EKSPERIMEN FISIKA II FPMIPA UPI SPEKTRUM (1)

LAPORAN PRAKTIKUM EKSPERIMEN FISIKA II
SPEKTRUM ATOM SODIUM
Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Eksperimen Fisika II
Dosen Pengampu : Drs. Parlindungan Sinaga, M.Si

Oleh :
Rahayu Dwi Harnum (1305957)

PELAKSANAAN PERCOBAAN :
Hari/Tgl/Jam

: Senin / 21 Maret 2016 / 09.30 – 12.00 WIB

Teman Sekelompok : Fauzan Muhammad Rabbani
Rizki Fahmi Sumaryono

(1306865)
(1307210)

LABORATORIUM FISIKA LANJUT
PROGRAM STUDI FISIKA

DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA
2016

A. TUJUAN PERCOBAAN
Menentukan spectrum atom sodium dan memahami struktur energy atom
berelektron banyak.
B. DASAR TEORI
Atom sodium mempunyai 11 elektron, yang berarti kulit n = 1 dan n = 2 terisi penuh
oleh elektron atau sudah menjadi kulit tertutup. Sedangkan kulit n = 3 diisi oleh satu
elektron. Dengan demikian atom sodium menyerupai atom hidrogen . Elektron terluar
tersebut akan mempunyai potensial –e/r bilamana letaknya jauh dari inti dan mempunyai
potensial {-2e}/rs + c bilamana letaknya dekat dengan inti dengan c adalah potensial
pembangkit (generated potential) pada inti oleh elektron-elektron lainnya.
Didalam atom hydrogen hanya ditemukan satu tingkat energi untuk masing-masing
harga dari n. Dalam atom sodium situasinya lebih kompleks, yaitu untuk n yang sama
terdapat beberapa tingkat energi. Terpecahnya tingkat energi ini dapat dijelaskan melalui
persamaan schrodinger tak bergantung waktu untuk atom-atom yang menyerupai atom
hydrogen.

 2  2m
 E  V   0

 x2

Bilamana potensial elektronnya tepat seperti tipe coulomb sebagaimana untuk
kasus atom hydrogen maka potensialnya adalah :

V  z

e2
r

dengan nilai eigen energinya ialah :

1 z 2e4m
En 
2  4  2  2 n 2

Dimana energinya tak tergantung pada harga / {bilangan kuantum momentum angular},
yang sesuai dengan teori Borh. Potensial screened dari electron bebas nampaknya tidak
mengarah pada tipe coulomb sederhana dan tingkat-tingkat energi bergantung pada harga
l dan n. Orbit dengan harga l terkecil diharapkan sangat dekat ke inti dan menjadi terikat
sangat kuat, sebagai konsekwensinya energinya akan menurun. Diagram tingkat energi dari
sodium ditunjukan dibawah ini, dan tingkat-tingkat energinya sudah dikelompokan
menurut bilangan kuantum azimuthnya (l). Diketahui juga;
l=0

keadaan s

l=1

keadaan p

l=2

keadaan d

l=3

keadaan f

l=4

keadaan g

Diagram tingkat energy atom sodium
Energi
Eksitasi, eV
5,13

P

S

Hidrogen

n=
7s

6s

4

F

D

7p
6p

6d

6 f

5d

5 f

5p

4d

5s
4p

3d

n=6
n=5
n=4

4 f
n=3

3

3p

2

n=2

1

0

3s

Mengikuti orde yang sama seperti atom hydrogen, tetapi dengan muatan efektif z
untuk sodium adalah sbb:
Keadaan s Z* 11/9,6
Keadaan p Z* 11/10,1
Keadaan d Z* 1
Keadaan f Z* 1
Sebagaimana kita ketahui garis-garis spektral yang kita amati berkaitan dengan
transisi dari satu tingkat energi ke tingkat yang lebih rendah. Bagaimanapun dalam
menganalisa spektrum dari sodium dengan segera menjadi jelas bahwa tak seluruhnya
memungkinkan terjadi transisi. Aturan seleksi transisi atomik harus dioperasikan dan
ditemukan bahwa untuk seluruh garis spektral

l  1
 m  0, 1

Aturan seleksi ini telah dijelaskan dengan baik dalam teori mekanika kuantum pada
radiasi. Hal ini berarti bahwa hanya terjadi transisi dipol listrik. Tentu saja probabilitas
transisi untuk dipol listrik lebih besar dengan faktor {c/v}2 dari orde berikutnya. Dengan
menerapkan aturan seleksi diatas pada diagram tingkat-tingkat energi pada gambar diatas
maka kita dapatkan gambar berikut, yaitu garis-garis prinsipal dari spektrum sodium. Jadi
l harus berubah sebesar satu satuan, dan tansisi selalu terjadi antara kolom-kolom yang
berbeda dan tak pernah terjadi pada kolom yang sama.
C. ALAT DAN BAHAN
1. Power Supply
2. Spektrometer
3. Lampu sodium
4. Kisi difraksi
D. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Menyiapkan alat dan bahan yang akan digunakan
2. Memposisikan agar lampu sodium dan spektrometer berada pada suatu garis lurus

3. Memasang kisi difraksi pada spectrometer dan memastikan agar posisi kisi lurus dan

sejajar dengan teropong .
4. Mengkalibrasi spektrometer dengan mengatur posisi nol derajat pada meja sudut
dengan sudut variabel pada teropong.
5. Menghidupkan power lampu sodium sehingga cahayanya terdistribusikan ke kisi.
6. Menentukan titik tengah dari spectrum warna dan memisalkan garis skala menunjukan
50
7. Menggeserkan teleskop kearah kiri sampai terlihat garis-garis spektrum warna.
8. Menentukan salah satu warna cahaya ditengah-tengah medan pandang teleskop.
9. Mencatat sudut perubahannya.
10. Mengulangi langkah 6 sampai 9 sampai minimal mendapatkan spectrum warna pada
orde dua
11. Merapikan kembali alat dan bahan

E. DATA PENGAMATAN
Warna

Orde
nk

Sudut deviasi

Kisi Difraksi



1

Ungu

1

100 garis/mm

2.53

2

Biru

1

100 garis/mm

2.65

3

Hijau

1

100 garis/mm

3

4

Kuning

1

100 garis/mm

3.4

5

Merah

1

100 garis/mm

3.59

6

Ungu

2

100 garis/mm

4.7

7

Biru

2

100 garis/mm

5.5

8

Hijau

2

100 garis/mm

6

9

Kuning

2

100 garis/mm

6.2

10

Merah

2

100 garis/mm

6.71

F. PENGOLAHAN DATA

�

�=

�� =

� ==
Warna

−

=

=

�� �� − �� ��

=

�� ��
ℎ
�

−

;

�� =

�

Orde

Kisi

nk

Difraksi

Sudut
deviasi



� �̇

1

Ungu

1

2.53

4410

2

Biru

1

2.65

4623.47

3

Hijau

1

3

5233.59

4

Kuning

1

3.4

5930.63

5

Merah

1

3.59

6261.63

6

Ungu

2

4.7

4096.92

7

Biru

2

5.5

4792.28

8

Hijau

2

6

5226.42

9

Kuning

2

6.2

5399.96

10

Merah

2

6.71

5842.20

−

E (J)

E (eV)

.

�

−

.

�

−

.
.
.
.
.
.
.
.

�
�
�
�
�
�
�
�

−

−
−
−
−
−
−
−

2.815
2.685
2.372
2.093
1.982
3.030
2.590
2.375
2.299
2.125

G. ANALISIS
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan terdapat lima warna yang dapat
diamati, yaitu warna ungu, biru, hijau, kuning dan merah sampai tingkat orde dua. Panjang
gelombang dari setiap spectrum warna berbeda-beda dan masih sesuai referensi mulai dari
panjang gelombang terkecil sampai terbesar berturut-turut ialah warna ungu, biru, hijau,

kuning, dan merah dengan rentang panjang gelombang yang teramati mulai dari

�=

.

ℎ�
�

�̇ −

.

�̇. Energi yang didapatkan berdasarkan persamaan planck yaitu

memperlihatkan bahwa semakin besar panjang gelombang maka akan semakin

kecil energy yang dimiliki juga terbukti.
Berdasarkan referensi, maka dapat ditentukan akurasi panjang gelombang setiap
warna. Untuk orde satu : Warna ungu memiliki akurasi sebesar =
|

6.26%. Warna biru memiliki akurasi sebesar =
hijau memiliki akurasi sebesar =
akurasi sebesar =

=

|

−

.

|

|

�

−

.

|

|

�

% = 8.58%.

−

|

.

�

.

|

�

akurasi sebesar =
|

−

.

|

�

|

−

.

|

�

|

% = 14.7%.

�

% =

% = 2.74%. Warna

% = 2.25%. Warna merah memiliki akurasi sebesar

Untuk Orde 2 : Warna ungu memiliki akurasi sebesar =

hijau memiliki akurasi sebesar =

|

−

% = 1.71%. Warna kuning memiliki

|

1.27%. Warna biru memiliki akurasi sebesar =

=

−

|

−

|

.

−

�

.

|

�

|

−

.

|

�

% =

% = 6.49%. Warna

% = 1.85%. Warna kuning memiliki

% = 6.89%. Warna merah memiliki akurasi sebesar

Berdasarkan referensi transisi electron pada atom sodium menurut buku Fisika

Modern karya Kenneth Krane halaman 324 “Atom berelektron banyak” gambar 8.10(b)
Diagram tingkat energy sodium, maka dapat diprediksikan kemungkinan nilai panjang
gelombang transisi electron pada atom sodium dari hasil percobaan ini. Untuk orde satu,
�̇ kemungkinan bertransisi dari 5d ke 3p.

warna ungu dengan panjang gelombang
Warna biru dengan panjang gelombang
Warna hijau dengan panjang gelombang
Warna kuning dengan panjang gelombang
3s. Warna merah dengan panjang gelombang

.

.

�̇ kemungkinan bertransisi dari 5d ke 3p.
�̇ kemungkinan bertransisi dari 4d ke 3p.

.

�̇ kemungkinan bertransisi dari 3p ke

.

�̇ kemungkinan bertransisi dari 5s

ke 3p. Sedangkan untuk orde 2, warna ungu dengan panjang gelombang
.

.

�̇kemungkinan bertransisi dari 5d ke 3p. Warna biru dengan panjang gelombang

�̇ kemungkinan bertransisi dari 5d ke 3p. Warna hijau dengan panjang gelombang

�̇ kemungkinan bertransisi dari 4d ke 3p. Warna kuning dengan panjang

.

.

gelombang

panjang gelombang

�̇ kemungkinan bertransisi dari 4d ke 3p. Warna merah dengan
.

�̇ kemungkinan bertransisi dari 3p ke 3s.

Setelah melakukan percobaan, ada faktor yang menyebabkan ketidak tepatan
perolehan data, antara lain sulitnya menentukan garis tengah dari spectrum warna yang
diamati terutama pada tingkat orde dua karena batas antar spectrum warna semakin terlihat
buram.
H. KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa spectrum
warna yang teramati hanya sampai orde dua dengan rincian hasil warna dan panjang
gelombang yang didapat sebagai berikut :
Warna

Orde
nk

� �̇

E (eV)

1

Ungu

1

4410

2.815

2

Biru

1

4623.47

2.685

3

Hijau

1

5233.59

2.372

4

Kuning

1

5930.63

2.093

5

Merah

1

6261.63

1.982

6

Ungu

2

4096.92

3.030

7

Biru

2

4792.28

2.590

8

Hijau

2

5226.42

2.375

9

Kuning

2

5399.96

2.299

10

Merah

2

5842.20

2.125

Berdasarkan referensi akurasi panjang gelombang setiap warna dapat ditentukan.
Untuk orde satu : Warna ungu memiliki akurasi sebesar 6.26%. Warna biru memiliki

akurasi sebesar 2.74%. Warna hijau memiliki akurasi sebesar 1.71%. Warna kuning
memiliki akurasi sebesar 2.25%. Warna merah memiliki akurasi sebesar 8.58%.
Untuk Orde 2 : Warna ungu memiliki akurasi sebesar 1.27%. Warna biru memiliki
akurasi sebesar 6.49%. Warna hijau memiliki akurasi sebesar 1.85%. Warna kuning
memiliki akurasi sebesar 6.89%. Warna merah memiliki akurasi sebesar 14.7%.
Dari rincian diatas juga terbukti tentang persamaan energy menurut Planck yang
menyatakan semakin besar panjang gelombang yang dimiliki oleh spectrum warna tersebut
maka energinya akan semakin kecil.
I. SARAN
Dalam melakukan praktikum menentukan spectrum atom sodium dan memahami
struktur energy atom berelektron banyak hendaknya pengamat benar-benar menguasai
konsep serta cara kerja alat praktikum yang digunakan. Serta melakukan praktikum dengan
penggunaan banyak kisi yang berbeda. Hal tersebut bertujuan agar mengetahui pengaruh
perbedaan kisi terhadap hasil penetuan spectrum atom sodium yang semakin akurat.
J. DAFTAR PUSTAKA
Krane, Kenneth S. 1992. Fisika Modern. Jakarta : Universitas Indonesia
Sinaga, Parlindungan, Drs. M.Si dkk. 2001. Petunjuk Praktikum Lab. Fisika
Lanjut. Bandung: Jurusan Fisika FPMIPA-UPI.