Oleh : Rahayu Dwi Harnum ( )

Transkripsi

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 ( ) PELAKSANAAN PERCOBAAN : Hari/Tgl/Jam : Senin / 21 Maret 2016 / WIB Teman Sekelompok : Fauzan Muhammad Rabbani ( ) Rizki Fahmi Sumaryono ( ) LABORATORIUM FISIKA LANJUT PROGRAM STUDI FISIKA DEPARTEMEN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2016

2 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 2 x 2m E V 0 Bilamana potensial elektronnya tepat seperti tipe coulomb sebagaimana untuk kasus atom hydrogen maka potensialnya adalah : V z e 2 r dengan nilai eigen energinya ialah : z e m En n 2 2 2

3 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 4 S P D F Hidrogen 7 s 6 s 5 s 7 p 6 p 5 p 4 p 6 d 5 d 4 d 3 d 6 f 5 f 4 f n = n = 6 n = 5 n = 4 n = p n = s

4 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

5 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 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 Kisi Difraksi Sudut deviasi 1 Ungu garis/mm Biru garis/mm Hijau garis/mm 3 4 Kuning garis/mm Merah garis/mm Ungu garis/mm Biru garis/mm Hijau garis/mm 6 9 Kuning garis/mm Merah garis/mm 6.71

6 F. PENGOLAHAN DATA d = mm = 10 2 mm = 10 5 m n k λ = d(sinφ k sinφ i ) ; φ i = 0 0 λ k = dsinφ k n k E = = hc λ Warna Orde nk 1 Ungu 1 Kisi Difraksi Sudut deviasi λ (A) E (J) E (ev) x Biru x Hijau x Kuning x Merah x m 6 Ungu x Biru x Hijau x Kuning x Merah x 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,

7 kuning, dan merah dengan rentang panjang gelombang yang teramati mulai dari A A. Energi yang didapatkan berdasarkan persamaan planck yaitu E = hc λ 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 = x100% = 6.26%. Warna biru memiliki akurasi sebesar = x100% = 2.74%. Warna 4500 hijau memiliki akurasi sebesar = x100% = 1.71%. Warna kuning memiliki 5325 akurasi sebesar = x100% = 2.25%. Warna merah memiliki akurasi sebesar 5800 = x100% = 8.58% Untuk Orde 2 : Warna ungu memiliki akurasi sebesar = x100% = %. Warna biru memiliki akurasi sebesar = x100% = 6.49%. Warna 4500 hijau memiliki akurasi sebesar = x100% = 1.85%. Warna kuning memiliki 5325 akurasi sebesar = x100% = 6.89%. Warna merah memiliki akurasi sebesar 5800 = x100% = 14.7% 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, warna ungu dengan panjang gelombang 4410 A kemungkinan bertransisi dari 5d ke 3p. Warna biru dengan panjang gelombang A kemungkinan bertransisi dari 5d ke 3p. Warna hijau dengan panjang gelombang A kemungkinan bertransisi dari 4d ke 3p. Warna kuning dengan panjang gelombang A kemungkinan bertransisi dari 3p ke 3s. Warna merah dengan panjang gelombang A kemungkinan bertransisi dari 5s ke 3p. Sedangkan untuk orde 2, warna ungu dengan panjang gelombang A kemungkinan bertransisi dari 5d ke 3p. Warna biru dengan panjang gelombang A kemungkinan bertransisi dari 5d ke 3p. Warna hijau dengan panjang gelombang 4150

8 A kemungkinan bertransisi dari 4d ke 3p. Warna kuning dengan panjang gelombang A kemungkinan bertransisi dari 4d ke 3p. Warna merah dengan panjang gelombang A 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 λ (A) E (ev) nk 1 Ungu Biru Hijau Kuning Merah Ungu Biru Hijau Kuning Merah Berdasarkan referensi akurasi panjang gelombang setiap warna dapat ditentukan. Untuk orde satu : Warna ungu memiliki akurasi sebesar 6.26%. Warna biru memiliki

9 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 Fisika Modern. Jakarta : Universitas Indonesia Sinaga, Parlindungan, Drs. M.Si dkk Petunjuk Praktikum Lab. Fisika Lanjut. Bandung: Jurusan Fisika FPMIPA-UPI.