Nr ćw. 304	data 12.III. 2004 r.	Paweł Pujanek Dominik Mierzwa	W.T.Ch. Inż. Proc. Chem.	Semestr II	Grupa 4
Prowadzący: dr Maciej Kaminski			przygotowanie	wykonanie	ocena ostateczna

1.Przygotowanie teoretyczne.

Temat: „Badanie widm za pomocą spektroskopu”

Światło emitowane przez dowolne źródło promieniowania składa się z fal elektromagnetycznych o różnych długościach. Możemy się o tym przekonać wykorzystując pryzmat - przyrząd posiadający zdolność dyspersji, czyli rozszczepienia światła. Gdy światło białe, po przejściu przez wąską podłużną szczelinę, pada na pryzmat, ulega dwukrotnie załamaniu na ściankach łamiących oraz rozszczepieniu barwnemu polegającemu na różnym odchyleniu promieni o różnych barwach. Promienie czerwone odchylane są najmniej, a fioletowe najsilniej. Rozszczepienie jest bezpośrednim następstwem faktu, że współczynnik załamania zależy od długości fali.

Dyspersją ośrodka nazywamy pochodną współczynnika załamania względem długości fali

.

Wielkość tę możemy przedstawić w postaci funkcyjnej, gdyż znana jest przybliżona zależność współczynnika załamania od długości fali, Ma ona dla ciał przezroczystych postać

gdzie A i B są pewnymi stałymi.

Uwzględniając powyższe znajdujemy, że dyspersję ośrodka w zależności od długości fali wyraża się wzorem

Widzimy, że dyspersja ośrodka wzrasta szybko, gdy długość fali maleje.

Wielkość rozszczepionej przez pryzmat zależy nie tylko od dyspersji ośrodka, lecz również od kąta padania i kąta łamiącego. Wielkością charakteryzującą rozszczepienie dla danego pryzmatu jest dyspersją kątową pryzmatu:
,

gdzie
jest kątem odchylania.

Obraz rozszczepionej wiązki na ekranie nazywamy widmem promieniowania danego źródła światła.

Ciała stałe w podwyższonej temperaturze emitują promieniowanie o widmie ciągłym, zawierającym wszystkie możliwe długości fal.

Gazy dwuatomowe i bardziej złożone pobudzone do świecenia, emitują długości fal z pewnych przedziałów, dając widmo pasmowe.

Gazy jednoatomowe oraz pary ciał stałych emitują widmo liniowe, w którym występuje zespół kilku do kilkudziesięciu długości fal o ściśle określonych wartościach.

Reguła Stokesa: badając widmo absorpcji i luminescencji dla tej samej substancji można zauważyć, że to ostatnie jest przesunięte bardziej w stronę fal długich. Ta prawidłowość nosi nazwę reguły Stokesa i może być wytłumaczona na bazie zasady zachowania energii. Kwant promieniowania pochłoniętego ma energię
, która nie może być mniejsza od energii kwantu promieniowanego,
gdyż światło pochłonięte jest źródłem energii dla procesu emisji. Zatem


.Biorąc pod uwagę związek
, otrzymamy nierówność: która wyraża właśnie regułę Stokesa. Do badania widm używa się spektroskopów , w których elementem rozszczepiającym światło jest siatka dyfrakcyjna lub pryzmat.

2. Przebieg ćwiczenia:

1. Oświetlić lampę kolimatora lampą wzorcową (rtęciową).

2. Odczytać położenie linii widmowych na skali przyrządu i z tablicy znaleźć odpowiadające im długości fali.

3. Na papierze milimetrowym wykreślić krzywą dyspersji.

4. Zbadać widmo lampy. Podać, jakim gazem jest wypełniona.

Informacje dodatkowe.

1. Spekroskop został zastąpiony monochromatorem.

2. Krzywą dyspersji monochromatora
wykreślamy dla znanego widma. Wartość s odczytujemy na śrubie mikrometrycznej monochromatora, gdy linia widma znajduje się na przecięciu nici pajęczych okularu.

3. Długość fal widma lampy wzorcowej:

kolor	długość	Pomiar: s-
czerwona słaba	772.8 nm	-
czerwona słaba	737.2 nm	12,2
czerwona słaba	690.7 nm	12,23
czerwona mocna	623.4 nm	12,55
czerwona słaba	612.3 nm	12,63
pomarańczowa słaba	607.2 nm	12,82
pomarańczowa słaba	589.0 nm	12,85
żółta bardzo mocna	579.1 nm	12,92
żółta bardzo mocna	576.9 nm	12,94
żółto zielona słaba	567.5 nm	13,03
zielona b. mocna	546.1 nm	13,25
zielona słaba	536.5 nm	13,36
zielono niebieska b. słaba	504.6 nm	13,79
zielono niebieska b. słaba	502.6 nm	13,81
zielono niebieska mocna	499.1 nm	13,92
zielono niebieska b. mocna	491.6 nm	13,99
niebieska b. mocna	435.8 nm	15,12
niebieska b. słaba	434.7 nm	15,15
niebieska b. słaba	433.1 nm	15,17
fioletowa słaba	407.8 nm	15,99
fioletowa mocna	404.6 nm	16,04

Po wyskalowaniu monochromatora zbadaliśmy kolejno widma 3 lamp wypełnionych nieznanymi nam gazami .

Wyniki zanotowaliśmy w tabelach a długość fali
odczytaliśmy ze sporządzonego wcześniej wykresy krzywej dyspersji.

Lampa 1

Barwa i natężenie prążka	Odczyt z śruby mikrometrycznej (s)	Długość fali ( ) odczytana z wykresu
czerwona bardzo - mocna	12,24	671,6
żółta - bardzo mocna	12,83	593,3
Niebiesko - zielona - słaba	13,83	500
Niebiesko - zielona - b. słaba	13,97	475
Fioletowa - bardzo słaba	14,84	445

Wyniki sugerują ze w lampie znajduje się HEL bowiem dane tabelaryczne dla helu wyglądają następująco:

HEL
Dane Tabelaryczne		Dane uzyskane w wyniku pomiaru
natężenie	Długość fali	natężenie	Długość fali
mocna	667,8	mocna	671,6
Bardzo mocna	587,6	bardzo mocna	593,3
słaba	501,6	słaba	500
bardzo słaba	471,3	bardzo słaba	475
słaba	447,1	bardzo słaba	445

Lampa 2

Barwa i natężenie prążka	Odczyt z śruby mikrometrycznej (s)	Długość fali ( ) odczytana z wykresu
Żółta mocna	12,86	588,3
Pomarańczowa - mocna	12,78	591,6
Czerwona - mocna	12,65	615
Czerwona - bardzo mocna	12,43	636,6

Wyniki wskazują że w lampie znajduje się mieszanka SODU NEONU i CYNKU bowiem ich dane tabelaryczne wynoszą:

SÓD
Dane Tabelaryczne		Dane uzyskane w wyniku pomiaru
natężenie	Długość fali	natężenie	Długość fali
Bardzo mocna	589,6	mocna	591,6
Bardzo mocna	589,0	mocna	588,3

NEON
Dane Tabelaryczne		Dane uzyskane w wyniku pomiaru
natężenie	Długość fali	natężenie	Długość fali
mocna	614,3	mocna	615

CYNK
Dane Tabelaryczne		Dane uzyskane w wyniku pomiaru
natężenie	Długość fali	natężenie	Długość fali
mocna	636,2	Bardzo mocna	636,6

Lampa 3

Barwa i natężenie prążka	Odczyt z śruby mikrometrycznej (s)	Długość fali ( ) odczytana z wykresu
Czerwona słaba	12,32	653,3
Niebiesko - zielona słaba	14,06	473,5

W lampie nr 3 mógł się znajdować KADM lub WODÓR bądź ich mieszanka.

KADM
Dane Tabelaryczne		Dane uzyskane w wyniku pomiaru
natężenie	Długość fali	natężenie	Długość fali
Słaba	643,8	słaba	653,3
słaba	467,8	słaba	473,5

WODÓR
Dane Tabelaryczne		Dane uzyskane w wyniku pomiaru
natężenie	Długość fali	natężenie	Długość fali
silna	656,3	słaba	653,3
słaba	486,1	słaba	473,5

3.Wnioski:

Obliczanie błędów mija się z celem, gdyż odczytywane wartości wiążą się z pewną dowolnością w rozróżnianiu przez człowieka zamian kolorów(tzn. granicy przechodzenia jednej barwy w drugą). Wyniki mogą jednak odbiegać od rzeczywistych także z powodu małej dokładności przyrządu pomiarowego (trudno było jednocześnie uzyskać ostry obraz prążka i mięć widoczny krzyż pomiarowy) co mogło wpłynąć na wyniki .

---