Nr ćwiczenia	Imię i nazwisko: Adrian Bosak	Nr zespołu	Data wykonania
24		6	17.10.2007
WIiTCh	Tytuł ćwiczenia: Analiza spektralna gazów	Ocena	Podpis
Gr.10

1. Wprowadzenie

Jak wiemy światło emitowane jest przez atomy (cząsteczki), w porcjach zwanymi kwantami. Energia kwantu wiąże się z częstotliwością fal emitowanego promieniowania i długością fali świetlnej i wyraża się wzorem:

Gdzie: h - jest stała Plancka, c - prędkość światła

Emisja kwantu mam miejsce wtedy, gdy wewnątrz atomu następuje obniżenie energii elektronu, co można obrazowo przedstawić jako przejście elektronu na niższą orbitę lub gdy elektron swobodny zostaje przechwycony przez jon i zajmuje opróżnione miejsce w jego powłokach elektronowych pozbywając się przy tym nadmiaru energii. Poziomy energetyczne w atomach są ściśle określone przez prawa mechaniki kwantowej. Stąd wynika, ze kwanty światła związane z przejściami wewnątrz atomów mają ściśle określone częstotliwości, czyli atomy emitują widmo liniowe. Elektrony przechwycone przez jony z zewnątrz mają energię przypadkowe, towarzyszy więc takim przypadkom emisja promieniowania o równie przypadkowej częstotliwości. To ostatnie promieniowanie przyczynia się do wytworzenia widma ciągłego. Widma pasmowe związane są z przejściami w cząsteczkach, występują tam poziomy o bardzo mało różniących się energiach, przejścia wewnątrz zespołów takich poziomów dają więc całe serie bardzo blisko siebie leżących linii widmowych. W ćwiczeniu obserwować będziemy liniowe widma rtęci oraz nieznanych gazów a także widmo emitowane przez mieszaninę wodoru atomowego H z wodorem cząsteczkowym H₂. W tym ostatnim przypadku zobaczymy więc widmo liniowe wodoru jedno atomowego wymieszane z widmem pasmowym wodoru cząsteczkowego.

Budowa spektroskopu:

P - pryzmat - tutaj dociera wiązka światła badanego. Część z niego się odbija, część ulega rozproszeniu tworząc widmo.(najbardziej odchylone są promienie fioletowe, najmniej czerwone).

K - kolimator - układ optyczny mający za zadanie utworzyć równoległą wiązkę światła będącą źródłem światła dla spektroskopu

L - luneta - na jej obiektyw padają odchylone wiązki, dając na płaszczyźnie szereg odwróconych, rzeczywistych, pomniejszonych obrazów szczeliny. Obrazy te oglądamy przez okular. Obrazy te to widmo ciała świecącego. Rozróżniamy dwa rodzaje widma:

S' - rurka ze skalą - jej budowa podobna jest do budowy kolimatora. Zamiast szczeliny jest tam nieprzeźroczysta klisza z naciętą skalą. Jej obraz jest rzutowany na pryzmat, tworząc w lunecie po odbiciu obraz skali, umożliwiającej identyfikacje widma.

Charakterystyka spektroskopu - to wykres obrazujący zależność długości fali linii od położenia jej na skali spektroskopu. Do jej sporządzania wykorzystujemy widmo par rtęci.

Analiza widmowa - to w naszym przypadku porównanie zaobserwowanych widm z widmami zebranymi w atlasie widm. Na tej podstawie można zidentyfikować różne substancje.

Absorpcja - Pochłanianie fal o charakterystycznej częstotliwości

Emisja - wysyłanie fal o charakterystycznej długości

W zależności które z dwóch powyższych zjawisk ma miejsce, w widmie występują bądź świecące paski (emisja), bądź też przerwy (absorpcja).

2. Wykonanie ćwiczenia

• Zadanie 1

Aby otrzymać ostry obraz szczeliny, należy spektroskop wyregulować. Następnie oświetlamy szczelinę spektroskopu lampą rtęciową , ustalamy szerokość szczeliny i odczytujemy położenie linii na skali. Wyniki pomiarów wpisujemy do tabeli.

Tabela 1

Lp.	Barwa linii	Intensywność (silna, średnia, słaba)	Położenie linii na skali	Długość fali [nm]
1	czerwona	średnia	26,76	708,1
2	czerwona	silna	24,63	690,7
3	czerwona	słaba	24,24	671,6
4	czerwona	silna	24,01	623,4
5	pomarańcz	silna	23,25	612,3
6	pomarańcz	słabe	23,09	607,3
7	żółta	słabe	22,87	585,9
8	żółta	silna	22,76	579,1
9	żółta	silna	22,68	578,0
10	zielona	słaba	22,22	567,6
11	zielona	silna	21,10	546,1
12	zielona	słaba	20,55	535,4
13	niebieska	słaba	19,98	504,6
14	niebieska	średnia	18,42	502,6
15	niebieska	silna	17,77	499,2
16	granatowa	silna	11,78	435,8
17	granatowa	słaba	11,50	432,9
18	fioletowa	słaba	8,15	470,8
19	fioletowa	średnia	7,68	407,8

• Zadanie 2

Przechodzimy teraz do obserwacji widm gazów zawartych w rurkach Geisslera. W tym celu w miejsce lampy rtęciowej wstawiamy odpowiednią rurkę Geisslera, doprowadzamy do niej wysokie napięcie i na skali spektroskopu odczytujemy położenie poszczególnych linii widmowych. Długość fal poszczególnych linii widmowych odczytujemy później z charakterystyki spektroskopu.

Tabela 2

Lp.	Barwa linii	Intensywność (silna, średnia, słaba)	Położenie linii na skali	Długość fali [nm]
1	czerwona	silne	27,04	678
2	czerwona	średnia	25,82	638
3	czerwona	średnia	24,55	603
4	pomarańcz	silna	24,25	595
5	pomarańcz	średnia	24,08	591
6	pomarańcz	słaba	23,59	580
7	żółta	słaba	23,28	573
8	żółta	silna	23,08	569
9	zielona	silna	22,65	560
10	zielona	słaba	22,47	556
11	zielona	średnia	22,14	550
12	niebieska	silny	20,77	526
13	niebieska	silny	20,38	520
14	niebieska	średni	19,36	505
15	fioletowa	średni	16,89	474
16	fioletowa	średni	15,40	458

Tabela 3

Lp.	Barwa linii	Intensywność (silna, średnia, słaba	Położenie linii na skali	Długość fali [nm]
1	czerwona	silna	27,14	735
2	czerwona	silna	26,10	666
3	czerwona	słaba	25,22	628
4	pomarańcz	słaba	24,31	602
5	żółta	silna	23,18	581
6	zielona	słaba	20,45	546
7	zielona	słaba	20,39	545
8	zielona	średnia	18,53	518
9	zielona	silna	18,24	513
10	niebieska	średnia	17,49	500
11	niebieska	słaba	16,92	491
12	granatowa	silna	15,66	471
13	fioletowa	silna	13,10	441
14	fioletowa	słaba	12,47	437
15	fioletowa	średnia	12,99	441

3. Podsumowanie

Porównując długości fal uzyskanych w ćwiczeniu z danymi tablicowymi możemy wnioskować, że pierwszy z badanych gazów to Hel, a drugi z badanych gazów to Wodór.

- 1 -

---