Spektrum emisi adalah radiasi elektromagnetik (EMR), seperti cahaya tampak, suatu zat memancarkan. Setiap elemen mengeluarkan sidik jari cahaya yang unik, jadi menganalisis frekuensi cahaya ini membantu mengidentifikasi bahan kimia yang menghasilkannya. Prosedur ini disebut spektroskopi emisi dan merupakan alat ilmiah yang sangat berguna. Ini digunakan dalam astronomi untuk mempelajari unsur-unsur yang ada di bintang-bintang dan dalam analisis kimia.
Radiasi elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjang gelombangnya — jarak antara puncak gelombang — atau frekuensinya — jumlah puncak yang lewat dalam waktu tertentu. Semakin tinggi energi radiasi, semakin pendek panjang gelombangnya dan semakin tinggi frekuensinya. Cahaya biru, misalnya, memiliki energi yang lebih tinggi dan karenanya memiliki frekuensi yang lebih tinggi dan panjang gelombang yang lebih pendek daripada cahaya merah.
Jenis Spektrum
Ada dua jenis spektrum emisi. Tipe kontinu berisi banyak frekuensi yang bergabung satu sama lain tanpa celah, sedangkan tipe garis hanya berisi beberapa frekuensi berbeda. Benda panas menghasilkan spektrum kontinu, sedangkan gas dapat menyerap energi kemudian memancarkannya pada panjang gelombang tertentu, membentuk spektrum garis emisi. Setiap unsur kimia memiliki urutan garis yang unik.
Bagaimana Spektrum Berkelanjutan Diproduksi
Zat yang relatif padat, ketika menjadi cukup panas, memancarkan cahaya pada semua panjang gelombang. Atom-atom relatif berdekatan dan ketika mereka memperoleh energi, mereka bergerak lebih banyak dan bertabrakan satu sama lain, menghasilkan berbagai energi. Spektrum, oleh karena itu, terdiri dari EMR pada rentang frekuensi yang sangat luas. Jumlah radiasi pada frekuensi yang berbeda bervariasi dengan suhu. Paku besi yang dipanaskan dalam nyala api akan berubah dari merah menjadi kuning menjadi putih karena suhunya meningkat dan memancarkan radiasi dalam jumlah yang meningkat pada panjang gelombang yang lebih pendek.
Pelangi adalah contoh dari spektrum kontinu yang dihasilkan oleh Matahari. Tetesan air bertindak sebagai prisma, membelah cahaya Matahari menjadi berbagai panjang gelombangnya.
Spektrum kontinu ditentukan sepenuhnya oleh suhu suatu benda dan bukan oleh komposisinya. Faktanya, warna dapat digambarkan dalam hal suhu. Dalam astronomi, warna bintang menunjukkan suhunya, dengan bintang biru jauh lebih panas daripada bintang merah.
Bagaimana Elemen Menghasilkan Spektrum Garis Emisi
Spektrum garis dihasilkan oleh gas atau plasma, di mana atom-atomnya terpisah cukup jauh untuk tidak saling mempengaruhi secara langsung. Elektron dalam atom dapat berada pada tingkat energi yang berbeda. Ketika semua elektron dalam atom berada pada tingkat energi terendah, atom dikatakan dalam keadaan dasar. Karena menyerap energi, elektron dapat melompat ke tingkat energi yang lebih tinggi. Namun, cepat atau lambat, elektron akan kembali ke tingkat terendahnya, dan atom ke keadaan dasarnya, memancarkan energi sebagai radiasi elektromagnetik.
Energi EMR sesuai dengan perbedaan energi antara keadaan elektron yang lebih tinggi dan lebih rendah. Ketika elektron turun dari energi tinggi ke energi rendah, ukuran lompatan menentukan frekuensi radiasi yang dipancarkan. Cahaya biru, misalnya, menunjukkan penurunan energi yang lebih besar daripada lampu merah.
Setiap elemen memiliki susunan elektron dan tingkat energi yang mungkin. Ketika sebuah elektron menyerap radiasi dengan frekuensi tertentu, ia kemudian akan memancarkan radiasi pada frekuensi yang sama: panjang gelombang radiasi yang diserap menentukan lompatan awal tingkat energi, dan oleh karena itu lompatan akhirnya kembali ke keadaan dasar. Dari sini dapat disimpulkan bahwa atom dari setiap elemen tertentu hanya dapat memancarkan radiasi pada panjang gelombang tertentu tertentu, membentuk pola yang unik untuk elemen tersebut.
Mengamati Spektrum
Sebuah instrumen yang dikenal sebagai spektroskop atau spektrometer digunakan untuk mengamati spektrum emisi. Ia menggunakan kisi prisma atau difraksi untuk membagi cahaya, dan terkadang bentuk EMR lainnya, ke dalam frekuensi yang berbeda. Ini dapat memberikan spektrum kontinu atau garis, tergantung pada sumber cahaya.
Spektrum emisi garis muncul sebagai rangkaian garis berwarna dengan latar belakang gelap. Dengan memperhatikan posisi garis-garis tersebut, seorang spektroskopi dapat menemukan unsur-unsur apa saja yang terdapat dalam sumber cahaya tersebut. Spektrum emisi hidrogen, elemen paling sederhana, terdiri dari serangkaian garis dalam rentang merah, biru, dan ungu dari cahaya tampak. Unsur-unsur lain sering memiliki spektrum yang lebih kompleks.
Tes Api
Beberapa elemen memancarkan cahaya terutama hanya dari satu warna. Dalam kasus ini, adalah mungkin untuk mengidentifikasi elemen dalam sampel dengan melakukan uji nyala. Ini melibatkan pemanasan sampel dalam nyala api, menyebabkannya menguap dan memancarkan radiasi pada frekuensi karakteristiknya dan memberikan warna yang terlihat jelas pada nyala api. Unsur natrium, misalnya, memberikan warna kuning yang kuat. Banyak elemen dapat dengan mudah diidentifikasi dengan cara ini.
Spektrum Molekul
Seluruh molekul juga dapat menghasilkan spektrum emisi, yang dihasilkan dari perubahan cara mereka bergetar atau berputar. Ini melibatkan energi yang lebih rendah dan cenderung menghasilkan emisi di bagian spektrum inframerah. Para astronom telah mengidentifikasi berbagai molekul menarik di luar angkasa melalui spektroskopi inframerah, dan teknik ini sering digunakan dalam kimia organik.
Spektrum Penyerapan
Penting untuk membedakan antara spektrum emisi dan penyerapan. Dalam spektrum serapan, beberapa panjang gelombang cahaya diserap saat melewati gas, membentuk pola garis gelap dengan latar belakang kontinu. Elemen menyerap panjang gelombang yang sama dengan yang mereka pancarkan, jadi ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi mereka. Misalnya, cahaya dari Matahari yang melewati atmosfer Venus menghasilkan spektrum serapan yang memungkinkan para ilmuwan untuk menentukan komposisi atmosfer planet.