10
Elektron dapat bergerak mengelilingi inti karena mengalami gaya sentripetal. Besar gaya sentripetal mengikuti persamaan 2.2 berikut:
=
�
2.2
dengan, : Gaya sentripetal.
: massa elektron. � : kecepatan elektron.
: jarak antara elektron terhadap inti. Berdasarkan persamaan 2.1 dan persamaan 2.2 diperoleh persamaan 2.3
sebagai berikut: � =
��
2
2.3
Pada tahun 1913, Niels Bohr mengemukakan bahwa atom mirip sistem planet mini, dengan elektron-elektron beredar mengelilingi inti atom seperti
halnya planet-planet beredar mengelilingi matahari. Bohr mempostulatkan bahwa elektron hanya dapat bergerak dalam orbit yang diperkenankan. Orbit
stabil ini disebut sebagai keadaan stasioner. Elektron bergerak pada orbit yang diperkenankan tanpa memancarkan radiasi elektromagnetik. Atom dapat
11
meradiasi tenaga dalam bentuk gelombang elektromagnetik jika elektron berpindah dari keadaan stasioner ke keadaan stasioner lain yang lebih rendah.
Untuk atom Hidrogen dengan jari-jari orbit r dan massa elektron m, tenaga total sistem merupakan tenaga kinetik elektron
�
ditambah tenaga potensial Coloumb
�
[Halliday, 1978]. Tenaga total sistem sebesar: =
+ 2.4
dengan tenaga kinetik elektron sebesar:
�
=
��
2.5
tenaga potensial elektron sebesar,
�
= −
��
2.6
sehingga tenaga total elektron menjadi, = −
2
8��
2.7
Bohr menyatakan bahwa momentum sudut orbital elektron bernilai kelipatan bulat dari
ħ. Momentum sudut elektron yang beredar mengelilingi
inti atom bernilai bilangan bulat dikalikan konstanta Planck dibagi dengan 2 �
yang ditunjukkan dengan persamaan 2.8. � =
ℎ �
= ħ 2.8
12
Elektron hanya berada pada orbit yang diperkenankan, dimana jari-jari orbit menurut Bohr [Krane, 1992]:
=
�� ħ
=
2.9
dengan, : jari-jari orbit elektron
ħ : tetapan Planck
: merupakan bilangan bulat 1,2,3, ... ∶ ,
Berdasarkan persamaan 2.9 dan persamaan 2.7 diperoleh = −
4
�
2
�
02
ħ
2 2
2.10
Bilangan bulat n merupakan bilangan kuantum utama. Persamaan 2.10 dapat disederhanakan mengikuti persamaan 2.11 berikut.
= −
,6
2
eV 2.11
Elektron dapat berpindah dari suatu orbit ke orbit yang lain. Bila elektron berpindah dari orbit awal tingkat tenaga
�
ke orbit akhir tingkat tenaga
dengan
�
seperti ditunjukan pada gambar 2.2.
13
Proses deekitasi memancarkan tenaga mengikuti persamaan 2.12 berikut:
∆ = −
�
2.12
dengan, ∆ : selisih tenaga eV
�
: tingkat tenaga awal eV : tingkat tenaga akhir eV
Tenaga dipancarkan dalam bentuk gelombang elektromagnetik mengikuti persamaan 2.13 :
ℎ� = −
�
2.13
Gambar 2.2. peristiwa deeksitasi
14
dengan, h
: tetapan Planck sebesar 6,63 x 10
-34
J.s v
: frekuensi gelombang elektromagnetik Hz Sebaliknya, elektron berpindah dari orbit awal tingkat tenaga
�
ke orbit akhir tingkat tenaga
dengan
�
seperti ditunjukkan pada gambar 2.3.
Proses eksitasi menyerap tenaga mengikuti persamaan 2.14 berikut: ∆ =
−
�
2.14
Gambar 2.3. peristiwa eksitasi
15
B. Teori Molekul
Molekul dapat menyerap dan memancarkan tenaga seperti pada atom. Molekul memiliki tiga tingkat tenaga yaitu tenaga elektronik, tenaga rotasi,
dan tenaga vibrasi mengikuti persamaan 2.15 berikut ini [Beiser, 1982]:
=
�
+
�� �
+
�
2.15
Molekul selalu berusaha mencapai keadaan ke tingkat tenaga yang stabil dengan menyerap dan melepaskan tenaga sebesar [Krane,1992]:
∆ = ℎ� =
ℎ �
2.16
Dengan, ∆ : tenaga yang diserap eV
c : laju cahaya sebesar 3 x 10
8
m.s
-1
� : panjang gelombang m
Karena setiap molekul memiliki tingkat tenaga molekuler yang berbeda, maka spektrum yang dihasilkan berbeda dari masing-masing molekul. Hal ini
Gambar 2.4 Sketsa tingkat tenaga molekul : tingkat tenaga elektronik, tingkat tenaga vibrasi, dan tingkat tenaga rotasi
Tingkat tenaga rotasi Tingkat tenaga vibrasi
Tingkat tenaga elektronik keadaan eksitasi
Tingkat tenaga rotasi Tingkat tenaga vibrasi
Tingkat tenaga elektronik keadaan dasar
16
dapat dimanfaatkan dalam menentukan molekul yang terkandung dalam suatu sampel.
C. Emission Spectrometer
Detektor Emission Spectrometer adalah detektor yang dirancang untuk mengukur intensitas dari berabagai sumber cahaya. Detektor bekerja pada
panjang gelombang mulai dari 320 nm sampai dengan 900 nm dengan interval 1 nm. Detektor Emission Spectrometer digunakan untuk analisa kualitatif.
Analisa kualitatif dilakukan untuk mengetahui senyawa yang terkandung dalam sampel yang akan diteliti. Analisa kualitatif dilakukan berdasarkan pola
serapan sampel. Analisa kualitatif dilakukan dengan menyusun detektor Emission Spectrometer [Jerry, 2016] mengikuti gambar 2.6 berikut:
Analisa kualitatif menggunakan Detektor Emission Spectrometer
Setiap molekul memerlukan tenaga untuk melakukan transisi dari tingkat awal
�
ke tingkat tenaga akhir yang lebih tinggi. Tenaga ini
disebut tenaga eksitasi. Sinar datang dari sumber radiasi memiliki berbagai panjang gelombang. Hal ini menunjukkan tenaga yang dibawa oleh sinar
datang juga bervariasi. Jika tenaga yang dibawa oleh sinar datang sama
Sumber Radiasi
Kuvet Dektektor
Perekam dan penampil data
Gambar 2.5. Bagan analisa kualitatif menggunakan detektor
Emission Spectrometer
.
17
dengan tenaga yang diperlukan oleh molekul untuk melakukan eksitasi maka akan terjadi proses penyerapan tenaga. Tenaga yang dibawa oleh sinar
datang akan diserahkan kepada molekul untuk melakukan eksitasi. Misalnya, untuk transisi molekul memerlukan cahaya dengan panjang
gelombang �, maka cahaya dari sumber dengan panjang gelombang � inilah
yang akan diserap oleh molekul. Hal ini merupakan peristiwa penyerapan tenaga. Serapan ditunjukkan dengan berkurangnya intensitas pada panjang
gelombang tertentu. Berkurangnya intensitas pada panjang gelombang cahaya akan menghasilkan pola tertentu. Pola inilah yang disebut sebagai
pola serapan. Pola serapan tergantung molekul penyerapnya. Pola serapan menjadi dasar untuk mengidentifikasi molekul yang terkandung dalam
sampel. Setelah sampel dipastikan mengandung molekul yang diinginkan, proses analisa dilanjutkan dengan analisa kuantitatif yaitu menentukan
konsentrasi molekul yang terkandung dalam sampel. D.
Indeks Bias
Indeks bias merupakan perbandingan cepat rambat cahaya pada ruang hampa dengan cepat rambat cahaya pada medium tertentu. Kecepatan cahaya
dilambangkan dengan c sebesar 2,997 × 10
8
ms pada ruang hampa. Pada medium yang lain, nilainya akan lebih kecil dari nilai tersebut. Indeks bias
menunjukkan seberapa besar kecepatan cahaya yang berkurang pada medium tersebut. Nilai indeks bias secara matematis dirumuskan sebagai
18
=
�
2.17
n : indeks bias
c : kecepatan cahaya pada ruang hampa
v : kecepatan cahaya pada suatu medium
Cepat rambat cahaya pada suatu medium tergantung pada medium itu sendiri, suhu, dan panjang gelombang. Karena kebergantungan terhadap
panjang gelombang maka penelitian sering dilakukan dengan menggunakan sinar monokromatik. Indeks bias menurut pengertian fisis adalah kemampuan
cahaya merambat dalam suatu zat berdasarkan molekul – molekul penyusun
zat tersebut. Larutan merupakan salah satu medium yang dapat dilalui oleh cahaya. Kerapatan dari suatu larutan tergantung pada konsentrasi larutan
tersebut. Konsentrasi menunjukkan seberapa besar jumlah zat terlarut dalam zat pelarut. Nilai konsentrasi ditunjukkan oleh kepekatan dari suatu larutan.
Semakin pekat suatu larutan maka indeks biasnya akan semakin besar [Hidayanto, 2013; Sarojo, 2011]. Berdasarkan katerkaitan ini maka nilai
konsentrasi suatu larutan dapat ditentukan dengan menganalisa nilai indeks bias dari larutan tersebut.
19
E. Pewarna Hijau
Pewarna hijau merupakan perpaduan dari pewarna kuning Tartrazin Cl 19140 dan Biru Berlian FCF Cl 42090. Tartrazin merupakan pewarna kuning
sintetis yang umum digunakan sebagai pewarna makanan. Karena
kelarutannya dalam air, tartrazin umum digunakan sebagai bahan pewarna minuman.
Absorbansi maksimal senyawa ini dalam air berada pada panjang gelombang 427±2 nm [Rajeev Jain,2003]. Tartrazin memiliki rumus empiris
C
16
H
9
N
4
Na
3
O
9
S
2
dengan struktur kimia seperti pada gambar 2.6. Biru Berlian adalah bahan pewarna yang dapat diberi pada makanan dan substansi lainnya
untuk mengubah warna. Zat pewarna yang memiliki rumus empiris C
37
H
34
N
2
Na
2
O
9
S
3
ini termasuk pewarna golongan trifenil metan, yang merupakan tepung berwarna ungu perunggu. Bila pewarna ini dilarutkan
dalam air akan menghasilkan warna hijau kebiruan. Struktur kimia dari Biru berlian seperti pada gambar 2.7.
Gambar 2.6. Struktur kimia Tartrazin Cl 19140
Gambar 2.7. Struktur kimia Biru Berlian FCF Cl 42090
20
F. Teknik Pengenceran
Pengenceran dilakukan untuk mendapatkan variasi konsentrasi dari suatu pewarna minuman. Larutan diencerkan dengan menggunakan
persamaan 2.22 berikut [Brady, 1994]:
. � = . � 2.22
dengan, : konsentrasi larutan induk mLL
� : volume larutan induk yang diambil mL : konsentrasi larutan yang diinginkan mLL
� : volume larutan yang dicari mL
