Apa itu spektrum emisi? (Dengan contoh)

Spektrum emisi adalah spektrum panjang gelombang cahaya yang dipancarkan oleh atom dan molekul ketika membuat transisi antara dua keadaan energi. Cahaya putih atau cahaya tampak yang mengenai prisma dipecah menjadi warna yang berbeda dengan panjang gelombang tertentu untuk setiap warna. Pola warna yang diperoleh adalah spektrum radiasi sinar tampak yang disebut spektrum emisi.

Atom, molekul dan zat juga memiliki spektrum emisi karena emisi cahaya ketika mereka menyerap jumlah energi yang sesuai dari luar untuk transit di antara dua keadaan energi. Dengan melewatkan cahaya ini melalui prisma, ia terurai menjadi garis berwarna spektral dengan panjang gelombang berbeda yang spesifik untuk setiap elemen.

Pentingnya spektrum emisi adalah memungkinkan penentuan komposisi zat dan objek astronomi yang tidak diketahui melalui analisis garis spektralnya menggunakan teknik spektroskopi emisi.

Berikut ini akan dijelaskan apa spektrum emisi dan bagaimana interpretasinya, beberapa contoh disebutkan dan perbedaan yang ada antara spektrum emisi dan spektrum serapan.

Apa itu spektrum emisi?

Atom suatu unsur atau zat memiliki elektron dan proton yang disatukan oleh gaya tarik-menarik elektromagnetik. Menurut model Bohr elektron diatur sedemikian rupa sehingga energi atom serendah mungkin. Tingkat energi energi ini disebut keadaan dasar atom.

Ketika atom memperoleh energi dari luar, elektron bergerak ke tingkat energi yang lebih tinggi dan atom mengubah keadaan dasarnya menjadi keadaan tereksitasi.

Dalam keadaan tereksitasi, waktu tinggal elektron sangat singkat (≈ 10-8 s) (1), atom tidak stabil dan kembali ke keadaan dasar, melewati, jika perlu, melalui tingkat energi menengah.

Gambar 1. a) Emisi foton akibat transisi atom antara tingkat energi eksitasi dan tingkat energi fundamental. b) emisi foton karena transisi atom antara tingkat energi menengah.

Dalam proses transisi dari keadaan tereksitasi ke keadaan dasar, atom memancarkan foton cahaya dengan energi yang sama dengan perbedaan energi antara dua keadaan, yang berbanding lurus dengan frekuensi dan berbanding terbalik dengan panjang gelombang.

Foton yang dipancarkan ditunjukkan sebagai garis terang, yang disebut garis spektral (2), dan distribusi energi spektral dari kumpulan foton yang dipancarkan pada transisi atom adalah spektrum emisi.

Interpretasi spektrum emisi

Beberapa transisi atom disebabkan oleh peningkatan suhu atau oleh adanya sumber energi eksternal lainnya seperti berkas cahaya, aliran elektron, atau reaksi kimia.

Jika suatu gas seperti hidrogen ditempatkan dalam suatu ruang dengan tekanan rendah dan arus listrik dilewatkan melalui ruang tersebut, maka gas tersebut akan memancarkan cahaya dengan warna tersendiri yang membedakannya dari gas-gas lainnya.

Dengan melewatkan cahaya yang dipancarkan melalui prisma, alih-alih mendapatkan cahaya pelangi, unit diskrit diperoleh dalam bentuk garis berwarna dengan panjang gelombang tertentu, yang membawa sejumlah energi diskrit.

Garis spektrum emisi unik di setiap unsur dan penggunaannya dari teknik spektroskopi memungkinkan untuk menentukan komposisi unsur dari zat yang tidak diketahui serta komposisi objek astronomi, dengan menganalisis panjang gelombang foton yang dipancarkan selama transisi atom.

Perbedaan spektrum emisi dan spektrum serapan.

Dalam proses penyerapan dan emisi atom memiliki transisi antara dua keadaan energi tetapi dalam penyerapan yang memperoleh energi dari luar dan mencapai keadaan eksitasi.

Garis spektral emisi berlawanan dengan spektrum kontinu cahaya putih. Yang pertama, distribusi spektral diamati dalam bentuk garis-garis terang dan yang kedua, pita warna terus menerus diamati.

Jika seberkas cahaya putih jatuh pada gas seperti hidrogen, tertutup dalam ruang pada tekanan rendah, hanya sebagian dari cahaya yang akan diserap oleh gas dan sisanya akan ditransmisikan.

Ketika ditransmisikan melewati cahaya melalui prisma, itu terurai menjadi garis spektrum, masing-masing dengan panjang gelombang yang berbeda, membentuk spektrum penyerapan gas.

Spektrum penyerapan benar-benar berlawanan dengan spektrum emisi dan juga spesifik untuk setiap elemen. Ketika membandingkan kedua spektrum dari unsur yang sama, terlihat bahwa garis spektrum emisi adalah yang hilang dalam spektrum serapan (Gambar 2).

Gambar 2. a) Spektrum emisi dan b) Spektrum serapan (Penulis: Stkl. Sumber: https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page)

Contoh spektrum emisi unsur kimia

a) Garis spektrum atom hidrogen, pada daerah spektrum tampak, adalah garis merah 656,3 nm, biru muda 486,1 nm, biru tua 434nm, dan ungu sangat redup 410nm. Panjang gelombang ini diperoleh dari persamaan Balmer – Rydberg dalam versi cararnnya (3).

adalah bilangan gelombang dari garis spektral

adalah konstanta Rydberg (109666,56 cm-1)

adalah tingkat energi tertinggi

adalah tingkat energi tertinggi

Gambar 3. Spektrum emisi hidrogen (Penulis: Adrignola. Sumber: commons.wikimedia.org

b) Spektrum emisi helium memiliki dua seri garis utama, satu di daerah yang terlihat dan yang lainnya di dekat ultraviolet. Peterson (4) menggunakan model Bohr untuk menghitung serangkaian garis emisi helium di bagian spektrum yang terlihat, sebagai hasil dari beberapa transisi simultan dua elektron ke keadaan n = 5, dan diperoleh nilai panjang gelombang yang konsisten dengan hasil percobaan. Panjang gelombang yang diperoleh adalah 468.8nm, 450.1nm, 426,3nm, 418.4nm, 412.2nm, 371.9nm.

c) Spektrum emisi natrium memiliki dua garis yang sangat terang yaitu 589nm dan 589,6nm yang disebut garis D (5). Garis-garis lainnya jauh lebih redup dari ini dan, untuk tujuan praktis, semua cahaya natrium dianggap berasal dari garis D.

Referensi

  1. Pengukuran masa hidup keadaan tereksitasi atom hidrogen. VA Ankudinov, SV Bobashev, dan EP Andreev. 1, 1965, JETP Fisika Soviet, Vol.21, hlm. 26-32.
  2. Demtröder, Spektroskopi Laser W. 1. Kaiserslautern : Springer, 2014.
  3. DKRai, SN Thakur dan. Atom, laser dan spektroskopi. New Delhi : Pembelajaran Phi, 2010.
  4. Bohr Revisited: Model dan garis spektral helium. Peterson, C. 5, 2016, Jurnal penyelidik muda, Vol. 30, hlm. 32-35.
  5. Jurnal Pendidikan kimia. JR Appling, FJ Yonke, RA Edgington, dan S. Jacobs. 3, 1993, Jil. 70, hlm. 250-251.

Fisika modern – apa yang dipelajari juga cabangnya
Tegangan normal: terdiri dari apa, bagaimana cara menghitungnya, contoh
Permitivitas listrik – apa itu, rumus, percobaan
Kalor sensibel: konsep, rumus, dan latihan yang diselesaikan