Lithium

Lithium (from Greek
lithos 'stone') is a soft,
silver-white metal with
symbol Li and atomic
number 3. It belongs to
the alkali metal group of
chemical elements.
Under standard
conditions it is the
lightest metal and the
least dense solid
element. Like all alkali
metals, lithium is highly
reactive and flammable.
For this reason, it is
typically stored in
mineral oil. When cut
open, lithium exhibits a
metallic luster, but
contact with moist air
corrodes the surface
quickly to a dull silvery
gray, then black tarnish.
Because of its high
reactivity, lithium never
occurs freely in nature,
and instead, only appears
in compounds, which are
usually ionic . Lithium
occurs in a number of
pegmatitic minerals, but
due to its solubility as an
ion is present in ocean
water and is commonly
obtained from brines and
clays . On a commercial
scale, lithium is isolated
electrolytically from a
mixture of lithium
chloride and potassium
chloride .
The nuclei of lithium
verge on instability, since
the two stable lithium
isotopes found in nature
have among the lowest
binding energies per
nucleon of all stable
nuclides . Because of its
relative nuclear
instability, lithium is less
common in the solar
system than 25 of the
first 32 chemical
elements even though the
nuclei are very light in
atomic weight. [1] For
related reasons, lithium
has important links to
nuclear physics. The
transmutation of lithium
atoms to helium in 1932
was the first fully man-
made nuclear reaction ,
and lithium-6 deuteride
serves as a fusion fuel in
staged thermonuclear
weapons .[2]
Lithium and its
compounds have several
industrial applications,
including heat-resistant
glass and ceramics, high
strength-to-weight alloys
used in aircraft, lithium
batteries and lithium-ion
batteries. These uses
consume more than half
of lithium
production. [citation needed ]
Trace amounts of lithium
are present in all
organisms. The element
serves no apparent vital
biological function, since
animals and plants
survive in good health
without it. Nonvital
functions have not been
ruled out. The lithium
ion Li+ administered as
any of several lithium
salts has proved to be
useful as a mood-
stabilizing drug in the
treatment of bipolar
disorder , due to
neurological effects of
the ion in the human
body.
Properties
Main article: Alkali metal
Atomic and physical
Lithium pellets
covered in white
lithium hydroxide
(left) and ingots with
a thin layer of black
oxide tarnish (right)
Like the other alkali
metals , lithium has a
single valence electron
that is easily given up to
form a cation .[3]
Because of this, it is a
good conductor of heat
and electricity as well as
a highly reactive
element, though the least
reactive of the alkali
metals. Lithium's low
reactivity compared to
other alkali metals is due
to the proximity of its
valence electron to its
nucleus (the remaining
two electrons are in
lithium's 1s orbital and
are much lower in
energy, and therefore
they do not participate in
chemical bonds). [3]
Lithium metal is soft
enough to be cut with a
knife. When cut, it
possesses a silvery-white
color that quickly
changes to gray due to
oxidation. [3] While it has
one of the lowest melting
points among all metals
(180 °C), it has the
highest melting and
boiling points of the
alkali metals. [4]
It is the lightest metal in
the periodic table, so
light that it can float on
water and even on oil,
and it is one of three
metals that can (the
other two are sodium
and potassium). It has a
very low density, of
approximately 0.534 g/
cm 3 , which gives sticks
of the metal a similar
heft to dowels of a
medium density wood,
such as pine. It floats on
water but also reacts
with it. [3]
Lithium floating in oil
It is the least dense of all
elements that are not
gases at room
temperature. The next
lightest element is over
60% more dense
(potassium, at 0.862 g/
cm 3 ). Furthermore, aside
from helium and
hydrogen, it is the least
dense element in a solid
or liquid state, being
only 2/3 as dense as
liquid nitrogen (0.808 g/
cm 3 ).[note 1][5]
Lithium's coefficient of
thermal expansion is
twice that of aluminium
and almost four times
that of iron. [6] It has the
highest specific heat
capacity of any solid
element. Lithium is
superconductive below
400 μK at standard
pressure [7] and at higher
temperatures (more than
9 K) at very high
pressures (>20 GPa) [8] At
temperatures below 70
K, lithium, like sodium,
undergoes diffusionless
phase change
transformations. At 4.2 K
it has a rhombohedral
crystal system (with a
nine-layer repeat
spacing); at higher
temperatures it
transforms to face-
centered cubic and then
body-centered cubic. At
liquid-helium
temperatures (4 K) the
rhombohedral structure
is the most prevalent. [9]
Multiple allotropic forms
have been reported for
lithium at high pressures.
[10]
Because of its specific
heat capacity, the highest
of all solids, lithium
metal is often used in
coolants for heat
transfer applications. [11]
Chemistry and
compounds
Lithium reacts with water
easily, but with
noticeably less energy
than other alkali metals
do. The reaction forms
hydrogen gas and lithium
hydroxide in aqueous
solution. [3] Because of
its reactivity with water,
lithium is usually stored
under cover of a viscous
hydrocarbon, often
petroleum jelly . Though
the heavier alkali metals
can be stored in less
dense substances, such
as mineral oil , lithium is
not dense enough to be
fully submerged in these
liquids. [12] In moist air,
lithium rapidly tarnishes
to form a black coating
of lithium hydroxide
(LiOH and LiOH·H 2O),
lithium nitride (Li3 N) and
lithium carbonate
(Li2 CO 3 , the result of a
secondary reaction
between LiOH and CO 2 ).
[13]
Hexameric structure
of the n-butyllithium
fragment in a crystal
When placed over a
flame, lithium
compounds give off a
striking crimson color,
but when it burns
strongly the flame
becomes a brilliant
silver. Lithium will ignite
and burn in oxygen when
exposed to water or
water vapors. [14]
Lithium is flammable,
and it is potentially
explosive when exposed
to air and especially to
water, though less so
than the other alkali
metals . The lithium-water
reaction at normal
temperatures is brisk but
not violent, the hydrogen
produced will not ignite
on its own. As with all
alkali metals, lithium
fires are difficult to
extinguish, requiring dry
powder fire
extinguishers, specifically
Class D type (see Types
of extinguishing agents).
Lithium is the only metal
which reacts with
nitrogen under normal
conditions.[15][16]
Lithium has a diagonal
relationship with
magnesium , an element
of similar atomic and
ionic radius . Chemical
resemblances between
the two metals include
the formation of a
nitride by reaction with
N 2 , the formation of an
oxide (Li2 O) and
peroxide (Li 2 O 2) when
burnt in O 2 , salts with
similar solubilities , and
thermal instability of the
carbonates and nitrides.
[13][17] The metal reacts
with hydrogen gas at
high temperatures to
produce lithium hydride
(LiH). [18]
Other known binary
compounds include the
halides ( LiF , LiCl, LiBr ,
LiI ), and the sulfide (Li2 S
), the superoxide ( LiO 2),
carbide (Li2 C 2 ). Many
other inorganic
compounds are known,
where lithium combines
with anions to form
various salts: borates,
amides, carbonate ,
nitrate , or borohydride
(LiBH 4 ). Multiple
organolithium reagents
are known where there is
a direct bond between
carbon and lithium atoms
effectively creating a
carbanion . These are
extremely powerful bases
and nucleophiles. In
many of these
organolithium
compounds, the lithium
ions tend to aggregate
into high-symmetry
clusters by themselves,
which is relatively
common for alkali
cations. [19]
Isotopes
Main article: Isotopes of
lithium
Naturally occurring
lithium is composed of
two stable isotopes , 6 Li
and 7Li, the latter being
the more abundant
(92.5% natural
abundance). [3][12][20]
Both natural isotopes
have anomalously low
nuclear binding energy
per nucleon compared to
the next lighter and
heavier elements, helium
and beryllium, which
means that alone among
stable light elements,
lithium can produce net
energy through nuclear
fission . The two lithium
nuclei have lower binding
energies per nucleon
than any other stable
nuclides other than
deuterium and helium-3 .
[21] As a result of this,
though very light in
atomic weight, lithium is
less common in the solar
system than 25 of the
first 32 chemical
elements. [1] Seven
radioisotopes have been
characterized, the most
stable being 8 Li with a
half-life of 838 ms and
9 Li with a half-life of
178 ms. All of the
remaining radioactive
isotopes have half-lives
that are shorter than
8.6 ms. The shortest-
lived isotope of lithium is
4 Li, which decays
through proton emission
and has a half-life of 7.6
× 10 −23 s. [22]
7 Li is one of the
primordial elements (or,
more properly,
primordial nuclides)
produced in Big Bang
nucleosynthesis. A small
amount of both 6Li and
7 Li are produced in
stars, but are thought to
be burned as fast as
produced. [23] Additional
small amounts of lithium
of both 6 Li and

Helium

Helium
Penampi
gas tak berwarna, akan
merah-jingga keti
pada medan listri
tingg
Spectral lines
Ciri-ciri u
Nama, lambang ,
Nomor atom
Dibaca /ˈ h iː
Jenis unsur
Golongan,
periode, blok
Massa atom
standar
Konfigurasi
elektron
Sifat fis
Fase
Massa jenis (0
Massa jenis
cairan pada t.l.
Massa jenis
cairan pada t.d.
Titik lebur (at
−272
Titik didih 4.2
Titik kritis 5.
Kalor peleburan 0
Kalor penguapan 0
Kapasitas kalor 5 R /2
Tekanan uap (defin
P (Pa) 110 100 1
at T (K) 1.231.67
Sifat at
Elektronegativitas no d
Energi ionisasi perta
ke-2
Jari-jari kovalen
Jari-jari van der
Waals
Lain-la
Struktur kristal hexa
Pembenahan
magnetik
Konduktivitas
termal
0.1
Kecepatan suara
Nomor CAS
Isotop palin
Artikel utama: Isot
iso NA Wa
pa
3He 0.000137%* H
4He 99.999863%* H
*Nilai atmosfer,
berbeda-beda di b
l • b •
· r
Helium (He) adalah
unsur kimia yang tak
berwarna, tak berbau,
tak berasa, tak beracun,
hampir inert, berupa gas
monatomik, dan
merupakan unsur
pertama pada golongan
gas mulia dalam tabel
periodik dan memiliki
nomor atom 2. Titik
didih dan titik lebur gas
ini merupakan yang
terendah di antara semua
unsur. Helium berwujud
hanya sebagai gas
terkecuali pada kondisi
yang sangat ekstrem.
Kondisi ekstrem juga
diperlukan untuk
menciptakan sedikit
senyawa helium, yang
semuanya tidak stabil
pada suhu dan tekanan
standar. Helium memiliki
isotop stabil kedua yang
langka yang disebut
helium-3. Sifat dari
cairan varitas helium-4 ;
helium I dan helium II;
penting bagi para periset
yang mempelajari
mekanika kuantum
(khususnya dalam
fenomena superfluiditas)
dan bagi mereka yang
mencari efek mendekati
suhu nol absolut yang
dimiliki materi (seperti
superkonduktivitas ).
Helium adalah unsur
kedua terbanyak dan
kedua teringan di jagad
raya , mencakupi 24%
massa keunsuran total
alam semesta dan 12 kali
jumlah massa
keseluruhan unsur berat
lainnya. Keberlimpahan
helium yang sama juga
dapat ditemukan pada
Matahari dan Yupiter. Hal
ini dikarenakan tingginya
energi pengikatan inti
(per nukleon) helium-4
berbanding dengan tiga
unsur kimia lainnya
setelah helium. Energi
pengikatan helium-4 ini
juga bertanggung jawab
atas keberlimpahan
helium-4 sebagai produk
fusi nuklir maupun
peluruhan radioaktif.
Kebanyakan helium di
alam semesta ini berupa
helium-4, yang dipercaya
terbentuk semasa
Ledakan Dahsyat .
Beberapa helium baru
juga terbentuk lewat fusi
nuklir hidrogen dalam
bintang semesta.
Nama "helium" berasal
dari nama dewa Matahari
Yunani Helios . Pada
1868 , astronom Perancis
Pierre Jules César Janssen
mendeteksi pertama kali
helium sebagai tanda
garis spektral kuning tak
diketahui yang berasal
dari cahaya gerhana
matahari. Secara formal,
penemuan unsur ini
dilakukan oleh dua orang
kimiawan Swedia Per
Teodor Cleve dan Nils
Abraham Langlet yang
menemukan gas helium
keluar dari bijih uranium
kleveit. Pada tahun 1903,
kandungan helium yang
besar banyak ditemukan
di ladang-ladang gas
alam di Amerika Serikat ,
yang sampai sekarang
merupakan penyedia gas
helium terbesar. Helium
digunakan dalam
kriogenika, sistem
pernapasan laut dalam,
pendinginan magnet
superkonduktor,
"penanggalan helium",
pengembangan balon,
pengangkatan kapal
udara dan sebagai gas
pelindung untuk
kegunaan industri
(seperti "pengelasan
busar") dan penumbuhan
wafer silikon). Menghirup
sejumlah kecil gas ini
akan menyebabkan
perubahan sementara
kualitas suara seseorang.
Di Bumi, gas ini cukup
jarang ditemukan
(0,00052% volume
atmosfer). Kebanyakan
helium yang kita
temukan di bumi
terbentuk dari peluruhan
radioaktif unsur-unsur
berat ( torium dan
uranium ) sebagai partikel
alfa berinti atom
helium-4. Helium
radiogenik ini
terperangkap di dalam
gas bumi dengan
konsentrasi sebagai 7%
volume, yang darinya
dapat diekstraksi secara
komersial menggunakan
proses pemisahan
temperatur rendah yang
disebut distilasi
fraksional.
Sejarah
Penemuan ilmiah
Bukti keberadaan helium
pertama kali terpantau
pada 18 Agustus 1868
berupa garis spektrum
berwarna kuning cerah
ber panjang gelombang
587,49 nanometer yang
berasal dari spektrum
kromosfer Matahari .
Garis spektrum ini
terdeteksi oleh astronom
Perancis Jules Janssen
sewaktu gerhana
matahari total di Guntur,
India .[2][3] Garis
spektrum ini pertama kali
diasumsikan sebagai
natrium . Pada tanggal 20
Oktober tahun yang
sama, astronom Inggris
Norman Lockyer juga
memantau garis kuning
yang sama dalam
spektrum sinar matahari,
yang kemudian dia
namakan garis
Fraunhofer D 3 karena
garis ini berdekatan
dengan garis natrium D 1
dan D2 yang telah
diketahui. [4] Ia
menyimpulkan bahwa
keberadaan garis ini
disebabkan oleh suatu
unsur di Matahari yang
tak diketahui di Bumi.
Lockyer dan seorang
kimiawan Inggris lainnya
Edward Frankland
menamai unsur tersebut
berdasarkan nama Yunani
untuk Matahari ἥλιος
(helios ). [5][6][7]
Garis spektrum
helium
Pada tahun 1882,
fisikawan Italia Luigi
Palmieri mendeteksi
helium di Bumi untuk
pertama kalinya melalui
identifikasi garis
spektrum D 3 helium
ketika ia menganalisa lava
Gunung Vesuvius .[8]
Sir William Ramsay ,
penemu helium Bumi
Pada 26 Maret 1895,
kimiawan Skotlandia Sir
William Ramsay berhasil
mengisolasi helium yang
ada di Bumi dengan
memperlakukan mineral
kleveit dengan berbagai
jenis asam mineral.
Ramsay berusaha
mencari unsur argon,
tetapi setelah
memisahkan nitrogen dan
oksigen dari gas yang
terlepaskan, ia
menemukan garis kuning
cerah yang sama dengan
garis D 3 yang terpantau
dari Matahari.[4][9][10]
[11] Sampel gas ini
kemudian
teridentifikasikan sebagai
helium oleh Lockyer dan
fisikawan Britania
William Crookes. Helium
juga secara terpisah
diisolasi dari mineral
kleveit pada tahun yang
sama oleh kimiawan Per
Teodor Cleve dan
Abraham Langlet di
Uppsala, Swedia, yang
berhasil mengumpulkan
kandungan gas helium
yang cukup untuk secara
akurat menentukan bobot
atomnya .[3][12][13]
Helium juga diisolasi oleh
geokimiawan Amerika
William Francis
Hillebrand sebelum
penemuan Ramsay ketika
ia memperhatikan adanya
garis spektrum tak lazim
manakala ia sedang
menguji sampel mineral
uraninit. Walau demikian,
Hillebrand mengira
bahwa garis spektrum ini
disebabkan oleh
nitrogen. [14]
Pada tahun 1907, Ernest
Rutherford dan Thomas
Royds menunjukkan
bahwa partikel alfa
adalah inti helium
dengan pertama-tama
mengijinkan partikel ini
menembus dinding gelas
tabung vakum yang tipis
dan kemudian
menghasilkan pelucutan
dalam tabung untuk
kemudian dipelajari
spektrum gas yang ada di
dalam tabung tersebut.
Pada tahun 1908, helium
berhasil dijadikan cair
oleh fisikawan Belanda
Heike Kamerlingh Onnes
dengan mendinginkan gas
ini ke temperatur kurang
dari satu kelvin.[15] Ia
mencoba untuk
memadatkan gas ini
dengan menurunkan
temperaturnya lebih
jauh, namun gagal
karena helium tidak
memiliki temperatur titik
tripel di mana padatan,
cairan, dan gas berwujud
dalam kesetimbangan.
Salah seoarang murid
Onnes, Willem Hendrik
Keesom pada akhirnya
berhasil memadatkan
1 cm 3 helium pada
tahun 1926 dengan
memberikan tekanan luar
tambahan. [16]
Pada tahun 1938,
fisikawan Rusia Pyotr
Leonidovich Kapitsa
menemukan bahwa
helium-4 hampir tidak
memiliki viskositas pada
temperatur mendekati
nol mutlak . Fenomena ini
kemudian dikenal dengan
nama superfluiditas. [17]
Fenomene ini berkaitan
dengan kondensasi Bose-
Einstein . Pada tahun
1972, fenomena yang
sama juga terpantau
pada helium-3 namun
pada temperatur yang
lebih rendah dan lebih
mendekati nol mutlak
oleh fisikawan Amerika
Douglas D. Osheroff,
David M. Lee , dan Robert
C. Richardson. Fenomena
superfluiditas yang
terpantau pada helium-3
ini diperkirakan berkaitan
dengan pemasangan
fermion helium-3 untuk
membentuk boson , sama
dengan analogi pasangan
Cooper elektron
menghasilkan
superkonduktivitas .[18]
Ekstraksi dan
penggunaan helium
Setelah operasi
pengeboran minyak di
Dexter, Kansas pada
tahun 1903 yang
menghasilkan geyser gas
yang tidak dapat dibakar,
seorang geolog Kansas
Erasmus Haworth
kemudian mengumpulkan
sampel gas yang keluar
untuk diuji komposisinya
di Universitas Kansas di
Lawrence dengan
bantuan kimiawan
Hamilton Cady dan David
McFarland. Ia
menemukan bahwa gas
tersebut terdiri dari
(berdasarkan volumenya)
72% nitrogen, 15%
metana (hanya dapat
terbakar dengan
kandungan oksigen yang
cukup), 1% hidrogen, dan
12% gas yang tak
teridentifikasi. [3][19]
Dalam analisa lebih
lanjut, Cady dan
McFarland menemukan
bahwa 1,84% sampel gas
tersebut adalah helium.
[20][21] Hasil analisa ini
menunjukkan bahwa
walaupun helium secara
keseluruhannya sangat
langka di Bumi, zat ini
terkonsentrasi dalam
jumlah yang besar di
dalam Dataran Amerika
dan dapat diekstraksi
sebagai hasil samping gas
alam. [22]
Penemuan ini kemudian
menjadikan Amerika
Serikat sebagai penyuplai
gas helium terbesar di
dunia. Mengikuti saran
Sir Richard Threlall,
Angkatan Laut Amerika
Serikat mensponsori tiga
pabrik helium
eksperimental semasa
Perang Dunia II .
Tujuannya adalah untuk
mengisi balon penghalang
menggunakan gas yang
tidak terbakar dan lebih
ringan dari udara. Total
5.700 m 3 gas dengan
komposisi 92% helium
berhasil dihasi

HIDROGEN

HYDROGEN is a chemical element in the periodic table that has the symbol H and atomic number 1. At standard temperature and pressure , hydrogen is colorless, odorless, are non-metals , based valence single, and a gas diatomik very easy to burn . With atomic mass 1.00794 Amu, hydrogen is the lightest element in the world.

Hydrogen compounds relatively rare and seldom found naturally on earth , and is usually produced by the industry in various compounds of hydrocarbons such as methane . Hydrogen can also be produced from water through the process of electrolysis , but this process is more expensive than the commercial production of hydrogen from natural gas.

Isotope of hydrogen the most abundant in the universe is protium , the atomic nucleus has only a single proton and no neutrons . Hydrogen ionic compounds can be loaded with a positive ( cation ) or negative ( anion ). Hydrogen can form compounds with most elements and can be found inwater and organic compounds-compounds . Hydrogen is very important in the acid base reaction in which a lot of this reaction involves the exchange of protons between soluble molecules. Because hydrogen is the only neutral atom Schrödingernya equation can be solved analytically, study of the energetics and bonding of atomic hydrogen plays a very important role in the development of quantum mechanics .

BURNING OF HYDROGEN   

Hydrogen gas is extremely flammable and will burn at concentrations as low as 4% H ₂ in air-free. ^[8]The enthalpy of combustion of hydrogen is -286 kJ / mol . Hydrogen burns according to the chemical equation:

2 H ₂ (g) + O ₂ (g) → 2 H ₂ O (l) + 572 kJ (286 kJ / mol) 

When mixed with oxygen in a variety of comparison, the hydrogen exploded while disulut with its own fire and will explode at temperature 560 ° C. flame combustion emits pure hydrogen-oxygen and ultraviolet waves barely visible with the naked eye. Thus, it is difficult to detect hydrogen leaks visually. Case of an explosion of Hindenburg plane is one famous example from the combustion of hydrogen. other characteristics of the hydrogen flame is the flame tends to disappear quickly in the air, until the damage due to explosion of explosive hydrogen lighter hydrocarbons. In case of a mishap Hidenburg, two-thirds of the passengers safe and most of the cases died due to the burnout of diesel fuel leaks. 

H ₂ reacts directly with other oksidator elements. It reacts spontaneously at room temperature with excellent chlorine and fluorine , hydrogen halide to produce the form of hydrogen chloride and

SPEKTRUM EMISI 

Tabung sinar hidrogen adalah suatu tabung tipis yang berisi gas hidrogen pada tekanan rendah dengan elektroda pada tiap-tiap ujungnya. Jika anda melewatkan tegangan tinggi (katakanlah, 5000 volt), tabung akan menghasilkan sinar berwarna merah muda yang terang.

Jika sinar tersebut dilewatkan pada prisma atau kisi difraksi, sinar akan terpecah menjadi beberapa warna. Warna yang dapat anda lihat merupakan sebagian kecil dari spektrum emisi hidrogen. Sebagian besar spektrum tak terlihat oleh mata karena berada pada daerah infra-merah atau ultra-violet.

Pada foto berikut, sebelah kiri menunjukkan bagian dari tabung sinar katoda, dan sebelah kanan menunjukkan tiga garis yang paling mudah dilihat pada daerah tampak (visible) dari spektrum. (mengabaikan "pengotor" − biasanya berada di sebelah kiri garis merah, yang disebabkan oleh cacat pada saat foto diambil. Lihat catatan di bawah)

Memperlebar spektrum emisi hidrogen hingga UV dan IR

Ada lebih banyak lagi spektrum hidrogen selain tiga garis yang dapat anda lihat dengan mata telanjang. Hal ini memungkinan untuk mendeteksi pola garis-garis pada daerah ultra-violet dan infra-merah spektrum dengan baik.

Hal ini memunculkan sejumlah "deret" garis yang dinamakan dengan nama penemunya. Gambar di bawah menunjukkan tiga dari deret garis tersebut, deret lainnya berada di daerah infra-merah, jika digambarkan terletak di sebelah kiri deret Paschen.

Gambar tersebut cukup rumit, sehingga kita akan membahasnya sedikit saja. Pertama lihat deret Lyman pada sebelah kanan gambar − deret ini paling lebar dan paling mudah diamati.

Deret Lyman merupakan deret garis pada daerah ultra-violet. Perhatikan bahwa garis makin merapat satu sama lain dengan naiknya frekuensi. Akhirnya, garis-garis makin rapat dan tidak mungkin diamati satu per satu, terlihat seperti spektrum kontinu. Hal itu tampak sedikit gelap pada ujung kanan tiap spektrum.

Kemudian pada titik tertentu, disebut sebagai deret limit (limit series), deret terhenti.

Jika anda melihat deret Balmer atau Paschen, anda akan melihat polanya sama, tetapi deretnya menjadi makin dekat. Pada deret Balmer, perhatikan posisi tiga garis yang tampak pada foto di bagian atas.

Sesuatu yang mempersulit − frekuensi dan panjang gelombang

Anda akan sering mendapatkan spektrum hidrogen dinyatakan dengan panjang gelombang sinar bukan frekuensi. Sayangnya, karena hubungan matematika antara frekuensi sinar dan panjang gelombangnya, anda mendapatkan dua gambaran spektrum yang sangat berbeda jika mengalurkannya terhadap frekuensi atau panjang gelombang.

Hubungan antara frekuensi dan panjang gelombang

Hubungan matematisnya:

Pengaturan ulang persamaan tersebut akan menghasilkan persamaan baik untuk panjang gelombang maupun frekuensi.

Apakah ini berarti ada hubungan kebalikan antara keduanya − frekuensi yang tinggi berarti panjang gelombangnya rendah dan sebaliknya.< /p>

Menggambarkan spektrum hidrogen berdasarkan panjang gelombang

Seperti inilah spektrum yang terlihat jika anda mengalurkannya berdasarkan panjang gelombang bukan frekuensi:

dan, hanya untuk mengingatkan anda bahwa spektrum berdasarkan frekuensi akan tampak seperti ini:

Apakah ini membingungkan? baik, menurut saya ini sangat membingungkan! Jadi apa yang anda lakukan dengan hal ini?

Untuk halaman berikutnya saya hanya akan memperlihatkan spektrum yang dialurkan terhadap frekuensi, karena lebih mudah untuk menghubungkannya dengan apa yang terjadi dalam atom. Hati-hati, spektrum akan terlihat berbeda tergantung pada bagaimana spektrum tersebut dialurkan, tetapi, selain itu, abaikan versi panjang gelombang, kecuali pengujimu menghendakinya. Jika anda mencoba untuk mengetahui kedua versi, anda hanya akan mendapatkan sesuatu yang membingungkan!

Menjelaskan spektrum emisi hidrogen

Persamaan Balmer dan Rydberg

Dengan sedikit pengetahuan matematika yang mengagumkan, pada 1885 Balmer memberikan rumus sederhana untuk memperkirakan panjang gelombang dari beberapa garis yang sekarang kita kenal dengan deret Balmer. Tiga tahun berikutnya, Rydberg membuat rumus yang lebih umum sehingga dapat diterapkan untuk memperkirakan panjang gelombang beberapa garis pada spektrum emisi hidrogen.

Rydberg memberikan rumus:

R_H merupakan konstanta yang disebut dengan konstanta Rydberg.

n₁ dan n₂ merupakan bilangan bulat (seluruh angka). n₂ lebih besar daripada n₁. Dengan kata lain, jika n₁, katakanlah 2, maka n₂ dapat berupa seluruh angka antara 3 dan tak hingga.

Berbagai kombinasi angka dapat anda masukkan ke dalam rumus, sehingga anda dapat menghitung panjang gelombang dari suatu garis pada spektrum emisi hidrogen − dan terdapat kesamaan antara panjang gelombang yang anda dapatkan dengan menggunakan rumus ini dengan yang diperoleh dari hasil analisis spektrum aslinya.

Anda dapat juga menggunakan versi yang dimodifikasi dari persamaan Rydberg untuk menghitung frekuensi masing-masing garis. Persamaan yang dimodifikasi dapat anda peroleh dari persamaan sebelumnya dan rumus panjang gelombang dan frekuensi pada bagian sebelumnya.

Asal usul spektrum emisi hidrogen

Garis-garis pada spektrum emisi hidrogen membentuk pola yang umum dan dapat ditunjukkan dengan persamaan yang (relatif) sederhana. Masing-masing garis dapat dihitung dari kombinasi angka-angka sederhana.

Mengapa hidrogen mengemisikan sinar ketika tereksitasi dengan adanya tegangan tinggi dan apa arti dari semua angka-angka itu?

Ketika tak ada yang mengeksitasi, elektron hidrogen berada pada tingkat energi pertama − tingkat yang paling dekat dengan inti. Tetapi jika anda memberikan energi pada atom, elektron akan tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi − atau bahkan dilepaskan dari atom.

Tegangan tinggi pada tabung sinar hidrogen menyediakan energi tersebut. Molekul hidrogen awalnya pecah menjadi atom-atom hidrogen (oleh karena itu disebut spektrum emisi atom hidrogen) dan elektron kemudian berpromosi ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Misalkan suatu elektron tereksitesi ke tingkat energi ketiga. Elektron akan cenderung melepaskan energi lagi dengan kembali ke tingkat yang lebih rendah. Hal ini dapat dilakukan dengan dua cara yang berbeda.

Elektron dapat turun, kembali lagi ke tingkat pertama, atau turun ke tingkat kedua − dan kemudian, pada lompatan kedua, turun ke tingkat pertama.

Mengikat suatu elektron untuk melompat ke garis tertentu pada spektrum

Jika suatu elektron turun dari tingkat-3 ke tingkat-2, akan melepaskan energi yang sama dengan beda energi antara dua tingkat tersebut. Energi yang diperoleh dari lepasnya elektron ini muncul sebagai sinar (dimana "sinar" tersebut termasuk dalam daerah UV dan IR juga tampak (visible)).

Masing-masing frekuensi sinar dihubungkan dengan energi melalui persamaan:

Dengan frekuensi yang lebih tinggi, energi sinar akan lebih tinggi.

Jika suatu elektron turun dari tingkat-3 ke tingkat-2, tampak sinar merah. Inilah asal-usul garis merah pada spektrum hidrogen. Dengan menghitung frekuensi sinar merah, anda dapat menghitung energinya. Energi itu harus sama dengan beda energi antara tingkat-3 dan tingkat-2 pada atom hidrogen.

Persamaan terakhir dapat ditulis ulang sebagai beda energi antara dua tingkat elektron.

Turunnya elektron yang menghasilkan energi terbesar akan memberikan garis frekuensi tertinggi. Turunnya elektron dengan energi terbesar adalah dari tingkat tak hingga ke tingkat-1 (tentang tingkat tak hingga akan dijelaskan nanti)

Beberapa gambar berikut terdiri dari dua bagian − dengan tingkat energi pada bagian atas dan spektrum pada bagian bawah.

Jika elektron turun dari tingkat 6, penurunannya lebih sedikit, sehingga frekuensinya akan lebih kecil. (dikarenakan skala pada gambar, tidak mungkin menggambarkan semua lompatan yang melibatkan semua tingkat antara 7 dan tak hingga!)

…dan jika anda mengamati lompatan ke tingkat-1 yang lain anda akan mendapatkan seluruh deret Lyman. Jarak antar garis pada spektrum menggambarkan jarak perubahan tingkat energi.

Jika anda melakukan hal yang sama untuk lompatan menurun ke tingkat 2, anda mendapatkan garis dari deret Balmer. Perbedaan energinya lebih kecil dari deret Lyman, sehingga frekuensi yang dihasilkan juga lebih rendah.

Deret Paschen diperoleh dari lompatan menurun ke tingkat-3, tetapi gambarnya akan sangat kacau jika saya memasukkan semuanya – karena itu tidak disebutkan deret lain untuk lompatan menurun ke tingkat-4, tingkat-5, dan seterusnya.

Arti angka −angka pada persamaan Rydberg

n₁ dan n₂ pada persamaan Rydberg merupakan tingkat energi sederhana pada setiap lompatan yang menghasilkan garis yang khas pada spektrum.

Sebagai contoh, pada deret Lyman, n₁ selalu 1. Elektron yang turun ke tingkat 1 menghasilkan garis pada deret Lyman. Untuk deret Balmer, n₁ selalu 2, karena elektron turun ke tingkat-2.

n₂ merupakan tingkat asal lompatan. Kita telah menyebutkan bahwa garis merah merupakan hasil dari turunnya elektron dari tingkat-3 ke tingkat-2. Pada contoh ini, n₂ sama dengan 3.

Arti tingkat tak hingga

Tingkat tak hingga menunjukkan energi tertinggi yang mungkin dari suatu elektron atom hidrogen. Jadi, apa yang terjadi jika elektron melampaui energi itu?

Elektron bukan lagi bagian dari atom. Tingkat tak hingga menunjukkan titik dimana ionisasi atom terjadi untuk membentuk ion bermuatan positif.

Menggunakan spektrum untuk menentukan energi ionisasi

Ketika tak ada energi tambahan yang diberikan, elektron hidrogen berada pada tingkat-1. Dikenal sebagai keadaan dasar (ground state). Jika anda memberikan energi yang cukup untuk memindahkan elektron hingga ke tingkat tak hingga, anda telah mengionkan hidrogen.

Energi ionisasi tiap elektron dihitung dari jarak antara tingkat-1 dan tingkat tak hingga. Jika anda melihat kembali beberapa gambar terakhir, anda akan mendapatkan bahwa energi lompatannya menghasilkan limit deret dari deret Lyman.

Jika anda dapat menentukan frekuensi dari limit deret Lyman, anda dapat menggunakannya untuk menghitung energi yang dibutuhkan untuk memindahkan elektron suatu atom dari tingkat-1 ke titik ionisasi. Dari hal tersebut, anda dapat menghitung energi ionisasi per mol atom.

Masalahnya adalah frekuensi limit deret agak sulit ditentukan secara akurat dari spektrum karena pada daerah limit garis-garisnya rapat sehingga spektrum terlihat seperti kontinu.

Menentukan frekuensi limit deret secara grafik

Berikut ini merupakan daftar frekuensi dari tujuh garis yang jarak garisnya paling lebar pada deret Lyman, jika anda bergerak dari satu garis ke garis berikutnya akan terjadi kenaikan frekuensi.

Dengan makin dekatnya garis, jelas peningkatan frekuensi berkurang. Pada limit deret, beda antar garis akan mendeketi nol.

Itu artinya jika anda mengalurkan kenaikan frekuensi terhadap frekuensi aktual, anda dapat mengekstrapolasikan (kontinu) kurva pada titik dimana kenaikannya menjadi nol. Itu akan menjadi frekuensi limit deret.

Faktanya anda dapat mengalurkan grafik dari data pada tabel di atas. Perbedaan frekuensi berhubungan dengan dua frekuensi. Sebagai contoh, angka 0,457 diperoleh dengan mengurangkan 2,467 dari 2,924. Sehingga yang manakah dari dua nilai ini yang anda alurkan terhadap 0,457?

Hal ini tak masalah, selama anda selalu konsisten − dengan kata lain, anda selalu mengalurkan perbedaan frekuensi terhadap salah satu dari angka yang lebih tinggi atau yang lebih rendah. Pada titik yang akan anda amati (dimana perbedaannya nol), nilai kedua frekuensi sama.

Sebagaimana yang anda lihat pada grafik di bawah. Dengan mengalurkan kedua kurva yang mungkin pada grafik yang sama, kurva akan lebih mudah diekstrapolasikan. Kurva lebih sulit untuk diektrapolasikan dibandingkan dengan garis lurus.

Kedua garis menunjukkan limit deret sekitar 3.28 x 10¹⁵ Hz.

Jadi sekarang kita akan menghitung energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron tunggal dari atom hidrogen. Ingat persamaan pada halaman di atas:

Kita dapat menentukan perbedaan energi antara keadaan dasar dan titik dimana elektron meninggalkan atom melalui substitusi nilai frekuensi yang kita dapatkan dan mencari nilai konstanta Planck dari buku.

Hasil ini memberikan pada anda energi ionisasi untuk atom tunggal. Untuk menentukan energi ionisasi yang normal, kita perlu mengalikannya dengan banyaknya atom pada satu mol atom hidrogen (konstanta Avogadro) dan kemudian membaginya dengan 1000 untuk mengubahnya menjadi kilojoule.