Pembahasan Deret Balmer

                                                                                             IV.            HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Pengamatan

      Dari percobaan yang telah dilakukan, maka diperoleh data pengamatan seperti yang terlihat pada Tabel.1 berikut yaitu:

      Tabel 1. Data Pengamatan

No	a(cm)	eα(cm)	eβ(cm)	eγ(cm)	λα(nm)	λβ(nm)	λγ (nm)
1	20	8,5	6,2	6,0	12,5.103	10,8.103	5,6.103
2	25	10,3	6,0	7,8	11,3.103	10,3.103	5,9.103
3	30	11,5	6,3	8,0	10,7.103	9,7.103	4,9.103

4.2    Pembahasan

Pada akhir abad ke-XIX ditemukan bahwa panjang gelombang yang berada pada spektrum atomik jatuh pada kumpulan tertentu yang disebut deret spektral. Deret spektral pertama yang ditemukan J.J Balmer tahun 1885 ketika ia mempelajari bagian tampak dari spektrum hidrogen berupa panjang gelombang dalam setiap deret yang dispesifikasi dalam rumus empiris sederhana sehingga menyatakan spektrum lengkap suatu unsur.  Ketika gas atomik atau uap atomik yang bertekanan rendah diberikan beda potensial, maka atom gas tersebut akan tereksitasi dan akan memancarkan spektrum yang berisi panjang-panjang gelombang tertentu saja. Spektrum garis yang dipancarkan setiap unsur berbeda-beda, sehingga masing-masing unsur memiliki spektrum garis karakteristik.

Balmer melakukan eksperimen untuk mengukur spektrum yang dipancarkan gas Hidroen dengan menempatkan gas Hidrogen dalam tabung yang sudah dilengkapi dengan elektroda,(disebut lampu Balmer). Elektroda lampu balmer disambungkan ke sumber tegangan DC, dan mengakibatkan lampu balmer menyala dengan warna cahaya berwarna pink. Spektrum dari lampu balmer itu kemudian diamati dengan menggunakan spektrometer dan tampak berupa spektrum garis. Fakta eksperimen tersebut bertentangan dengan model atom Rutherford, yaitu bahwa spektrum atom kontinyu. Hal inilah yang menjadi kelemahan dari model atom Rutherford. Baik Rutherford maupun Balmer tidak bisa menjelaskan secara teoritis mengapa spektrum atom itu berupa spektrum garis atau spekrum diskrit.

Niels Bohr berusaha menjelaskan secara teoretis fakta eksperimen yang diperoleh oleh balmer dan kawan-kawan. Penjelasanya dinyatakan dalam bentuk postulat. Pada tahun 1913 Neils Bohr mengajukan postulat tentang atom hidrogen sebagai berikut :

1.    Atom hidrogen terdiri dari sebuah elektron yang bergerak dalam suatu lintas edar berbentuk lingkaran mengelilingi inti atom; gerak elektron tersebut dipengaruhi oleh gaya tarik coulomb sesuai dengan kaidah mekanika klasik.

2.    Lintas edar elektron dalam atom hidrogen yang mantap hanyalah yang mempunyai harga momentum anguler L yang merupakan kelipatan dari tetapan Planck dibagi 2p.

3.    Dalam lintas edar yang mantap elektron yang mengelilingi inti atom tidak memancarkan energi elektromagnetik. Dalam hal tersebut energi totalnya tidak berubah.

4.    Energi elektromagnetik dipancarkan oleh sistem atom apabila suatu elektron yang melintasi orbit lain yang berenergi Ef. Pancaran energi elektromagnetnya memiliki frekuensi n.

Spektrum garis atom hidrogen berhasil dijelaskan oleh Niels Bohr pada  tahun 1913. Spektrum garis membentuk suatu deretan warna cahaya dengan panjang gelombang berbeda. Untuk gas hidrogen yang merupakan atom yang paling sederhana, deret panjang gelombang ini ternyata mempunyai pola tertentu yang dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan matematis. Seorang guru matematika Swiss bernama Balmer menyatakan deret untuk gas hidrogen sebagai persamaan berikut ini. Selanjutnya, deret ini disebut deret Balmer. Panjang gelombang yang dirumuskan oleh Bohr :

                                                                               (16)

Pada percobaan deret Balmer, akan menjadi simulasi sejarah/eksperimen yang telah dilakukan ilmuwan terdahulu, dengan menggunakan lampu balmer, layar tembus cahaya, lensa (f= ±50 nm dan ±100 nm), bangku optik, celah variabel, kisi. kemudian menyusun alat-alat tersebut sesuai dengan skema percobaan dengan susunan layar, kisi, lensa (±100 nm), celah variabel, lensa (±50 nm), dan lampu balmer, menyamakan tingginya. Lalu menyambungkan ke PLN untuk menghidupkan lampu balmer, setelah lampu hidup, menggeser/mengatur jarak kisi dengan layar tembus cahaya dengan variasi jarak sebagai a (5 cm, 10 cm dan 15 cm), kemudian mengamati layar hingga terbentuk spektrum, dengan mengatur agar spektrum warna yang terbentuk fokus dan jelas dengan menggunakan celah variabel. Setelah spektrum warna terlihat jelas, memberikan kertas putih pada layar, menandai pada garis spektralnya dan mengukur masing-masing jarak garis spektral sebagai data e_α, e_β, dan e_γ. Hasil gambar yang teramati berupa spektrum garis berwarna (merah, hijau, biru dan jingga), dapat dilihat pada Gambar 17.

                          

 

Gambar 17. Spektrum garis pada jarak (a) = 5 cm

Berdasarkan Gambar 17, jarak e_α = 6,3 cm, e_β = 4,7 cm dan e_γ = 1,9 cm. E merupakan jarak antar spektrum dengan α adalah jarak terjauh dari yang lainnya. Sehingga menghasilkan panjang gelombang yang lebih panjang dari panjang gelombang β dan γ. Yaitu 12,5.10³ nm, sedangkan panjang gelombang β = 10,8.10³ nm dan panjang gelombang γ = 5,6.10³ nm, sedangkan pada jarak (a) 10 cm diperoleh Gambar 18.

 

Gambar 18. Spektrum garis pada jarak (a) = 10 cm

Sama dengan spektrum jarak (a) = 5 cm, jarak e_α = 10 cm, e_β = 8,5 cm dan e_γ = 4 cm. Panjang gelombang diperoleh λα = 11,3.10³ nm, λβ = 10,3.10³ nm dan λγ = 5,9.10³ nm. Spektrum warna pada jarak (a) 15 cm, diperlihatkan pada Gambar 19.

 

Gambar 19. Spektrum garis pada jarak (a) = 15 cm

Berdasarkan Gambar 19, dengan e_α = 13,5 cm, e_β = 11,5 cm dan e_γ = 4,9 cm, diperoleh panjang gelombang α 10,7.10³ nm, panjang gelombang β 9,7.10³ nm dan panjang gelombang γ 4,9.10³ nm. 

Dari data yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa, semakin jauh jarak kisi dan layar, panjang gelombang masing-masing yang diperolah semakin kecil, panjang gelombang terbesar yaitu pada panjang gelombang α (merah), kemudian β (hijau) dan γ (biru). Hal tersebut dikarenakan panjang gelombang sangat erat kaitannya dengan intensitas, dengan intensitas yang besar, maka frekuensi yang dimiliki cahaya akan besar, maka panjang gelombangnya pendek. Pada jarak yang jauh justru memiliki intensitas yang besar. Jika dibandingkan dengan teori, panjang gelombang merah (H_α) sebesar 6563 A, sedangkan panjang gelombang hijau 4861 A dan panjang gelombang biru (Hγ) sebesar 4341 A. Antara hasil pengamatan dan teori memiliki selisih yang banyak, namun pada jarak (a) 15 cm, hasil panjang gelombang eksperimen dengan teori tidak berbeda jauh. Perbedaan panjang gelombang pada tiap warna disebabkan oleh perbedaan tingkat kulit tempat dimana elektron tereksitasi. Jika elektron tereksitasi ke kulit ke 6 dan kembali ke kulit ke dua, maka melepaskan energi yang memancarkan warna ungu. Sementara, jika elektron dari kulit ke 5 menuju kulit ke 2, akan melepaskan energi yang memancarkan warna biru (agak kehijauan). Kemudian, jika elektron yang tereksitasi dari ke kulit ke3, kembali ke kulit ke 2, memancarkan warna merah.

Bayangan yang dihasilkan akan terlihat seperti satu sumber apabila cahaya melewati celah sempit. Garis spekral inilah yang sebenarnya bukan merupakan garis tunggal, tetapi terdiri dari beberapa garis warna yang berdekatan satu sama lain. Hal inilah yang menunjukkan bahwa cahaya yang digunakan adalah cahaya polikromatis dimana akan timbul spektrum warna. Spektrum warna tersebut timbul akibat rotasi dan vibrasi atom dalam molekul yang tereksitasi. Semakin kecil panjang gelombang maka spektrum atau jarak antara warna menjadi semakin dekat dan intensitasnya melemah, dan ini terlihat dari warna garis spektrum yang memudar. Dari hasil pengamatan saat percobaan berupa sudut untuk setiap warna pada masing-masing orde, dari sinilah kita dapat menghitung panjang gelombang rata-rata dan konstanta Rydberg. Sesuai percobaan ini, deret Balmer sendiri dapat didukung atau dipengaruhi oleh jarak (a) dan intensitas cahaya. Jauh atau dekatnya jarak sangat berpengaruh terhadap nilai e_α, e_β, dan e_γ yang dihasilkan, karena antara jarak (a) dan e_α, e_β, dan e_γ adalah sebanding. Hubungan antara panjang gelombang dengan jarak spektrum dapat dilihat pada Gambar 20.

Add caption

 

Gambar 20. Grafik hubungan panjang gelombang dan jarak spektrum (e)

Berdasarkan grafik pada Gambar 20, hubungan antara panjang gelombang dan jarak antara spektrum, semakin jauh jarak spektrum, semakin kecil panjang gelombangnya. Pada panjang gelombang alpha, grafik warna biru diperoleh kemiringan/ketelitian garis 97% dengan persamaan garis y = -250,7x + 12990. Pada beta kemiringan garis lebih besar/akurat dari alpha (98,5%) dengan persamaan garis y = -160,4x + 11588. Dan spektrum gama, memiliki garis pada grafik yang lebih curam dan kurang linier, sehingga ketelitian garis hanya 25% dengan persamaan garis y = -166,6x + 6066. Spektrum atom hidrogen (deret Balmer), dapat diaplikasikan dalam osiloskop tabung layat TV, display komputer, smartphone dan lain-lain.