Spektrum Atom Hidrogen

Atom hidrogen merupakan atom yang paling kecil dan sederhana, dengan memiliki satu proton dan satu elektron setiap atomnya, disamping itu mempunyai spektra paling sederhana. Terdapat dugaan bahwa adanya hubungan mendasar antara spektrum atom dengan distribusi elektron disekeliling inti atom yang bersangkutan. Dengan mengetahui spektrum atom akan mendapat petunjuk pula mengenai keadaan elektron suatu atom, dikaitkannya dengan teori kuantum dari plank, Bohr pada tahun 1913 memberikan teori tentang struktur atom. Dan teori tersebut merupakan penyempurnaan dari teori atom Rutherford.

            Pada tahun 1885 J.J.Balmer mendapatkan bahwa garis spektrum atom hidrogen di daerah tampak dan ultra violet. Selain itu Balmer juga berhasil menunjukkan bahwa grafik hubungan antara frekuensi (v) dengan 1/n² ternyata berupa garis lurus, dengan rumus:

Karena 1/l=v dan v=c/l maka persamaan diatas dapat ditulis sebagai berikut:

            Sebelum adanya penemuan lainnya Balmer telah memprediksikan adanya sejumlah garis-garis spektrum. Garis-garis spektrum yang memenuhi persamaan kedua disebut deret Balmer. Deret lain dalam spektrum atom hidrogen ditemukan oleh T.Lyman (1906) yang terpencar pada daerah ultraviolet, F.Paschen (1908) yang terpencar pada daerah inframerah-dekat, F.S.Brackett (1922) yang terpencar pada daerah inframerah, dan A.H.Pfund (1924) yang terpancar pada daerah inframerah-jauh. Masing-masing rumusnya:

Deret Lyman               ῡ = R_H  x (1/1² – 1/n²)              n₁=1                 n₂=2,3,4,….

Deret Paschen             ῡ = R_H  x (1/3² – 1/n²)              n₁=2                 n₂=4,5,6,….

Deret Bracket              ῡ = R_H  x (1/4² – 1/n²)              n₁=3                 n₂=5,6,7,….

Deret Pfund                ῡ = R_H  x (1/5² – 1/n²)              n₁=4                 n₂=6,7,8,….

Gambar: Spektrum emisi atom hidrogen

Dari gambar tersebut menunjukkan bahwa setiap deret (deret Lyman, deret Balmer, deret Paschen, deret Brackett, deret Pfund) menunjukkan pola sebaran garis-garis yang cenderung konvergen dan melemah sejalan dengan makin pendeknya panjang gelombang atau naiknya energi.

            Rumus-rumus diatas kemudian dikembangkan oleh Rydberg, mempunyai tetapan yaitu 109.678 cm^-1. Rumus-rumus khusus diatas kemudian dinyatakan dengan satu rumus umum:

ῡ = 1/l = R_H  x (1/n₁² – 1/n₂²) cm^-1     

n = bilangan bulat integer 1 dan n₂ > n₁

            Bohr mengemukakan pendapat bahwa elektron dapat berputar mengelilingi proton pada orbit dengan jari-jari tertentu, hal ini bertentangan dengan fisika klasik yang menyatakan bahwa elektron akan terpilin ke dalam, sambil meradiasi energi dan akhirnya jatuh ke inti. Lalu Bhor menjabarkan rumus Rydberg untuk melengkapi pernyataan sebelumnya. Dengan suatu syarat tertentu, yaitu pada setiap orbit momentum sudut dari elektron, mvr, harus terkuanta, yaitu memiliki nilai yang diberikan oleh rumus:

mvr = n.h/2p, dimana n = 1,2,3,4,…

dimana m,v,r dan h adalah massa dan laju elektron, jari-jari orbit dan tetapan Planck, n adalah bilangan kuantum orbit. Orbit stabil dan kondisi terkuanta merupakan syarat yang sama sekali bertentangan dengan teori fisika klasik. Tetapi jika asumsi ini dipakai, telah ditentukan bahwa bagi setiap orbit, energi, dan jari-jari diberikan rumus:

E= - mZ²e⁴/8n²h²e₀²

r = n²h²e₀/pmZe²

Secara singkat Bohr mendapatkan:

E = - R/n²

Penjelasan mengenai deret spektra sekarang telah didapat. Energi terendah (paling negatif) adalah –R/1² = -R. Bila elektron tereksistensi ke orbit yang lebih tinggi energinya (n>1) dan kembali lagi ke orbit dengan n=1, akan diperoleh deret garis ultraviolet, karena elektron akan kehilangan energi yang sama dengan R(1/1²-1/n²). Deret lainnya timbul bila elektron kembali dari orbit-orbit yang lebih tinggi ke orbit dengan n=2 (deret tampak) dan n=3 (deret inframerah).

            Persamaan r = n²h²e₀/pmZe² memiliki besaran-besaran yang sudah diketahui, maka dengan begitu jari-jari atom dapat dihitung. Untuk n = 1 diperoleh r = 52,9 pm ­–Harga ini dijadikan sebagai jari-jari orbit Bohr pertama atau terpendek. Selanjutnya untuk n yang lain 2,3,4,…dst., harga r dapat dihitung. Dan harga jari-jari inilah yang dijadikan Bohr untuk menggambarkan orbit-orbit elektron yang diperbolehkan.

Gambar: Diagram transisi elektronik dan garis-garis spektrum atom hidrogen menurut Bohr

Lintasan elektron biasanya dinyatakan sebagai lintasan K (n = 1), lintasan L (n = 2), Lintasan M (n = 3), dan seterusnya. Penyelidikan dengan menggunakan spektroskop yang mempunyai daya pisah tinggi membuktikan, bahwa tiap garis spektrum tunggal terdiri atas beberapa garis. Ini berarti bahwa setiap lintasan elektron sebenarnya terdiri atas sekelompok lintasan. Kelompok lintasan ini disebut kulit lintasan.jadi tiap kulit lintasan terdiri dari beberapa subkulit. Jumlah subkulit samadengan harga dari n.

DAFTAR PUSTAKA

F.Albert Cotton. 2013. Kimia Anorganik Dasar. Jakarta : Penerbit Universitas Indonesia

Kristian H. Sugiyarto. 2003. Kimia Anorganik I. Yogyakarta : Universitas Negeri Yogyakarta

M.Clyde Day, Jr.Joe Selbin. 1987. Kimia Anorganik Teori. Yogyakarta : Gadjah Mada

University Press

Sukardjo. 1990. Kimia Anorganik. Jakarta : Rineka Cipta