Spektra Garis & Tingkat Energi Atom — Kimia Kelas 11–12

Setelah ini kamu bisa menjelaskan spektra garis atom sebagai bukti elektron pindah antar tingkat energi kuantisasi saat menyerap dan memancarkan foton.

Lampu natrium jalan berwarna kuning, neon toko berwarna merah, lampu halida logam stadion berwarna putih terang — tiap unsur memancarkan warna khasnya saat tereksitasi. Lewat prisma, cahaya itu pecah bukan jadi pelangi kontinu, melainkan deretan garis-garis terang pada panjang gelombang tertentu. Inilah spektrum garis, sidik jari unsur. Mengapa hanya garis-garis, bukan kontinu? Jawabannya ada di tingkat energi elektron yang kuantisasi. Coba pilah di bawah.

Baca tiap pernyataan, lalu pilah yang merupakan ciri jenis spektrum yang sesuai, kemudian tekan Periksa.

Dua jenis spektrum

Spektrum adalah hasil penguraian cahaya menjadi komponen panjang gelombangnya, lazimnya lewat prisma atau kisi. Ada dua jenis utama. Spektrum kontinu memuat semua panjang gelombang tanpa celah, seperti pelangi dari cahaya matahari atau cahaya lampu pijar. Spektrum garis (emisi) berupa deretan garis terang pada panjang gelombang tertentu, dipisah celah gelap. Spektrum garis dihasilkan oleh atom atau ion gas tereksitasi, dan pola garisnya khas untuk tiap unsur.

Spektrum garis adalah spektrum emisi yang berupa deretan garis terang pada panjang gelombang diskret, dihasilkan atom tereksitasi saat elektron kembali ke tingkat energi lebih rendah. Kuantisasi energi berarti elektron hanya boleh berada pada tingkat energi tertentu, bukan nilai sembarang.

Pasangkan peristiwa dengan jenis spektrumnya.

Tingkat energi kuantisasi

Menurut model Bohr, elektron atom hanya boleh berada pada tingkat energi tertentu yang dibedakan oleh bilangan kuantum utama $n$ . Elektron tidak bisa menempati energi di antaranya. Saat atom menerima energi (listrik, panas, cahaya), sebuah elektron bisa melompat ke tingkat lebih tinggi — ini disebut keadaan tereksitasi. Keadaan ini tidak stabil. Elektron segera kembali ke tingkat lebih rendah dan kelebihan energi dilepas sebagai foton cahaya.

Sorot ciri spektra garis.

Energi foton dan rumus

Energi foton yang dipancarkan sama dengan selisih energi antara dua tingkat: $\Delta E = E_{\text{tinggi}} - E_{\text{rendah}}$ . Karena tiap unsur punya susunan tingkat energi berbeda, selisihnya juga berbeda, sehingga panjang gelombang garisnya khas. Hubungan energi dan panjang gelombang: $E = h \cdot c / \lambda$ , dengan $h$ konstanta Planck. Inilah mengapa lampu natrium selalu kuning dan neon selalu merah — sidik jari unsur.

Susun langkah emisi foton.

Bayangkan elektron seperti penghuni gedung bertingkat yang lantainya sudah ditentukan (lantai 1, 2, 3 — tidak ada lantai 1,5). Saat dia dapat energi, dia naik ke lantai lebih tinggi tapi tak bisa betah lama. Begitu dia turun ke lantai di bawahnya, dia “mengembalikan” persis selisih ketinggian itu sebagai cahaya (foton). Karena tiap gedung (unsur) punya denah lantai berbeda, cahaya yang keluar juga berbeda — itulah sidik jari spektral.

Coba dulu di kertas, baru buka.

Soal. Sebuah elektron melompat dari tingkat energi $-5,0$ eV ke $-2,0$ eV, lalu kembali ke $-5,0$ eV. Berapa energi foton yang dipancarkan saat elektron kembali?

Selisih energi antar tingkat: $\Delta E = -2,0 - (-5,0) = 3,0$ eV.

Saat elektron kembali, foton yang dipancarkan memiliki energi sama dengan selisih: $3,0$ eV.

Jebakan: mengira semua cahaya menghasilkan spektrum garis. Yang benar: benda padat atau cair yang dipanaskan sampai pijar menghasilkan spektrum kontinu (semua panjang gelombang). Hanya atom atau ion gas tereksitasi yang menghasilkan spektrum garis. Jadi lampu pijar kontinu, lampu neon garis.

Jebakan: menyangka elektron bisa berada pada energi apa pun. Yang benar: energi elektron dalam atom terkuantisasi — hanya nilai-nilai tertentu (tingkat) yang diizinkan. Itulah mengapa hanya garis-garis panjang gelombang tertentu yang muncul, bukan kontinu.

Spektrum garis: deretan garis terang pada panjang gelombang diskret.
Dihasilkan atom gas tereksitasi; khas tiap unsur (sidik jari).
Akar: tingkat energi elektron terkuantisasi.
Emisi: elektron turun tingkat, melepas foton.
Energi foton = selisih tingkat energi.