitan karena sudut difraksi pada grafik tidaklah dalam satuan
radian tetapi dalam satuan degre. Untuk mengatasi masalah ini, asisten
memberikan konversi dimana 1 degree = 57,3 radian. Lalu dikonversikan lagi,
dengan cara membaginya dengan angka 15. Sehingga tidak didapatkan lagi sudut
difraksi (teta, θ) dan panjang gelombang yang bernilai negatif. Pada perumusan
konstanta Rydberg, digunakan rumus
sebagai berikut :
Dimana,
no = 5 dan nf
= 6
Pada pratikum ini
awalnya praktikam melakukan 10 kali variasi data tetapi pada perhitungan kami
hanya memilih 5 data saja yang terlihat bagus agar data yang diperoleh juga
tidak begitu melenceng. Karena data yang dipakai pada n0
dan nf adalah 5 dan 6, yangmana disebabkan atom Mercury memiliki
nomor atom 80, maka tingkat energi terluarnya memiliki elektron valensi 6. Maka
dari itu nf-nya bernilai 6. Elektron pada Mercury tereksitasi ke
tingkat energi yang lebih rendah yaitu 5, maka dari itu nilai dari no
= 5.
Perhitungan yang
didapatkan pada nilai praktek cukup menjauh dari
literaturnya. Pada literatur diperoleh
hanya
puluhan tetapi secara praktek didapatkan bilangan ratusan. Praktikan heran kenapa ini bisa terjadi padahal
panjang gelombang yang digunakan sudah cukup mendekati literaturnya dan persentase kesalahan kecil.
Namun praktikan memperkirakan ada
kesalahan pada perhitungan, tetapi praktikan sudah mencoba mengulangi
perhitungan kembali. Permasalahan yang menyebabkan konstanta
Ridberg ini menjadi tidak sesuai dengan apa yang telah ada pada literatur,
disebabkan oleh permasalahan mendasar dari praktikum kali ini yaitu pada
pengambilan data berupa grafik. Karena disinilah sumber dari seluruh permasalah
untuk bagian perhitungan.
Untuk pembahasan
pada grafik dimana kategori grafik yang baik adalah grafik
yang simetris antara bagian kanan dengan bagian kirinya yang bisa dilihat pada Gambar
1.1.
Pada gambar tersebut dapat dilihat ada bagian yang agak mendatar pada tengah –
tengah grafik, itu disebabkan sudut difraksinya yang tegak lurus terhadap
detektor dengan intensitas cahaya yang sangat besar (m = 1). Sedangkan untuk
bagian kanan maupun kiri dari titik terang tersebut, dapat diurutkan cahaya
yang dapat diidentifikasi adalah cahaya atau spektrum ungu, biru, hijau dan
kuning (yang tergolong pada cahaya tampak).
Kalau kita telusuri lebih dalam, ada beberpa faktor lain
yang menyebabkan hasil-hasil praktikum tidak sesuai dengan literatur yang ada,
diantaranya :
1.
Kurang telitinya praktikan dalam memutar
sensor penangkap cahaya, sehingga kecepatan yang diberikan untuk masing-masing
percobaan menjadi tidak sama. Hal ini
bisa kita lihat dari bentuk grafik yang dihasilkan tidak ada yang sama atau
saling mendekati. Masing-masing grafik berbeda antara yang satu dan yang lain.
2.
Sumber cahaya yang digunakan untuk
mengambil nilai literatur berbeda dengan sumber cayah yang digunakan dalam
praktikum. Dalam literatur, sumber
cahaya yang digunakan adalah spektrum atom hidrogen, sedangkan dalam praktikum
yang digunakan adalah sektrukm atom helium.
Jadi,
walaupun praktikum kali ini sudah mendekati pada kondisi yang diharapkan,
sebenarnya msih banyak masalah-masalah kecil yang mempengaruhi kepada hasil
praktikum.
IV.
Pembahasan
Dari data dan perhitungan yang telah dilakukan maka didapatkan
nilai dari konstanta Ridberg dan panjang gelombang yang berbeda dari setiap
data untuk warna yang berbeda pula. Dari masing-masing warna yang menjadi
sample percobaan yaitu ungu, biru, hijau, kuning. Dimana
panjang gelombang tersebut terbukti berkisar antara 400 nm sampai dengan 600 nm. Spektrum ungu memiliki panjang gelombang
yang lebih pendek daripada spektrum yang lainya (dengan frekuensi yang lebih
panjang). Dan spektrum
kuning sebaliknya dimana
memiliki panjang gelombang yang lebih besar (dengan frekuensi yang lebih
kecil). Persentase
kesalahan yang diperoleh sangat kecil yang berkisar antara 0,1 % sampai 0,6 %
saja. Untuk
konstanta Rydberg, pratikan belum bisa membuktikan nilainnya persis sama dengan
literatur, namun cukup mendekati ke nilai tersebut.
Untuk praktikan selanjutnya disarankan agar sebelum melakukan
eksperimen untuk memahami dan mempelajari materi tentang apa yang akan
dilakukan pada saat eksperimen. Agar tidak terjadi kesalahan dalam mengamati,
sehingga dapat memperoleh nilai yang akurat dan sesuai dengan teori. Yang
perlu dicamkan disini adalah, pastikan satuan sudut pada grafis saat mengambil
data adalah dalam satuan radian. Praktikum
dilakukan hendaknya diruangan yang gelap dan tidak ada cahaya luar yang
mempengaruhi hasil dari praktikum. Selain itu alat-alat yang digunakan juga harus efisien agar tidak
menghambat jalannya pratikum.
Daftar
Kepustakaan
Giancoli. 2001. Fisika II .
Jakarta : Erlangga.
Muttaqin, Afdhal. 2011. Pedoman Fisika Eksperimen I. Padang : UNAND.
Paul, Tipler. 1998. Konsep Fisika Modern . Jakarta : Erlangga
www.google.com_spektrum_atom. 10-10-2011. 09.31 AM.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar