Seri Balmer: Garis Spektral Hidrogen yang Terlihat
1 · Memprediksi
Sebuah elektron dalam atom hidrogen turun dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat n = 2, memancarkan foton (deret Balmer — satu-satunya garis hidrogen yang terlihat oleh mata manusia). Apakah panjang gelombang yang dipancarkan bergantung pada tingkat permulaan elektron?
- Ya — level awal yang berbeda memberikan panjang gelombang yang berbeda dan berjarak berbeda (garis Balmer Hα, Hβ, Hγ...).
- Tidak — setiap transisi ke n = 2 memancarkan panjang gelombang yang sama.
- Panjang gelombang dapat berupa apa pun dalam rentang kontinu, bukan nilai diskrit.
2 · Pengaturan
- Buka preset balmer-alpha dan tekan Reset. Transisi default preset ini adalah n = 3 → n = 2 (Hα, garis Balmer merah).
- Aktifkan pembacaan panjang gelombang yang dipancarkan.
- Tetapkan tingkat energi awal n_initial untuk setiap percobaan (turun ke n_final = 2 ) dan catat panjang gelombang yang dipancarkan.
3 · Kumpulkan Data
| Tingkat awal n_i | Panjang gelombang yang dipancarkan λ (nm) |
|---|---|
| 3 | |
| 4 | |
| 5 |
Plot 1/λ (sumbu y) terhadap 1/n_i² (sumbu x) untuk ketiga percobaan Anda. Apakah garisnya lurus?
4 · Analisis
- Untuk satu percobaan, hitung 1 /λ = R(1/n_f² − 1 /n_i²) menggunakan konstanta Rydberg R = 1.097×10⁷ m⁻¹ dan n_f = 2 . Bandingkan dengan tabel.
- Jelaskan mengapa panjang gelombang menjadi lebih pendek (energi lebih tinggi) seiring bertambahnya n_i, tetapi jarak antara garis-garis yang berurutan (Hα, Hβ, Hγ) menyusut — garis-garis tersebut menyatu menuju batas seri daripada menyebar tanpa batas.
5 · Perluas
- Deret Balmer adalah satu-satunya deret hidrogen yang termasuk dalam spektrum tampak (kira-kira 400–700 nm) — itulah sebabnya deret Balmer merupakan deret yang pertama kali ditemukan secara historis, oleh Johann Balmer pada tahun 1885, sebelum teori atom yang mendasarinya ada. Jelaskan mengapa deret Lyman (turun ke n = 1) dan deret Paschen (turun ke n = 3) berada di luar cahaya tampak.
- Para astronom mengidentifikasi hidrogen di bintang-bintang jauh dengan mendeteksi panjang gelombang Balmer yang tepat dalam spektrum cahaya bintang. Jelaskan mengapa temuan panjang gelombang Balmer-alpha yang bergeser (tidak tepat) dalam spektrum bintang memberi tahu para astronom bahwa bintang tersebut bergerak relatif terhadap Bumi (efek Doppler).
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Rumus Rydberg (Model Bohr)
Panjang gelombang cahaya yang dipancarkan ketika elektron hidrogen turun dari level n_i ke n_f mengikuti 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²), dengan R adalah konstanta Rydberg — konsekuensi langsung dari tingkat energi terkuantisasi model Bohr.