Penjelasan tentang struktur atom yang lebih lengkap diperlukan untuk

mengetahui struktur yang lebih detil tentang elektron di dalam atom. Model atom

yang lengkap harus dapat menerangkan misteri efek Zeeman dan sesuai untuk

atom berelektron banyak. Dua gejala ini tidak dapat diterangkan oleh model atom

Bohr.

Efek Zeeman

Spektrum garis atomik teramati saat arus listrik dialirkan melalui gas di dalam

sebuah tabung lecutan gas. Garis-garis tambahan dalam spektrum emisi

teramati jika atom-atom tereksitasi diletakkan di dalam medan magnet luar. Satu

garis di dalam spektrum garis emisi terlihat sebagai tiga garis (dengan dua garis

tambahan) di dalam spektrum apabila atom diletakkan di dalam medan magnet.

Terpecahnya satu garis menjadi beberapa garis di dalam medan magnet dikenal

sebagai efek Zeeman.

pemisahan garis spektrum atomik di dalam medan magnet

Efek Zeeman tidak dapat dijelaskan menggunakan model atom Bohr. Dengan

demikian, diperlukan model atom yang lebih lengkap dan lebih umum yang dapat

menjelaskan efek Zeeman dan spektrum atom berelektron banyak.

Model Atom Mekanika Kuantum

Sebelumnya kita sudah membahas tentang dualisme gelombang-partikel yang

menyatakan bahwa sebuah objek dapat berperilaku baik sebagai gelombang

maupun partikel. dalam skala atomik, elektron dapat kita tinjau sebagai gejala

gelombang yang tidak memiliki posisi tertentu di dalam ruang. Posisi sebuah

elektron diwakili oleh kebolehjadian atau peluang terbesar ditemukannya

elektron di dalam ruang.

Demi mendapatkan penjelasan yang lengkap dan umum dari struktur atom,

prinsip dualisme gelombang-partikel digunakan. Di sini gerak elektron

digambarkan sebagai sebuah gejala gelombang. Persamaan dinamika Newton

yang sedianya digunakan untuk menjelaskan gerak elektron digantikan oleh

persamaan Schrodinger yang menyatakan fungsi gelombang untuk elektron.

Model atom yang didasarkan pada prinsip ini disebut model atom mekanika

kuantum.

posisi dan keberadaan elektron di dalam atom dinyatakan sebagai peluang terbesar

elektron di dalam atom

Persamaan Schrodinger untuk elektron di dalam atom dapat memberikan solusi

yang dapat diterima apabila ditetapkan bilangan bulat untuk tiga parameter yang

berbeda yang menghasilkan tiga bilangan kuantum. Ketiga bilangan kuantum ini

adalah bilangan kuantum utama, orbital, dan magnetik. Jadi, gambaran elektron

di dalam atom diwakili oleh seperangkat bilangan kuantum ini.

Bilangan Kuantum Utama

Dalam model atom Bohr, elektron dikatakan berada di dalam lintasan stasioner

dengan tingkat energi tertentu. Tingkat energi ini berkaitan dengan bilangan

kuantum utama dari elektron. Bilangan kuantum utama dinyatakan dengan

lambang n sebagaimana tingkat energi elektron pada lintasan atau kulit ke-n.

untuk atom hidrogen, sebagaimana dalam model atom Bohr, elektron pada kulit

ke-n memiliki energi sebesar

Adapun untuk atom berelektron banyak (terdiri atas lebih dari satu

elektron), energi elektron pada kulit ke-n adalah

Dimana Z adalah nomor atom. Nilai-nilai bilangan kuantum

utama n adalah bilangan bulat mulai dari 1.

n = 1, 2, 3, 4, ….

Bisa dikatakan bahwa bilangan kuantum utama berkaitan dengan kulit elektron di

dalam atom. Bilangan kuantum utama membatasi jumlah elektron yang dapat

menempati satu lintasan atau kulit berdasarkan persamaan berikut.

Jumlah maksimum elektron pada kulit ke-n adalah 2n2

Bilangan Kuantum Orbital

Elektron yang bergerak mengelilingi inti atom memiliki momentum sudut. Efek

Zeeman yang teramati ketika atom berada di dalam medan magnet berkaitan

dengan orientasi atau arah momentum sudut dari gerak elektron mengelilingi inti

atom. Terpecahnya garis spektum atomik menandakan orientasi momentum

sudut elektron yang berbeda ketika elektron berada di dalam medan magnet.

Tiap orientasi momentum sudut elektron

memiliki tingkat energi yang berbeda. Meskipun kecil perbedaan tingkat energi

akan teramati apabila atom berada di dalam medan magnet. Momentum sudut

elektron dapat dinyatakan sebagai

Dimana

Bilangan l disebut bilangan kuantum orbital. Jadi, bilangan kuantum

orbital lmenentukan besar momentum sudut elektron. Nilai bilangan kuantum

orbitall adalah

l = 0, 1, 2, 3, … (n – 1)

misalnya, untuk n = 2, nilai l yang diperbolehkan adalah l = 0 dan l = 1.

Bilangan Kuantum Magnetik

Momentum sudut elektron L merupakan sebuah vektor. Jika vektor momentum

sudut L diproyeksikan ke arah sumbu yang tegak atau sumbu-z secara tiga

dimensi akan didapatkan besar komponen momentum sudut arah sumbu-z

dinyatakan sebagai Lz. bilangan bulat yang berkaitan dengan besar Lz adalah m.

bilangan ini disebut bilangan kuantum magnetik. Karena besar Lz bergantung

pada besar momentum sudut elektron L, maka nilai mjuga berkaitan dengan

nilai l.

m = −l, … , 0, … , +l

misalnya, untuk nilai l = 1, nilai m yang diperbolehkan adalah −1, 0, +1.

Gambar

Bilangan Kuantum Spin

Bilangan kuantum spin diperlukan untuk menjelaskan efek Zeeman anomali.

Anomali ini berupa terpecahnya garis spektrum menjadi lebih banyak garis

dibanding yang diperkirakan. Jika efek Zeeman disebabkan oleh adanya medan

magnet eksternal, maka efek Zeeman anomali disebabkan oleh rotasi dari

elektron pada porosnya. Rotasi atau spin elektron menghasilkan momentum

sudut intrinsik elektron. Momentum sudut spin juga mempunyai dua orientasi

yang berbeda, yaitu spin atas dan spin bawah. Tiap orientasi spin elektron

memiliki energi yang berbeda tipis sehingga terlihat sebagai garis spektrum yang

terpisah.

garis spektra atom yang terpisah di dalam medan magnet berasal dari spin elektron

Spin elektron diwakili oleh bilangan kuantum tersendiri yang disebut bilangan

kuantum magnetik spin (atau biasa disebut spin saja). Nilai bilangan kuantum

spin hanya boleh satu dari dua nilai +½ atau −½. jika msadalah bilangan kuantum

spin, komponen momentum sudut arah sumbu-z dituliskan sebagai

Sz = msћ

Dimana

Spin ke atas dinyatakan dengan

Spin ke bawah dinyatakan dengan

Atom Berelektron Banyak

Model atom mekanika kuantum dapat digunakan untuk menggambarkan struktur

atom untuk atom berelektron banyak. Posisi atau keadaan elektron di dalam

atom dapat dinyatakan menggunakan seperangkat (empat) bilangan kuantum.

Misalnya, elektron dengan bilangan kuantum n = 2, l = 1,m = −1 dan ms = −½

menyatakan sebuah elektron pada kulit L, subkulit p, orbital −1 dengan arah spin

ke bawah.

PERCOBAAN EFEK ZEEMAN

Kusnanto Mukti W

Fakutas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas

Sebelas Maret

ABSTRAK

Efek Zeeman adalah gejala tambahan garis-garis spektrum jika atom-atom tereksitasi diletakan dalam medan magnet (terpecahnya garis spektral oleh medan magnetik). Dalam medan magnetik, energi keadaan atomik tertentu bergantung pada harga ml seperti juga pada n. Keadaan dengan bilangan kuantum total n terpecah menjadi beberapa sub-keadaan jika atom itu berada dalam medan magnetik, dan energinya bisa sedikit lebih besar atau lebih kecil dari keadaan tanpa medan magnetik. Gejala itu menyebabkan “terpecahnya” garis spektrum individual menjadi garis-garis terpisah jika atom dipancarkan ke dalam medan magnetik, dengan jarak antara garis bergantung dari besar medan itu. Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mempelajari prinsip Efek Zeeman serta mengamati Efek Zeeman unutk menentukan magneton Bohr Elektron. Alat yang digunkan dalam percobaan ini yaitu seperangkat alat percobaan Efek Zeeman yang terdiri dari lampu Cd, Fabry Perot Etalon, Analyzer, layar dengan skala, Rotating Table, lilitan/kumparan power supply, kapasitor, dan amperemeter. Dari hasil percobaan diperoleh nilai magneton Bohr Elektron μb = 9.6454×10-24 T

Kata kunci : Efek Zeeman, medan magnetik, magneton bohr elektron.

I. PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Dalam magnet energi keadaaan atomik bergantung pada harga n seperti

juga n, keadaan bergantung dengan bilangan bilangan kuantum total n

terpecah menjadi beberapa sub keadaan jika atom itu berada dalam medan

magnetik dan energinya bisa sedikit lebih besar atau lebih kecil dari keadaan

tanpa medan magnetik gejala itu menyebabkan terpecahnya garis spektrum

individual menjadi garis – garis terpisah jika atom dipancarkan kedalam

medan magnetik dengan jarak antara garis bergantung dari besar medan itu

Efek zeeman ialah pemisahan jalur spektral tunggal dari sebuah spektrum

menjadi komponen komponen 3 atau lebih yang terpolarisasi atau gejala –

gejala spektrum jika atom-atom tereksitasi diletakan dalam medan

magnet .Efek zeeman diambil dari nama fisikawan belanda zeemann yang

mengamati efek itu pada tahun 1896

Efek zeeman tidak dapat dijelaskan dengaan menggunakan atom bohr

dengan demikian diperlukan model atom yang lebih lengkap dan lebih

umum untuk menjelaskan efek zeeman dan spektrum elektron banyak(faisal

gifar,2010). Gerak magneton elektron orbital dalam sebuah atom hidrogen

bergantung terhadap momen sudut L.

B. TINJAUAN PUSTAKA

Dalam medan magnetik, energi keadaan atomik tertentu bergantung pada

harga ml seperti juga pada n. Keadaan dengan bilangan kuantum total n

terpecah menjadi beberapa sub-keadaan jika atom itu berada dalam medan

magnetik, dan energinya bisa sedikit lebih besar atau lebih kecil dari

keadaan tanpa medan magnetik. Gejala itu menyebabkan “terpecahnya”

garis spektrum individual menjadi garis-garis terpisah jika atom dipancarkan

ke dalam medan magnetik, dengan jarak antara garis bergantung dari besar

medan itu. Efek Zeeman adalah gejala tambahan garis-garis spektrum jika

atom-atom tereksitasi diletakan dalam medan magnet (terpecahnya garis

spektral oleh medan magnetik). Efek Zeeman, nama ini diambil dari nama

seorang fisikawan Belanda Zeeman yang mengamati efek itu pada tahun

1896.

Suatu elektron bermassa m bergerak dalam suatu orbit berjari-jari r dengan frekuensi f dan momentum sudut elektron L. Gerakan elektron ini menghasilkan arus. Gerakan elektron ini juga menimbulkan medan magnetikmaka pada kejadian ini muncul momen magnetik

Efek Zeeman (IPA [zeɪmɑn]) adalah pemisahan sebuah garis spektrum menjadi beberapa komponen disebabkan oleh adanya medan magnet. Efek ini analog dengan efek Stark, pemisahan sebuah garis spektral menjadi beberapa komponen karena adanya medan listrik.

Sementara efek Zeeman di beberapa atom (misalnya hidrogen ) menunjukkan triplet sama-spasi yang diharapkan, dalam atom lain medan magnet membagi garis menjadi empat, enam, atau garis bahkan lebih dan beberapa kembar tiga menunjukkan jarak yang lebih luas dari yang diharapkan. Penyimpangan ini diberi label "efek Zeeman anomali" dan sangat membingungkan para peneliti awal.Penjelasan dari pola-pola yang berbeda dari pemecahan memberikan wawasan tambahan efek spin elektron . Dengan masuknya spin elektron dalam momentum sudut jumlah , jenis lain dari multiplet merupakan bagian dari gambaran yang konsisten. Jadi apa yang telah historis disebut "anomali" efek Zeeman adalah benar-benar efek Zeeman normal ketika elektron berputar disertakan.