BAB I. PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

1.2 Identifikasi masalah

Bagaimana mekanisme untuk membuat atom tereksitasi

1.3 Tujuan percobaan

Menentukan energi eksitasi air merkuri

Objective Learning :

- Kuanta energi

- Tumbukan elektron

- Model atom Bohr

- Energi Eksitasi

BAB II. TEORI DASAR

1.

Teori atom Bohr

Pada tahun 1913,Niels Bohr mengkombinasikan konsep atom rutherford dan sifat-sifat

gelombang de Broglie, untuk itu ia mengunakan dua postulat dasar.

a. Elektron atomik dapat mengelilingi inti tanpa memancarkan gelombang elektronmagnetik

hanya jika berada pada orbit yang momentum sudutnya mencapai kelipatan dari ℏ= h2 π

Ln=nℏ

b. Emisi atau absorpsi radiasi terjadi bila electron melompat (bertransisi dari satu orbit ke orbit

stasioner lainnya,bila electron melompat dari orbit stasioner berenergi E i ke orbit dibawahnya

yanbg berenergi Ef , maka electron akan mengemisikan cahaya dengan foton yang berenergi

sama dengan beda energi keduanya : Ei−Ef =h v

Yang mana akhirnya kedua postulat itu menghasilkan persamaan jari-jari atom dan persamaan

tingkat energi

Gbr.1. Model atom hidrogen menurut Bohr

Jari-jari atom Bohr adalah

ao=h2 εo

π ne e2=5.292 x 10−11 m

Persamaan tingkat energi menurut Bohr

En=−me e4

8 εo h2 n2 1

Eksitasi elektron

Terdapat mekanisme utama yang dapat mengeksitasi sebuah atom ke tingkat energi diatas tingkat

energi dasar, sehingga dapat menyebabkan atom memancarkan radiasi.

a. tumbukan dengan partikel lain

Pada waktu terjadi tumbukan sebagian energi kinetik bersamanya diserap oleh atom. Atom yang

tereksitasi dengan cara ini akan kembali ke tingkat dasar dalam waktu 10 -8 s dengan memancarkan satu

atau lebih foton.

b. lucutan listrik

Pada mekanisme ini, lucutan listrik sengaja ditimbulkan dalam gas bertekanan rendah, sehingga

timbul medan listrik yang mempercepat elektron dan ion atomik sampai energi kinetiknya cukup untuk

mengeksitasi atom ketika terjadi tumbukan . Karena transfer energi maksimum jika partikel yang

bertumbuk mempunyai massa yang sama, elektron dalam pelucutan listrik semacam itu jauh lebih afektif

daripadsa ion dalam pemberian energi pada elektron atomik.

Lampu neon dan air raksa merupakan contoh yang biasa dijumapai dari mekanisme bagaimana

medan listrik kuat yang dipasang antara elektrode dalam tabung berisi gas menimbulakn emisi radiasi

spektral karakteristik gas tersebut.

Percobaan Frank-Hertz

Spektrum atomic bukanlah satu-satunya cara untuk menyelidiki terdapatnya tingkat energi diskrit

dalam atom. Franck dan Hertz menembaki uap berbagai unsur dengan electron yang energinya diketahui

dengan memakai alat seperti yang terlihat dalam gambar dibawah ini :

Gbr2. Alat untuk percobaan Frank-Hertz

Perbedaan potensial Vo dipasang diantara kisi dan keeping pengumpul,sehingga setiap electron yang

mempunyai energi yang lebih besar dari harga minimum tertentu memberi kontribusi (sumbangan) pada

arus I yang melalui ammeter. Ketika potensial pemercepat V bertambah, electron yang datang pada

keping bertambah banyak dan arus I naik. Jika energi kinetic kekal dalam tumbukan antara electron dan

sebuah atom uap itu, elektronnya hanya terpental dalam arah yang berbeda dengan arah datangnya.

Karena atom itu jauh lebih massif dari electron, atom hampir tidak kehilangan energi dalam proses itu.

Setelah suatu energi kritis tercapai, ternyata arus keping menurun secara tiba-tiba. Tafsiran dari efek ini

ialah electron yang bertumbukan dengan atom memberikan sebagian atau seluruh energi kinetiknya untuk

mengeksitasi atom ke tingkat energi di atas tingkat dasar. Tumbukan semacam ini disebut tak elastic (tak

lenting), sebagai lawan dari tumbukan elastic (lenting) yang berlangsung dengan energi kinetic kekal.

Energi kritis electron bersesuaian dengan energi yang diperlukan untuk menaikan atom ke tingkat eksitasi

terendah.

Kemudian ketika potensial pemercepat V bertambah naik, arus keping bertambah lagi, karena sekarang

elektronnya mempunyai cukup besar energi yang tertinggal setelah mengalami tumbukan tak elastic

untuk sampai pada keeping. Akhirnya penurunan arus keeping I yang sangat tajam terjadi lagi yang

ditafsirkan timbul dari eksitasi tingkat energi yang sama pada atom lain. Seperti yang ditunjukan dalam

gambar dibawah ini :

Gbr3. Hasil Eksperimen Frank-Hertz yang menunjukan potensial kritis dalam uap air raksa

sederetan potensial kritis untuk atom tertentu didapatkan dengan cara seperti di atas. Jadi potensial yang

tertinggi diperoleh dari beberapa kali tumbukan dan merupakan kelipatan dari yang terendah.

BAB III. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Menyusun alat alat pada percobaan Franck-Hertz

2. Kalibrasi osiloskop

3. Menghidupkan Control Unit (CU) dengan menekan switch on/off yang terletak di bagian

belakang CU

4. Mengatur parameter parameter di bawah ini dengan memutar rotary switch:

suhu atomisasi = 175 C

Tegangan pemercepat (U1) =30 V

Tegangan henti (U2) = 1 V

5. Memanaskan oven dengan menekan tombol no 4 pada CU dan mengatur pemanasan hingga

mencapai T nominal dengan memutar saklar putar pada bagian bawah oven ( max skala 7 )

6. Setelah suhu mencapai T nominal, tunggu 15-30 menit setelah LED indicator tidak berkedip,

kemudian tekan tombol no 5 pada CU untuk memulai pengukuran

7. Plot grafik yang ditampilkan osiloskop pada millimeter blok

8. Tentukan U1 (sumbu-x) dan IA (sumbu-y) ddari grafik yang diperoleh

9. Mengulangi prosedur 4-8 dengan u1 = 35 v dan 40V serta U2 = 1.5V dan 2V.

TUGAS PENDAHULUAN

1. Bahasan lengkap mengenai model atom bohr lengkap dengan perumusan perumusan tingkat

tingkat energy atomic menurut model ini.

2. Sebutkan dan jelaskan beberapa sifat fisik dari Hg (nomor atom, nomor massa, konfigurasi

atomnya, titik didih dan titik leleh).

3. Sebagai unsur yang ditumbuk mengaapa pada percobaan Frank-Hertz digunakan Hg, bagaimana

kemungkinan terjadi proses yang sama pada atom lainjika diberi perlakuan sama.

Jawab:

model Bohr adalah model atom yang diperkenalkan oleh Niels Bohr pada 1913. Model ini

menggambarkan atom sebagai sebuah inti kecil bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron yang

bergerak dalam orbit sirkular mengelilingi inti — mirip sistem tata surya, tetapi peran gaya gravitasi

digantikan oleh gaya elektrostatik. Karena model Bohr adalah pengembangan dari model Rutherford,

banyak sumber mengkombinasikan kedua nama dalam penyebutannya menjadi model Rutherford-Bohr.

Kunci sukses model ini adalah dalam menjelaskan formula Rydberg mengenai garis-garis emisi spektral

atom hidrogen; walaupun formula Rydberg sudah dikenal secara eksperimental, tetapi tidak pernah

mendapatkan landasan teoretis sebelum model Bohr diperkenalkan. Tidak hanya karena model Bohr

menjelaskan alasan untuk struktur formula Rydberg, ia juga memberikan justifikasi hasil empirisnya

dalam hal suku-suku konstanta fisika fundamental. Model Bohr adalah sebuah model primitif mengenai

atom hidrogen. Sebagai sebuah teori, model Bohr dapat dianggap sebagai sebuah pendekatan orde

pertama dari atom hidrogen menggunakan mekanika kuantum yang lebih umum dan akurat, dan

dengan demikian dapat dianggap sebagai model yang telah usang. Namun demikian, karena

kesederhanaannya, dan hasil yang tepat untuk sebuah sistem tertentu, model Bohr tetap diajarkan

sebagai pengenalan pada mekanika kuantum.

Tingkatan energi elektron dalam atom hidrogen

Model Bohr hanya akurat untuk sistem satu elektron seperti atom hidrogen atau helium yang

terionisasi satu kali. Bagian ini hendak menurunkan rumusan tingkat-tingkat energi atom

hidrogen menggunakan model Bohr.

Penurunan rumus didasarkan pada tiga asumsi sederhana:

Energi sebuah elektron dalam orbit adalah penjumlahan energi kinetik dan energi potensialnya:

2. Nomor atom Hg = 80, nomor massa =200,59(2), titik didih =356,6, dan titik lelehnya = -38,9

3. Karena Hg merupakan contoh yang biasa dijumpai dari mekanisme medan listrik kuat yang

terpasang diantara elektroda dalam tabung berisi gas menimbulkan spectrum emisi radisi yang

karakteristik dari gas tersebut berwarna kebiru biruan.

DAFTAR PUSTAKA

1 Krane, Kenneth S. 1992. Fisika Modern. Jakarta : UI-Press Beiser, 2 Arthur. 1992. Konsep Fisika Modern. Jakarta : Erlangga