SPRAWOZDANIE

FIZYKA

Ćwiczenie nr 45

Temat:

„Oznaczanie pierwiastków za pomocą emisyjnego widma liniowego”

Para nr 2

Kamila Jurewicz

Paweł Gromelski

Grupa nr 5

Atomy pierwiastków przeprowadzone w elektronowy stan wzbudzony powracając do podstawowego stanu energetycznego, emitują kwanty energii. Zgodnie z zasadami energii kwantowej atomy mogą znajdować się tylko w ściśle określonych tzw. dozwolonych stanach wzbudzonych, o określonych tzw. dozwolonych stanach wzbudzonych, o określonych wartościach energii itd. Zbiór takich wartości energii jest charakterystyczny dla atomów każdego pierwiastka.

Podczas przejściach z kolejnych energetycznych stanów wzbudzonych do stanu podstawowego o energii E następuje emisja kwantów promieniowania o odpowiednich częstotliwościach ν₁ , ν₂ ,… czyli emisja monochromatycznych wiązek światła o poszczególnych długościach fal χ₁ , χ₂, …

gdzie : h- stała Planca, 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 wyprowadzonej do palnika soli NaCl) przechodzą do dozwolonych stanów wzbudzonych. Skutkiem takiego wzbudzenia jest emisja światła, którego widmem jest widmo liniowe.

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 badanym związku. Metodę tą stosuje się do 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.

Opis spektroskopu

Spektroskop składa się z trzech zasadniczych części: kolimatora, pryzmatu i lunety obserwacyjnej.

Kolimator służy do otrzymywania równoległej wiązki światła padającej na pryzmat. Składa się ona z soczewki skupiającej (układu soczewek)

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

Po wykreśleniu krzywej dyspersji dla danego spektroskopu można przejść do wyznaczenia nieznanych 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.

Wykonanie pomiaru:

1. Ustawić naprzeciw szczeliny kolimatora lampę rtęciową (znane źródło światła) włączoną do sieci prądu zmiennego.

2. Ustawić okular lunety (L) na ostrość (linie muszą być widziane bardzo wyraźnie).

3. Nastawić tak szerokość szczeliny kolimatora CK), aby szerokość obser­ wowanej linii była nie większa niż szerokość nici pajęczej w okularze lunety (L).

4. Za pomocą śruby mikrometrycznej przesunąć widmo w ten sposób, aby nastąpiło pokrycie najsilniejszej linii czerwonej z nicią. Odczytać war­ tość liczbową położenia na mikrometrze dla tej linii, przyjmując ją za punkt odniesienia.

5. Przesunąć widmo tak, aby nić pokryła się z następną linią i odczytać jej położenie w stosunku do punktu odniesienia ustalonego w poprzednim pomiarze.

6. W podobny sposób przeprowadzić pomiary położeń dla pozostałych linii widmowych.

7. Na papierze milimetrowym wykonać krzywą dyspersji. Długości fal dla poszczególnych linii w widmie rtęci wziąć z tabelki umieszczonej przy spektroskopie.

8. Zamiast lampy rtęciowej ustawić drugą lampę (nieznane źródło świa­ tła) i w podobny sposób odczytać położenie poszczególnych linii.

9. Z krzywej dyspersji odczytać długości fal dla poszczególnych linii w ba­ danym obiekcie.

10. Wyniki zestawić w tabelce.

11. Porównać otrzymane widmo z danymi zawartymi w tablicach widm liniowych różnych pierwiastków i określić, jaki pierwiastek jest odpo­wiedzialny za widmo obserwowane w ćwiczeniu.

Barwa linii	Podziałka	Długość fali źródła znanego	Długość fali źródła badanego