Spektrum atom

Spektrum garis, bukan pelangi kontinu

Benda panas yang rapat dapat menghasilkan spektrum hampir kontinu, sedangkan gas atom encer yang tereksitasi menghasilkan garis emisi tajam. Bila cahaya kontinu melewati gas atom yang lebih dingin, transisi yang sama tampak sebagai garis absorpsi gelap.

Emisi dan absorpsi adalah dua arah dari sistem tingkat energi yang sama. Elektron yang turun memancarkan foton; elektron hanya dapat naik bila menyerap foton dengan energi yang tepat sama dengan selisih tingkat.

Hidrogen dan hubungan Rydberg

Untuk hidrogen, panjang gelombang ideal mengikuti hubungan Rydberg: 1/λ = R_H(1/n_rendah² − 1/n_tinggi²). Transisi 3→2 memberi Hα sekitar 656 nm dan 4→2 memberi Hβ sekitar 486 nm; keduanya termasuk deret Balmer.

Kalkulator transisi hidrogen

Ubah bilangan kuantum utama awal dan akhir untuk menghitung panjang gelombang dalam model hidrogen terisolasi. Pengukuran nyata juga memuat struktur halus dan pelebaran garis, sehingga nilai ini berfungsi sebagai acuan.

Pelebaran garis pada pengukuran nyata

Garis nyata tidak memiliki lebar nol. Gerak termal menimbulkan pelebaran Doppler, tumbukan menimbulkan pelebaran tekanan, umur keadaan tereksitasi yang terbatas menimbulkan lebar alami, dan resolusi instrumen juga menambah lebar teramati.

Batas deret mengungkap energi ionisasi

Ketika n_tinggi menjadi sangat besar, garis-garis dalam satu deret semakin rapat dan mendekati ambang kontinu. Energi pada batas deret terkait dengan energi yang diperlukan untuk membawa elektron dari keadaan terikat ke keadaan bebas, sehingga spektrum dapat menentukan ambang ionisasi.

Spektrum atom berelektron banyak

Atom berelektron banyak tidak dapat dijelaskan hanya dengan skala 1/n² seperti hidrogen. Tolakan elektron–elektron, penyarungan, momentum sudut orbital, dan kopling spin–orbit memecah tingkat energi; aturan seleksi menentukan transisi mana yang kuat, lemah, atau terlarang dalam pendekatan ideal.

Akibatnya spektrum dapat padat tetapi tidak acak. Setiap garis yang teridentifikasi menghubungkan dua keadaan kuantum, dan analisis banyak garis secara konsisten memungkinkan rekonstruksi struktur tingkat energi.

Dari panjang gelombang ke identifikasi kimia

Spektrometer, kalibrasi, dan daya pisah

Spektrometer memisahkan panjang gelombang dan merekam intensitas. Pengukuran kuantitatif memerlukan kalibrasi sumbu panjang gelombang dengan garis standar serta informasi daya pisah; satu puncak yang belum terurai dapat sebenarnya terdiri dari beberapa transisi yang berdekatan.

Spektrum atom dan spektrum molekul

Atom terisolasi terutama memberi garis elektronik diskret. Molekul juga memiliki derajat bebas rotasi dan vibrasi, sehingga satu transisi elektronik dapat diiringi banyak keadaan vibrasi–rotasi dan membentuk pita. Membedakan garis atom dari pita molekul merupakan langkah analitik dasar.

Uji nyala dan identifikasi laboratorium

Nyala dapat mengeksitasi atom beberapa logam dan menghasilkan warna khas, misalnya emisi kuning natrium yang kuat. Namun warna mata hanyalah penyaringan awal; identifikasi yang lebih kuat memerlukan kecocokan beberapa panjang gelombang karakteristik.

Membaca spektrum sebagai data

Jangan hanya menanyakan apakah sebuah garis ada. Posisi menjawab selisih energi, intensitas dipengaruhi populasi dan probabilitas transisi, lebar membawa informasi dinamika dan tumbukan, sedangkan pergeseran seluruh pola dapat menunjukkan gerak relatif.

Unsur yang sama mempertahankan pola transisi dasarnya, tetapi bentuk dan intensitas garis dapat berubah dengan kondisi. Identifikasi unsur dan diagnosis lingkungan harus dipisahkan sebagai dua pertanyaan.

Latihan

1. Deret Balmer

Transisi 4→2 pada hidrogen termasuk deret apa?

2. Emisi dan absorpsi

Panjang gelombang yang sama tampak sebagai garis terang pada satu eksperimen dan garis gelap pada eksperimen lain. Apakah bertentangan?

3. Lebar garis

Sebutkan satu mekanisme yang melebarkan garis spektrum eksperimen.