Praktikum 7 (Deret Balmer) [PDF]

Citation preview

Percobaan 7



DERET BALMER DARI ATOM HIDROGEN A. Tujuan 



Menentukan panjang gelombang garis spektrum hidrogen.







Menentukan harga konstanta Rydberg.



B. Alat 



Spektrometer



1 buah







Lampu hidrogen



1 buah







Kisi difraksi (1000/10mm)



1 buah







Power supply



1 buah



C. Dasar Teori Deret Spektral Pada akhir abad ke-sembilan belas ditemukan bahwa panjang gelombang yang terdapat pada spektrum atomik jatuh pada kumpulan tertentu yang disebut deret spectral. Panjang gelombang dalam setiap deret dapat dispesifikasikan dengan rumus empiris yang sederhana. Deret spektral pertama ditemukan oleh J.J Balmer pada tahun 1885 ketika ia mempelajari bagian tampak dari spektrum hidrogen. Ia menempatkan gas hidrogen dalam sebuah tabung lucutan gas. Tabung tersebut diberi beda potensial yang tinggi antara katoda dan anodanya, sehingga terjadi lucutan muatan listrik. Gas hidrogen menjadi bercahaya dan memancarkan cahaya merah kebiru-biruan. Cahaya ini dapt dianalisis dengan sebuah spectrometer (alat untuk menyelidiki spektrum). Pada plat foto akan teramati deretan garis-garis cahaya. Setiap garis menampilkan sebuah panjang gelombang cahaya. Deretan garis-garis ini disebut dengan deret Balmer.



Gambar berikut menunjukkan spektrum garis yang diperoleh dalam cahaya tampak (deret Balmer) :



4000



5000



6000



7000



gambar 7.1



Garis



Panjang



Frekuensi



spektrum



Gelombang



(1014 Hertz)



hidrogen Hα Hβ Hγ Hδ Hθ H



(Angstrom) 6562,8 4861,3 4340,5 4101,7 3800,0 3645,6



4,569 6,618 6,908 7,301 7,894 8,224



tabel 7.1



Ia mendapatkan bahwa panjang gelombang ini dapat ditampilkan dengan satu rumus tunggal. Rumus Balmer yaitu : n  3645, 6 A0



n2 n 2  22



dengan n = 3,4,5,….. pers. (1)



Pada tahun 1890, Rydberg menemukan rumus serupa pada unsur-unsur alkali Li, Na, K, dan Cs. Ia juga mengusulkan bahwa rumus deret dapat ditulis



sebagai perbedaan antara dua variabel. Untuk deret Balmer spektrum hidrogen dinyatakan dengan rumus : 1 1  1  R  2  2  n  2



dengan n = 3,4,5,….. pers. (2)



Dan R  1, 097 x107 m 1 Deret Balmer bukanlah satu-satunya spektrum garis yang dihasilkan atomatom hidrogen. Deret-deret lainnya didapatkan di daerah ultraungu, dengan batas panjang gelombang antara 1215,4 A dan 911,5 A. Daerah ini disebut deret Lymann, sesuai dengan penemunya. Deret Lymann ini memenuhi rumus : 1  1 1  R  2  2   1 n



dengan n = 2,3,4,….. pers. (3)



Deret-deret lainnya ditemukan dalam daerah inframerah, dinamakan sesuai dengan penemunya, yakni Paschen, Brackett, dan Pfund. Rumus untuk deret Paschen : 1  1 1  R  2  2   3 n



dengan n = 4,5,6….. pers. (4)



Rumus untuk deret Brackett: 1 1  1  R  2  2  n  4



dengan n = 5,6,7….. pers. (5)



Rumus untuk deret Pfund: 1  1 1  R  2  2   5 n



dengan n = 6,7,8….. pers. (6)



Tetapan Rydberg menurut Bohr Bohr menemukan bahwa kehadiran tingkat energi diskrit tertentu dalam atom hidrogen menyarankan adanya hubungan dengan spektrum garis. Anggaplah



jika sebuah elektron pada tingkat eksitasi jatuh ke tingkat yang lebih rendah, kehilangan energinya dipancarkan sebagai foton cahaya tunggal. Elektron tidak mungkin ada dalam atom kecuali elektron tersebut memiliki tingkat energi tertentu. Berikut suatu diagram tingat energi untuk atom hidrogen :



gambar 7.2



Jika bilangan kuantum keadaan awal (energi lebih tinggi) ialah ni dan bilangan kuantum keadaan akhir (energi lebih rendah) ialah n f , kita nyatakan bahwa : Ei  E f  h pers. (7) Sebelumnya Bohr telah menemukan tingkat energi elektron ialah : En   Dan 



me 4  1  E  21 dengan n = 1,2,3,….. pers. (8) 2 2  2 8 0 h  n  n



me 4  13, 6eV 8 02 h 2



Maka, dengan memasukkan pers.(8) ke pers.(7) diperoleh :  1 1  1 1    E     1 2 2  n 2 n 2  f  i  n f  ni



Ei  E f  E1 



 1 1   n 2 n 2  i  f



h   E1  Karena   c  , maka :



E  1 1 1   1  2  2  ch  n f ni  



Dengan besarnya 



pers. (9)



E1  1, 097 x107 m 1 , yang hasilnya ternyata sama dengan ch



tetapan Rydberg. D. Prosedur Percobaan Pada percobaan kali ini, kita akan mencari panjang gelombang cahaya tampak dan besarnya tetapan Rydberg (R). Untuk melakukan percobaan ini, alat yang kita gunakan ialah spektrometer. Sketsa alat :



gambar 7.3



Sedangkan, untuk mencari tetapan Rydberg (R), kita gunakan prinsip interferensi dengan menggunakan kisi-kisi difraksi. Yang memenuhi hubungan : n  d sin 



dengan n = orde difraksi (1,2,3,….)



Untuk deret Balmer, kita mempunyai rumus : 1  1 1  R  2  2   2 n



pers. (10)



1  1 1  R   2   4 n Berdasarkan Least Squares : R



   2 i



i



dengan i 



dimana i = 3,4,5,….



pers. (11)



i



4ni2 ni2  4



Langkah Kerja 1. Atur spektrometer agar posisinya mendatar dan lurus di atas meja dan pasang kisi difraksi sesuai dengan gambar 7.3 2. Nyalakan power supply agar lampu hidrogen menyala. 3. Dengan menggunakan teleskop, cari pusat terang cahaya sebagai titik nol. 4. Geser teleskop ke kiri hingga menemukan garis warna, kemudian catat sudut pergeserannya. 5. Geser teleskop ke kanan hingga menemukan garis warna, kemudian catat sudut pergeserannya. 6. Lakukan langkah 5 dan 6 untuk beberapa garis warna dan beberapa orde.



Ket : k = n = orde difraksi



gambar 7.4



F. Analisis Data



Dengan menggunakan pers.(10) di atas, kita dapat menghitung panjang gelombang tiap garis warna. Dari percobaan yang telah kami lakukan, diperoleh data sebagai berikut : d  1000



10mm



orde 1 No.



warna



 kiri



 kanan o



kiri



kanan



orde1



o



6627,39 A0



6592,56 A0



6609,98 A0



1 merah



3,80



2 biru kehijauan



2,50 o



2,50 o



4361,94 A0



4361,94 A0



4361,94 A0



3 ungu



2,06 o



2,28 o 3594,60 A0 tabel 7.2



3978,30 A0



3786,45 A0



3,78



orde 2



 kiri



 kanan



kiri



kanan



orde 2



1 merah



7,50 o



7,51 o



6526,31 A0



6534,96 A0



6530,64 A0



2 biru kehijauan



5,42 o



5,40 o



4722,79 A0



4705,41 A0



4714,10 A0



3 ungu



4,70 o



4,60 o



4096,92 A0



4009,94 A0



4053,43 A0



No.



warna



tabel 7.3



Dan panjang gelombang rata-rata :



orde1



orde 2







1 merah



6609,98 A0



6534,96 A0



6572,47 A0



2 biru kehijauan



4361,94 A0



4705,41 A0



4533,68 A0



3 ungu



3786,45 A0



4009,94 A0



3898,20 A0



No.



warna



tabel 7.4



Dari literatur yang tercantum pada tabel 7.1, diperoleh bahwa persentasi kesalahan yang kami peroleh dalam percobaan kali ini, yakni : 



Untuk garis warna merah, yaitu garis pertama deret Balmer yang terletak di daerah Hα yang bersesuaian dengan ni  3 diperoleh   6572, 47 A0 .



Dengan akurasi : 



6572, 47 A0  6562,80 A0 6562,80 A0



x100 % = 0,14%



Untuk garis warna biru kehijauan, yaitu garis ketiga deret Balmer yang terletak di daerah Hγ yang bersesuaian dengan ni  5 diperoleh panjang gelombang   4533, 68A0 . Dengan akurasi :







4533, 68 A0  4340,50 A0 4340,50 A0



x100 % = 4,45%



Untuk garis warna ungu yaitu garis kedelapan deret Balmer yang terletak di daerah Hθ yang bersesuaian dengan ni  10 diperoleh   3898, 20A0 . Dengan akurasi :



3898, 20 A0  3800, 00 A0 3800, 00 A0



x100 % = 2,58%



Tetapan Rydberg Untuk mencari tetapan Rydberg, kita gunakan least square dari deret Balmer seperti yang telah dijelaskan di atas. Yaitu :



i 



4ni2 ni2  4



Dan untuk selanjutnya digunakan persamaan :



 R   2 i



i



i



ni



i



i2



i i



1 merah



3



7,2



51,84



47321,78 A0



2 biru kehijauan



5



4,76



22,66



21580,32 A0



3 ungu



10



4,17



17,36



16255,49 A0



No.



warna



  91,86



  85157,59



tabel 7.5



Maka, diperoleh tetapan Rydberg (R) :



 R   2 i



i



 i



91,86  1, 078 x107 m 1 0 85157,59 A



Dengan akurasi :



1, 078 x107 m 1  1, 097 x107 m 1 1, 097 x107 m 1



x100 % = 1,66%



Kami menyadari bahwa manusia tidak akan luput dari kesalahan. Faktor kesalahan yang kami peroleh ini diakibatkan karena : 



Sulitnya dalam mencari posisi yang tepat setiap garis warna yang kami temukan.







Sulitnya menghitung berapa pergeseran sudut yang diperoleh. Tetapi secara keseluruhan, hasil yang kami peroleh tidak berbeda jauh



dengan literatur. Karena persentasi kesalahan yang kami peroleh masih dalam batas kewajaran. Sebenarnya saat pertama kali menyalakan lampu hidrogen, kami melihat banyak garis warna pada orde 1 yaitu merah, jingga, hijau, biru, dan ungu. Setelah kami catat, dan memulai pada orde 2 ternyata kami hanya melihat 3 warna, yaitu merah, biru kehijauan, dan ungu. Kemudian kami mengulang percobaan kembali pada orde 1, ternyata yang kami lihat hanya 3 warna yang sama pada orde 2. Sehingga kami hanya mencatat 3 warna saja. Padahal kami telah mengikuti sesuai prosedur yakni setelah menemukan satu garis warna, ketika menghitung berapa pergeseran sudutnya, matikan kembali lampu hidrogen. Tetapi itu merupakan suatu pelajaran untuk kami, agar lebih hati-hati dalam melakukan percobaanpercobaan selanjutnya. G. Kesimpulan dan Saran Dari percobaan yang telah kami lakukan dan dari data hasil praktikum yang telah dianalisis, maka diperolah kesimpulan : Panjang gelombang garis spektrum hidrogen 



Untuk garis warna merah yang terletak di daerah Hα diperoleh :



  6572, 47 A0 . Dengan akurasi 0,14% 



Untuk garis warna biru kehijauan yang terletak di daerah Hγ diperoleh :



  4533, 68A0 . Dengan akurasi 4,45% 



Untuk garis warna ungu yang terletak di daerah H diperoleh :



  3898, 20A0 . Dengan akurasi 2,58% Tetapan Rydberg (R) 



Kami memperoleh tetapan Rydberg R  1, 078 x107 m 1 . Dengan akurasi 1,66%



Dalam percobaan ini, kami menyarankan selama proses pengambilan data : 



Lebih teliti dalam mengatur posisi teleskop agar tepat dengan sasaran (dalam hal ini ialah garis-garis warna).







Lebih teliti dalam menghitung perubahan sudutnya, karena pada alat ukur tersebut terdapat skala noniusnya. Sehingga jangan sembarangan menentukan harga perubahannya (jangan dikira-kira).







Matikan kembali lampu hidrogen ketika menemukan satu garis warna. Setelah itu baru kita lakukan pengukuran.



G.



Daftar Pustaka Beiser, Arthur. 1990. Konsep Fisika Modern. Erlangga : Jakarta. Halliday & Resnick, Fisika Jilid 2, Terjemahan Pantur Silaban Ph. D, Edisi ketiga, Penerbit Erlangga, 1997. Kanginan, Marthen. FISIKA untuk SMA Kelas XII. Erlangga : Jakarta.



Tim Dosen Laboratorium Fisika 1, Petunjuk Praktikum Laboratorium Fisika, Jurusan Pendidikan Fisika Universitas Pendidikan Indonesia.