Spektrum Atom Hidrogen Perkembangan Teori Atom

245 Fisika SMAMA XII Akan tetapi jika suatu gas yang berada dalam tabung gas bertekanan rendah diberi beda potensial tinggi Seperti Gambar 8.5 maka gas akan memancarkan spektrum diskontinu, yang berarti gas hanya memancarkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Kita akan mempelajari spektrum yang dipancarkan oleh atom yang paling sederhana, yaitu hidrogen. Gas hidrogen ditempatkan pada tabung lucutan gas, jika tabung lucutan gas ini diberi tegangan tinggi sehingga terjadi lucutan muatan listrik. Gas hidrogen menjadi bercahaya dan memancarkan cahaya merah kebiru-biruan. Apabila diamati dengan spektrograf alat untuk menyelidiki spektrum cahaya, pada pelat film terdapat garis cahaya, di mana satu garis cahaya menampilkan sebuah panjang gelombang yang dipancarkan cahaya dari sumber cahaya. Berdasarkan hasil pengamatan tentang spektrum atom hidrogen, Balmer menemukan empat spektrum garis pada cahaya tampak yaitu pada 410,2 nm, 434,1 nm, 486,2 nm, dan 656,3 nm yang ternyata cocok menggunakan perhitungan dengan rumus sebagai berikut : .... 8.1 di mana untuk n A = 2 dan n B = 3, 4, dan 5 dengan : O = panjang gelombang yang dipancarkan R = Konstanta Rydberg = 1,097 × 10 7 m -1 Deret-deret spektrum garis yang memenuhi persamaan tersebut disebut deret Balmer yang terletak pada daerah cahaya tampak. Akan tetapi tidak hanya deret Balmer saja yang di- temukan dalam atom hidrogen, ada deret yang lainnya, yaitu deret Lyman spektrum pada daerah sinar ultraviolet, Paschen spektrum pada daerah sinar infra merah I, Brackett spektrum pada daerah sinar infra merah II dan Pfund spektrum yang terletak pada daerah sinar infra merah III. Kelima deret tersebut dapat ditampilkan dengan rumus-rumus sederhana sebagai berikut : 1. Deret Lyman : untuk n A = 1 dan n B = 2, 3, 4, 5, 6 … dst 2. Deret Balmer : untuk n A = 2 dan n B = 3, 4, 5, 6 … dst 3. Deret Paschen : untuk n A = 3 dan n B = 4, 5, 6, 7 … dst 4. Deret Braket : untuk n A = 4 dan n B = 5, 6, 7, 8, … dst 5. Deret Pfund : untuk n A = 5 dan n B = 6, 7, 8 … dst Gambar 8.5 Tabung pelucutan gas katoda anoda Beda potensial tegangan tinggi Fisika SMAMA XII 246

E. Model Atom Bohr

Model atom Rutherford gagal menjelaskan tentang kestabilan atom dan terjadinya spektrum garis atom hidrogen. Seorang ilmuwan Fisika dari Denmark, Niels Bohr dapat menjelaskan spektrum garis atom hidrogren. Bohr menge- mukakan teori atomnya untuk menutupi kelemahan atom Rutherford dengan mengemukakan tiga postulatnya yaitu : a. Elektron berotasi mengelilingi inti tidak pada sembarang lintasan, tetapi pada lintasan-lintasan tertentu tanpa membebaskan energi. Lintasan ini disebut lintasan stasioner dan memiliki energi tertentu. b. Elektron dapat berpindah dari lintasan yang satu ke lintasan yang lain. Jika elektron pindah dari lintasan ber- energi rendah lintasan dalam ke lintasan berenergi tinggi lintasan luar akan menyerap energi dan sebaliknya akan memancarkan energi. Energi yang dipancarkan atau diserap elektron sebesar hf. c. Lintasan-lintasan yang diperkenankan elektron adalah lintasan-lintasan yang mempunyai momentum sudut kelipatan bulat dari .

F. Tingkat Energi Elektron

Elektron hanya dapat berputar mengelilingi inti pada lintasan tertentu dengan tingkat energi yang tertentu pula. Marilah kita mencoba untuk menghitung jari-jari lintasan stasioner dan tingkat energinya. Gambar 8.6 meng- gambarkan sebuah elektron yang mengorbit di sekitar inti pada jarak r. Berdasarkan hukum Coulomb antara elektron dan inti atom akan terjadi gaya interaksi, yaitu gaya tarik. Gaya tarik coulomb ini sebagai gaya sentripetal elektron mengelilingi inti atom. Gaya Coulomb F = k Gaya Sentripetal F = m Gambar 8.6 Orbit elektron r inti elektron 247 Fisika SMAMA XII Gaya Coulomb = Gaya sentripetal m = k mv 2 = k Energi kinetik elektron Ek = mv 2 = k Energi potensial elektron Ep = q V = – e k = – k Energi total elektron E = Ek + Ep = k – k E = – k .... 8.2 Tanda negatif menunjukkan bahwa untuk mengeluarkan elektron dari lintasannya memerlukan energi. Elektron menempati lintasan stasioner terdekat dengan inti disebut kulit K, lintasan berikutnya berturut-turut disebut kulit L, M, N, O dan seterusnya. Kulit K dengan jari-jari r 1 energinya E 1 dan kulit L yang jari-jarinya r 2 energinya E 2 . Karena r 2 r 1 maka nilai E 2 E 1 . Jadi makin jauh dari inti atom, energi elektron semakin besar, yang berarti elektron pada kulit N memiliki energi yang lebih besar dari elektron pada kulit M. Untuk menjelaskan spektrum garis atom hidrogen Bohr menggunakan postulat yang kedua. Misalkan elektron ber- pindah dari lintasan B dengan jari-jari orbit r B ke lintasan A dengan jari-jari r A r B r A maka elektron akan melepaskan energi sebesar E B – E A yang sama dengan hf. Dengan per- samaan : K L M N O Gambar 8.7 Lintasan stasioner elektron