Laporan Praktikum - MENENTUKAN KONSTATA RYDBERG -FISIKA ATOM

MENENTUKAN KONSTATA RYDBERG

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Bohr mengemukakan teori baru mengenai struktur dan sifat-sifat atom. Teori atom Bohr ini pada prinsipnya menggabungkan teori kuantum Planck dan teori atom dari Ernest Rutherford yang dikemukakan pada tahun 1911. Model atom Bohr berhasil menjelaskan kestabilan elektron dengan memasukkan konsep lintasan atau orbit stasioner dimana elektron dapat berada di dalam lintasannya tanpa membebaskan energi.

Dalam model atom Rutherford,  elektron berputar mengelilingi inti atom dalam lintasan atau orbit. Elektron yang berputar dalam lintasan seolah-olah bergerak melingkar sehingga mengalami percepatan dalam geraknya. Menurut teori elektromagnetik, elektron yang mengalami percepatan akan memancarkan gelombang elektromagnetik secara kontinu. Ini berarti elektron lama-kelamaan akan kehabisan energi dan jatuh ke dalam tarikan inti atom. Ini berarti elektron tidak stabil. Di pihak lain elektron memancarkan energi secara kontinu dalam spektrum. Ini bertentangan dengan kenyataan bahwa atom memancarkan spektrum garis. Ketidakstabilan elektron dan spektrum kontinu sebagai konsekuensi dari model atom Rutherford tidak sesuai dengan fakta bahwa atom haruslah stabil dan memancarkan spektrum garis.

Diperlukan penjelasan kestabilan atom dan spektrum garis tom hidrogen. perhatikan bahwa swpwrti spektrum lainnya, tidak semua spektrum garis yang tampak pada spektrum pancaraya juga hadir dalam spektrum serupanya. Konstanta Rydberg dinamai oleh fisikawan Sweidia.

oleh karena itu, melalui praktikum ini mahasiswa diharapkan memahami fenomena-

fenomena alam yang terjadi, dan dapat dijadikan sebagai penunjang materi mata kuliah.

1.2 Tujuan Percobaan

1.   Untuk menentukan panjang gelombang dari masing-masing spektrum warna.

 

2.   Untuk menentukan konstanta Rydberg (R) dari beberapa spektrum warna.

BAB II

DASAR TEORI

Pada akhir abad ke 19, banyak kegiatan eksperimen dilakukan untuk menganalisis spectrum radiasi yang memancar ketika pengosongan muatan listrik terjadi pada gas. Atom yang paling ringan adalah hydrogen, yang terdiri dari nucleus dan sebuah electron.Mungkin tidak begitu mengejutkan bahwa pengukuran spektroskopik yang sangat presisi menunjukkan bahwa hydrogen memiliki spectrum yang paling sederhana disbanding seluruh unsur lainnya. Ditemukan bahwa beberapa garis diwilayah optic maupun nonoptik secara sistematik terpisah dalam deret yang bervariasi. Yang mengagumkan, seluruh panjang gelombang hydrogen atomic dapat dinyatakan dengan sebuah relasi empiris tunggal, yaitu formula Rydberg:           

....................................................................................        

Dengan n_l = 1 dan n_u = 2,3,4,…. Menghasilkan deret lyman (daerah ultraviolet)

n_l=2dan n_u = 3,4,5,…. Menghasilkan derety balmer (daerah optic)

n_l= 3 dan n_u = 4,5,6,…. Menghasilkan deret paschen (daerah inframerah)

n_l= 4 dan n_u = 5,6,7,…. Menghasilkan deret bracket (daerah di atas inframerah)

dan seterusnya untuk deret deret lainnya yang berada jauh di atas daerah inframerah

Pada tahun 1913 Niels Bohr mengembangkan suatu teori fisika mengenai atom hydrogen sehingga formula Rydberg dapat di turunkan. Model Bohr untuk atom hydrogen didasari oleh gambaran susunan planet, sehingga muncullah sebuah model berupa electron rinngan bermuatan negative yang mengitari nucleus berat bermuatan positif. Gaya yang menjaga electron tersebut agar tetap berada di orbitnya adalah gaya coloumb:

            ……………………………………………….. 

Dan untuk hydrogen, Z=1. Kalkulasi fisika klasik selanjutnya menunjukkan bahwa kecepatan orbit electron tersebut berhubungan dengan radius orbitnya, yang diasumsikan oleh Bohr berbentuk lingkaran, yaitu :

            …………………………………………………………….……………..

Dengan m adalah massa electron. Total energy electron tersebut (energy kinetic + energy potensial) adalah:

            ………………………………………………………………………….

 Saat ini kita sampai ke titik dimana model Bohr memiliki perbedaan yang radikal dengan  

gambarann fisika klasik. Ketika electron bergerak di orbitnya dengan momentum linear mv,

elektron tersebut akan memiliki panjang gelombang de Broglie yang berkenaan dengannya dan dinyatakan sebagai . Sekarang, sebuah gelombang dapat diasosiasikan sebagai orbit dari lingkaran tertentu hanya jika keliling orbit tersebut merupakan jumlah seluruh panjang gelombang, dimana :

             atau …………………………………………......

Dengan n=1,2,3,… besaran L=mvr adalah momentum anguler elektron yang bergerak didalam orbit lingkarannya, sehingga nampak bahwa dalam teori Bohr momentum anguler elektronnya terkuantisasi. Bilangan bulat n disebut bilangan kuantum utama.

            Dengan menuntaskan persamaan untuk tiga vekor yang diketahui, yaitu r, E, dan v, kita akan mendapatkan besaran terkuantisasi berikut ini :

            

Dalam keadaan atom yang stabil, seperti yang ditunjukkan pada persamaan diatas elektron tersebut dipostulatkan untuk tidak memencar proses radiasi ini akan dibahas di subab keadaan energi minimum (n=1) dinamai keadaan dasar. Nampak bahwa besaran-besaran r₁, E₁, dan v₁ bergantung hanya pada konstanta fundamental alami m, e, k, dan h. ketika nilai nilai numerik dari konstanta ini digunakan, kita akan mendapatkan : r₁= 0,529 Å      E₁= 13,58 eV    v₁= c/137,0. Perhatikan bahwa untuk hidrogen (Z=1). Nilai nilai 0,529 Å dan 13,58 eV sesuai dengan penentuan radius dan energi ionisasi atom hidrogen secara eksperimental.

            Teori elektrodinamika klasik memprediksi bahwa sebuah muatan yang mengorbit (dalam hal ini mengalami percepatan) dapat memancarkan radiasi dengan frekuensi revolusi. Kita telah menyaksikan bahwa dalam efek fotolistrik, elektrodinamika klasik harus mengalami modifikasi pada skala atomnya ketika adsorpsi radiasi elektromagnetik kita perhitungkan. Dalam cara yang serupa, Bohr memilih untuk memodifikasi elektrodinamika klasik pada skala atomnya ketika emisi radiasi elektromagnetik terjadi.

            Bohr mempostulatkan bahwa sebuah atom akan mengasumsikan radiasi hanya jika elektron tersebut, yang awalnya berada dalam orbit-orbit stabil yang diperbolehkan dengan E=E_u. berpindah ke orbit yang diperbolehkan lainnya dengan melepaskan energi kecil sebesar E=E_l. Energi foton teremisi tersebut kemudian akan sama dengan selisih antara energi- energi elektron di dalam dua buah orbit yang diperbolehkan. 

Dengan mensubtitusikan nilai-nilai energi orbital yang di berikan dalam persamaan yang ada, kita selanjutnya mendapatkan:                                                                                                 

            …………………………………....

Dengan ketentuan dimana persamaan dari konstantanya adalah:

              ……………………………………

            Dalam analisis ini diasumsikan bahwa nukleus bermuatan positif sangan massih jika dibandingkan dengan elektron, sehingga dapat dianggap memiliki berat yang tidak terbatas. Jika massa nukleus tidak terbatas diambil sebagai perumpamaan, maka gerakan dari kombinasi sistem electron(m) dan nucleus(M) yang terpisah sejauh r dari pusat pusat massa nya ekuivalen dengan sebuah partikel dari massa tereduksi, adalah :

            ……………………………………….......………………………

Yang mengorbitkan pusat massa tersebut pada radius r. untuk hydrogen, m/M=1/1836, dan dengan menggunakannya untuk memodifikasi konstanta Rydberg, kita peroleh

…………………………………..............................................

Yang sejalan dengan eksperimen R= 1,0967758×10^-3Å^-1 atom Rydberg        (Grautreau, 2006)

Atom Rydberg, atom yang memiliki jumlah partikel kuantum yang tinggi, n, adalah atom yang memiliki sifat yang berlebihan ketika keduanya hanya dipelajari hanya dalam 19 tahun, seharusnya telah memahami tentang fisika atom sejak mempelajari spektroskopi atom kuantitatif. Peran mereka dalam kehidupan sehari hari disebut pemutih. Penampilan pertama dari atom Rydberg ada dalam persamaan balmer yaitu h. Persamaan balmer dimulai 1885 yang memiliki panjang gelombang atom h dengan rumus:

            ……………………..……………………………………………………

Dimana b=3654,6 Å. Dari persamaan tersebut menjelaskan bahwa panjang gelombang balmer dari transisi n=2 memiliki level status yang lebih tinggi.

            Sementara atom h adalah atom yang pertama untuk dimengerti dalam cara kuantitatif dan atom lainnya menjelaskan tentang spektroskopi atomik. Contohnya living dan dewar membuat percobaan yang sangat penting tentang pengamatan garis spektrum dari Na yang dapat berkelompok menghasilkan seri yang berbeda. Lebih spesifiknya mereka mengobserfasi emisi dari  Na ns-3p dan nd-3p . Diatas dari 9s dan 8d mereka mengobservasinya dua kali sehingga menemukan struktur dari 3p, tetapi untuk 10s dan 9d menyatakan mereka tidak dapat menyelesaikan 3p doublet. Seperti yang kita tahu sekarang lintasan Na dapat jatuh dengan momentum sudut yang lebih besar berdasarkan n nya.Kami tidak terkejut ketika transisi seris ke seris Rydberg memerlukan energi yang bagus untuk memperkecil momentum sudut. Sebuah kemajuan penting dibuat oleh Hartley, yang dalam perilakunya tentang spektrum Mg, dan Cd. Hartley pertama kali memutuskan signifikasi frekuensi persamaan sebagai lawan dari panjang gelombang yang diukur secara eksperimental. Hartley mengamati bahwa pemisahan berganda selalu memiliki bilangan gelombang yang sama, terlepas dari panjang gelombang transisi. Bilangan gelombang v adalah kebalikan dari panjang gelombang dalam ruang hampa. Pentingnya realisasi ini sulit untuk dilebih lebihkan dan dapat terlihat jika kita menulis ulang rumus blamer dalam hal bilangan gelombang dari garis bilangan yang diamati ahli-ahli di bidang gelombang. 

Jelaslah bahwa itu hanya mencerminkan perbedaan energi antara n2 dan keadaan berbaring yang lebih tinggi. Mengikuti presiden living dan dewar, Rydberg mulai mengklarifikasikan perbandingan dari atom lain, terutama atom alkali, menjadi serangkaian garis yang tajam, utama, dan difus. Setiap seri garis memiliki tingkatan ower umum dan serangkayan tingkatan ns, np, nd, masing masing sebagai level atas seri tajam, utama, dan difus.                                                                        (Gallagher, 1994)

Karena balmer telah mengajukan pertanyaan tentang apakah rumusnya mungkin merupakan kasus khusus dari rumus yang lebih umum yang berlaku untuk serangkaian garis lain dalam elemen lainnya. Rydberg berangkat untuk mencari rumus seperti itu. Dengan menggunakan data panjang gelombang yang relatif besar, Rydberg mengisolasi serangkaian duplet dan triplets dari berbagai frekuensi konstan, menurut hukum Hartley tentang pemisahan bilangan gelombang konstan. Dengan memilih dengan benar benar nomor urut m dar garis garis, selalu dapat dibuat kurang dari 1 dalam formula seperti itu. Batas frekuensi tinggi dimana garis garis dalam seri pada akhirnya akan terkonsentrasi. Untuk persamaan dapat ditulis untuk konstanta mewakili rumus balmer adalah kasus yang lebih umum 

dengan v adalah vector dan λ adalah panjang gelombang  pada atom.                          (Richtmyer, 1955)

frekuensi yang dipancarkan ketika atom melakukan transisi dari keadaan n ke keadaan m, adalah lyman, balmer, pasched, bracket, sesuai dengan rumus balmer oleh hubungan hv=E jika kita tahu istilah skema untuk sebuah atom, kita dapat langsung membacanya dari dari struktur spektrum untuk atom hidrogen skema istilah memiliki bentuk. Garis paling penting dari hidrogen spektrum (dengan beberapa panjang gelombang) sekala energi dinormalisasi sedemikian rupa sehingga titik nol nya sesuai untuk menghilangkan elektron dari keadaan n untuk diam pada tak terhingga, atau fraksi energi ionisasi keadaan n. hR=-E₁ adalah energi ionisasidari keadaan dasar, kuantitas fundamental yang biasanya dinyatakan dalam elektron volt dan disebut sebagai potensi ionisasi, dimulai istilah owest E, istilah mengikuti satu sama lain lebih dekat. Tampaknya tidak ada hubungan antara interpretasi garis hidrogen dalam hal transisi antara tingkat kuantum diskrit dan teori gerakan orbital. Namun ada hubungan semacam itu, yang sangat intim, yang diungkapkan oleh prinsip Bohr tentang tanggapan bersama dan memungkinkan perhitungan konstanta empiris sejauh ini sifat listrik elektrik ditetapka  pada n.co, hece.c, adalah pekerjaan yang diperlukan hidrogen, prinsip inilah yang  membuktikan bahwa semakin tinggi keadaan atom bohr semakin dekat atom mematuhi mekanika klasik, saat n meningkat, interval antara level energi individu menjadi sangat kecil, level semakin dekat dan atom mendekati keadaan gerak tanpa gejala yang dibutuhkan oleh mekanika klasik. Jika kemudian kita menghitung frekuensi yang dipancarkan oleh rumus balmer, untuk kasus ketika keadaan awal dan akhir adalah keadaan yang sangat tereksitasi kami menemukan,

Dengan m-n=2 kita dapat menemukan frekuensi yang dua kali lebih tinggi, dengan m-n=3 dalam tiga waktu yang tinggi dan juga diatas. Spektrum mempunyai persamaan karakter yaitu getaran partikel muatan listrik, pada teori klasik dengan frekuensi ω=2πv.

Jika kita memperkenalkan frekuensi v1 dari angka n didalam rumus energi (atom balmer), dengan ω=2πv₁ .

Rumus  ini, untuk meregasi bagaimana dengan frekuensi yang kecil, yang memiliki struktur yang sama pada rumus dengan orbit dari energi kelas elektron.

Dimana energi pada suatu atom sama dengan konstan untuk unsur atom.                     (Born, 1962)

BAB III

 METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan dan Fungsi

1.    Induktor Rumhkorf

Fungsi: sebagai sumber tegangan.

2.    Tabung Hidrogen

Fungsi : sebagai tempat lampu pijar.

3.    Lampu Pijar

Fungsi: sebagai sumber cahaya.

4.    Kisi 300 lines/mm

Fungsi: untuk menguraikan cahaya menjadi spektrum warna yang berasal dari lampu

Pijar.

5.    Penggaris

Fungsi: untuk mengukur antara jarak kolimator ke lampu pijar.

6.    Statif

Fungsi: sebagai penyangga lampu pijar dan tabung Hidrogen.

7.    Kabel penghubung

Fungsi: sebagai penghubung induktor Rumkorf ke sumber PLN.

8.    Lup (kaca pembesar)

Fungsi: sebagai alat untuk memperjelas skala yang akan dibaca pada spektrometer.

9.    Spektrometer

Fungsi: sebagai alat optik untuk mengamati spektrum warna dan berbagai spektrum sudutnya yang  terdiri dari:

a.         Teleskop

Fungsi: untuk mengamati spektrum warna yang terjadi.

b.         Kolimator

   Fungsi: Untuk memfokuskan atau mensejajarkan cahaya dari lampu pijar.

c.         Meja Spektrometer.

   Fungsi: sebagai tempat untuk meletakkan kisi.

d.        Meja skala

   Fungsi: untuk membaca besar sudut yang dibentuk oleh spektrum warna.

10.     Tisue/serbet

Fungsi: untuk membersihkan peralatan yang digunakan.

 

 

3.2  Prosedur Percobaan 

Untuk d=40 cM

1. Disiapkan seluruh peralatan yang akan digunakan dalam praktikum.

2. Dipasang tabung lampu ke statif.

3.  Dipasang lampu Pijar ke dalam tabung lampu.

4.  Dihubungkan induktor Rumhkorf  ke sumber PLN.

5. Dinyalakan induktor Rumhkorf dan ditunggu hingga lampu Hannocs menyala penuh.

6. Diukur jarak dari lampu Hannocs ke kolimator dengan jarak sejauh 40 cm.

7. Disejajarkan kolimator dengan menggeser ke kiri-kanan untuk menyejajarkan cahaya pada celah sempit agar sejajar dengan sumbu x dan sumbu y.

8. Diletakkan kisi ke meja kisi 300 lines/mm.

 9. Dicari spektrum warna yang akan dianalisis dengan menggeser teleskop ke kiri-kanan.

10. Dibaca skala pada spektrometer untuk mengetahui besar sudut spektrum warna.

11. Dicatat hasilnya pada kertas data.

 

3.3  Gambar Percobaan

      (Terlampir)

                                                                            

                                                                          

 

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

DAFTAR PUSTAKA

Born, M. 1962. Atomic Physic. Seventh Edition. London : Blackie & Son Limited

           Pages : 95 – 98.

Gallagher, T. F. 1994. Rydberg Atoms. New York : Cambridge University Press

           Pages :1-2.

Gautreau, R. 2006. Fisika Modern. Edisi kedua. Jakarta : Erlangga

           Halaman :85-87.

Richtmyer, F. K. 1955. Introduction to Modern Phisics. New York : McGrawhill Book comp

            Pages : 138-139