Spektroskopi memungkinkan ilmuwan untuk “melihat” struktur molekul, ikatan, dan konsentrasi zat tanpa merusak sampel tersebut.
8.1. Radiasi Elektromagnetik dan Energi
Cahaya memiliki sifat dualisme (gelombang-partikel). Hubungan antara energi foton ($E$), frekuensi ($\nu$), dan panjang gelombang ($\lambda$) sangatlah penting:
$$E = h \nu = \frac{hc}{\lambda}$$
- $h$: Konstanta Planck ($6.626 \times 10^{-34} \text{ J}\cdot\text{s}$)
- $c$: Kecepatan cahaya ($3 \times 10^8 \text{ m/s}$)
8.2. Prinsip Transisi Energi
Dalam Kimia Kuantum, kita belajar bahwa tingkat energi elektron, vibrasi, dan rotasi dalam molekul adalah terkuantisasi.
- Absorpsi: Molekul menyerap foton dan naik ke tingkat energi yang lebih tinggi (keadaan tereksitasi).
- Emisi: Molekul melepaskan energi dalam bentuk foton saat kembali ke tingkat energi yang lebih rendah (keadaan dasar).
8.3. Jenis-Jenis Spektroskopi Utama
Tergantung pada energi cahaya yang digunakan, molekul akan mengalami perubahan yang berbeda:
| Jenis Spektroskopi | Wilayah Cahaya | Perubahan pada Molekul | Kegunaan |
| Rotasi (Microwave) | Gelombang Mikro | Perubahan rotasi molekul | Menentukan panjang ikatan |
| Vibrasi (Infrared/IR) | Inframerah | Perubahan getaran (vibrasi) ikatan | Identifikasi Gugus Fungsi (misal: $\text{C=O, -OH}$) |
| Elektronik (UV-Vis) | Ultraviolet & Tampak | Perpindahan elektron antar orbital | Menentukan konsentrasi warna & sistem terkonjugasi |
| Resonansi Magnetik (NMR) | Gelombang Radio | Perubahan spin inti atom dalam medan magnet | Menentukan kerangka struktur atom dalam molekul |
8.4. Spektroskopi Inframerah (IR) dan Vibrasi
Molekul tidak diam; ikatan antar atom berperilaku seperti pegas yang bergetar. Cahaya IR hanya diserap jika vibrasi tersebut menyebabkan perubahan pada momen dipol molekul.
- Streching (Peregangan): Perubahan panjang ikatan.
- Bending (Penekukan): Perubahan sudut ikatan.
8.5. Spektroskopi UV-Vis dan Hukum Beer-Lambert
Spektroskopi UV-Vis sangat umum digunakan di laboratorium untuk analisis kuantitatif (menentukan konsentrasi). Hubungan ini dijelaskan oleh Hukum Beer-Lambert:
$$A = \epsilon \cdot b \cdot c$$
- $A$ (Absorbansi): Jumlah cahaya yang diserap.
- $\epsilon$ (Molar Absorptivity): Karakteristik khas zat tersebut.
- $b$ (Path length): Lebar wadah sampel (kuvet).
- $c$ (Concentration): Konsentrasi larutan.
8.6. Spektroskopi Resonansi Magnetik Inti (NMR)
NMR adalah alat paling kuat untuk menentukan struktur molekul organik. Dengan menempatkan molekul dalam medan magnet luar, inti atom tertentu (seperti $^1\text{H}$ atau $^{13}\text{C}$) akan menyerap gelombang radio. Perbedaan lingkungan kimia di sekitar atom menyebabkan “pergeseran kimia” ($\text{chemical shift}$) yang unik.