ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z FIZYKI

S P R A W O Z D A N I E

Temat: Oznaczanie pierwiastków za pomocą emisyjnego widma liniowego.

para nr 8, ćwiczenie nr 45

Towaroznawstwo

Grupa 14

Atomy pierwiastków przeprowadzone w elektronowy stan wzbudzony powracając do podstawowego stanu energetycznego, emitują kwanty energii. Zgodnie z zasadami teorii kwantowej atomy mogą znajdować się tylko w ściśle określonych, tzw. dozwolonych stanach wzbudzonych, o określonych wartościach energii E_l, E₂ itd.

Zbiór tych wartości energii jest charakterystyczny dla atomów każdego pierwiastka. Podczas przejścia z kolejnych energetycznych stanów wzbudzonych do stanu podstawowego o energii E₀ następuje emisja kwantów promieniowania o odpowiednich częstotliwościach v₁, v₂... czyli emisja monochromatycznych wiązek światła o poszczególnych długościach fal λ₁, λ₂, ...

itd.

gdzie:

h - stała Plancka,

c - prędkość światła w próżni.

Widmo emitowanego światła jest więc widmem liniowym. Każdy pierwiastek emituje charakterystyczne "świecenie" o określonym widmie liniowym.

Atomy pierwiastków można pobudzić do świecenia, jeżeli substancję, której atomy chcemy badać, wprowadzimy w płomień o odpowiedniej temperaturze, w łuk elektryczny lub w pole iskry elektrycznej. W tych warunkach wybrane atomy badanej substancji (np. w płomieniu palnika gazowego atomy sodu z wprowadzonej do palnika soli NaCI) przechodzą do dozwolonych stanów wzbudzonych. Skutkiem takiego wzbudzenia jest emisja światła, którego widmo jest widmem liniowym. Widmo liniowe jest charakterystyczne dla każdego pierwiastka, więc wykorzystano je do jakościowej analizy widmowej, która pozwala na stwierdzenie obecności pierwiastka w badanym związku. Poza tym widma liniowe znalazły szerokie zastosowanie w ilościowej analizie chemicznej, w której na podstawie natężenia linii widmowej określa się ilość danego pierwiastka w badanej substancji. Metodę tę stosuje się m.in. do oznaczania zawartości śladowych ilości metali podczas kontroli jakości środków spożywczych oraz podczas badania zanieczyszczeń naturalnych zbiorników wody. Do badania widm stosuje się różnego rodzaju spektrografy i spektrofotometry. Rejestracji widm dokonuje się metodą fotograficzną lub fotoelektryczną.

Zadaniem tego ćwiczenia jest poznanie zasad powstawania liniowego widma emisyjnego oraz podstawowych założeń metody wykorzystania tych widm do jakościowej i ilościowej analizy spektralnej. Aby osiągnąć te zamierzenie, zastosowano w ćwiczeniu prosty układ pomiarowy, umożliwiający obserwację wizualną liniowego widma emisji - spektroskop. Do pomiarów użyto substancji w stanie gazowym wzbudzanych wyładowaniami elektrycznymi. Celem tego ćwiczenia jest wyznaczenie krzywej dyspersji spektroskopu, a następnie określenie długości fal widma liniowego nie znanego gazu i oznaczenie składu tego gazu przez porównanie długości fal otrzymanego widma liniowego z danymi zawartymi w tablicach widm liniowych pierwiastków.

Opis spektroskopu. Spektroskop składa się z trzech zasadniczych części: kolimatora (K), pryzmatu (P), lunety obserwacyjnej (L).

Kolimator służy do otrzymywania równoległej wiązki światła padającej na pryzmat. Składa się on z soczewki skupiającej (układu soczewek) i umieszczonej w ognisku tej soczewki szczeliny o regulowanej szerokości. Pryzmat służy do rozszczepiania równoległej wiązki promieni padających z kolimatora. Promienie po wyjściu z pryzmatu wchodzą do lunety obserwacyjnej i w płaszczyźnie jej ogniskowej dają wiele barwnych obrazów szczeliny. Widmo to obserwuje się przez okular lunety, który działa jak lupa.

Aby spektroskop mógł być wykorzystany do wyznaczania długości fali, należy go uprzednio wycechować, tzn. wykonać wykres zależności x = f(λ) dla danego źródła światła, gdzie: λ - długość fali linii widmowej, a x oznacza jej położenie w widmie obserwowanym przez lunetę na tle odpowiedniej skali (odległość od umownego punktu początkowego). Wykresem zależności x = f(λ) jest krzywa, zwana krzywą dyspersji:

Po wykreśleniu krzywej dyspersji dla danego spektroskopu możemy przystąpić do wyznaczania nie znanych długości fal linii w badanym widmie. W tym celu wystarczy odczytać położenie linii widmowej w stosunku do uprzednio przyjętego punktu odniesienia, następnie z krzywej dyspersji odczytać długość fali.

OBLICZENIA I POMIARY:

Barwa linii	Podziałka	Długość fali źródła znanego	Długość fali źródła badanego
	nm	mm
Czerwone Żółte Zielono-żółte Zielone Zielono-niebieskie Niebiesko-zielone Fioletowo-niebieskie Fiolet I Filoet II	612 577 546 502 496 492 436 408 405	58,55 61,10 61,75 62,90 63,60 64,85 65,15 69,95 72,35	57,50 58,15 61,45

---