Politechnika Krakowska Wydział Inżynierii Środowiska	Imię i Nazwisko: Mateusz Mróz	Nr zespołu: I	Ocena:
Grupa: V	Temat ćwiczenia: Analiza spektralna gazów.	Nr ćwiczenia: 24	Data wykonania: 18.10.2011

1. Wprowadzenie

Widmem optycznym nazywamy obraz uzyskany w wyniku rozszczepienia promieniowania polichromatycznego na składowe o różnych długościach fal.

W zależności od sposobu powstawania, widma dzielą się na:

• Emisyjne - emitowane przez daną substancję;

• Absorpcyjne - przechodzące przez daną substancję pochłaniającą.

Ze względu na postać w jakiej występują widma absorpcyjne, możemy podzielić na:

- ciągłe – zespół barw przechodzących płynnie jedna w drugą (dawane przez rozżarzone ciała stałe, ciecze i gazy pod dużym ciśnieniem;

- liniowe – jasne barwne prążki (linie widmowe) na ciemnym tle (emisyjne), bądź ciemne prążki na tle widma ciągłego (absorpcyjne), dawane przez gazy i pary jednoatomowe;

- pasmowe – barwne pasma (złożone z bardzo gęstych linii widmowych) na ciemnym tle.

SCHEMAT BUDOWY SPEKTROSKOPU

Przyrządy potrzebne do wykonania ćwiczenia:

1.Spektroskop pryzmatyczny

2.Żarówka

3.Lampa rtęciowa

4.Induktor

5.Rurki Geisslera

Spektrometr jest to przyrząd służący do otrzymywania i badania widm.

Składa się z pryzmatu , kolimatora , lunety i rurki ze skalą.

Kolimator jest to rura wewnątrz poczerniona , zaopatrzona z jednej strony w szczelinę, której szerokość można regulować, a z drugiej strony w soczewkę skupiającą. Szczelina znajdująca się w ognisku soczewki i oświetlana badanym światłem ze źródła jest dla spektroskopu przedmiotem świecącym (wysyła ona rozbieżną wiązkę światła, która po przejściu przez soczewkę zamienia się na równoległą i pada na pryzmat). W pryzmacie część światła ulega odbiciu, a część zostaje załamana i rozszczepiona. Z pryzmatu zatem wychodzi szereg wiązek równoległych o różnych długościach fali. Najbardziej odchylone od pierwotnego kierunku są wiązki o kolorze fioletowym, a najmniej o kolorze czerwonym. Wiązki te padają na obiektyw lunety i dają w jego płaszczyźnie ogniskowej szereg rzeczywistych, pomniejszonych, odwróconych obrazów szczeliny, uszeregowanych obok siebie, które oglądamy przez okular działający jak lupa. Obrazy te nazywamy widmami ciała świecącego.

Jeżeli źródło wysyła fale wszystkich długości (obrazy leżą jeden przy drugim), to otrzymujemy stopniowe przejście jednej barwy w drugą – tzw. widmo ciągłe.

Jeżeli źródło wysyła fale tylko o pewnych długościach (powstają pojedyncze obrazy szczeliny w pewnych odstępach od siebie) mamy do czynienia z tzw. widmem liniowym.

Podziałka znajduje się w ognisku soczewki umieszczonej na drugim końcu rurki. Żarówka znajdująca się w tej samej rurce wysyła rozbieżną wiązkę światła, która po przejściu przez soczewkę zmienia się na równoległą, pada na ścianę pryzmatu, odbija się częściowo i po wejściu do lunety daje w płaszczyźnie ogniskowej obiektywu rzeczywisty, odwrócony obraz skali.

2. Metoda pomiaru

Światło emitowane przez atomy w porcjach zwanych kwantami. Energia kwantu wiąże się z częstotliwością v emitowanego promieniowania i długości fali świetlnej λ.

E = hv

( a skoro $v = \frac{c}{\lambda}$, to $E = \frac{\text{hc}}{\lambda}$ )

gdzie:

h - jest stałą Plancka;

c - jest prędkością światła.

Emisja kwantu ma 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.

W omawianym ćwiczeniu obserwujemy liniowe widma rtęci oraz nieznane gazy, a także widmo emitowane przez mieszaninę wodoru atomowego H z wodorem cząsteczkowym H₂. W tym ostatnim przypadku zobaczymy więc widmo liniowe wodoru jednoatomowego „wymieszane” z widmem pasmowym wodoru cząsteczkowego.

Warto teraz wspomnieć również o widmie atomowym wodoru wynikającego z modelu Bohra. Zgodnie z przewidywaniami tego modelu, elektron związany w atomie wodoru może przebywać w stanach o energiach:

$$E_{n} = h \bullet c \bullet R \bullet \frac{1}{n^{2}}$$

gdzie:

R - jest tzw. stałą Rydberga.

3. Wyniki pomiarów

Widmo emitowane przez pary rtęci przedstawia poniższa tabela:

LP	Barwa linii	Intensywność	Położenie x	Długość fali [nm]
1	czerwona	słaba	27,86	708,1
2	czerwona	silna	27,37	690,7
3	czerwona	średnia	26,86	671,6
4	czerwona	silna	25,29	623,4
5	pomarańczowa	silna	24,89	612,3
6	pomarańczowa	średnia	24,71	607,2
7	pomarańczowa	słaba	24,03	589,0
8	żółta	silna	23,57	579,0
9	żółta	silna	23,48	578,9
10	zielona	słaba	23,05	567,5
11	zielona	silna	21,89	546,0
12	zielona	słaba	21,44	535,4
13	zielona	słaba	19,42	504,5
14	zielona	słaba	19,27	502,5
15	zielona	średnia	18,72	499,1
16	niebieska	silna	18,37	491,6
17	fioletowa	silna	12,99	435,8
18	fioletowa	średnia	12,86	434,7
19	fioletowa	słaba	12,76	433,9
20	fioletowa	słaba	9,60	410,8
21	fioletowa	silna	9,09	407,7
22	fioletowa	silna	8,58	404,6

Tabela 1.

LP	Barwa linii	Intensywność	Położenie x	Długość fali [nm]	WARTOŚĆ TABLICOWA
1	czerwona	silna	26,75	668	668
2	czerwona	średnia	26,32	654	-
3	żółta	silna	23,93	588	588
4	zielona	słaba	21,92	546	-
5	zielona	słaba	21,52	539	-
6	zielona	średnia	19,38	505	505
7	zielona	silna	19,22	503	502
8	zielona	średnia	18,48	493	492
9	niebieska	średnia	17,95	486	-
10	niebieska	średnia	16,75	472	471
11	fioletowa	średnia	14,30	448	447

Otrzymane wyniki zilustrowane w tabeli 1, wskazują na obecność helu w badanej rurce.

Tabela 2.

LP	Barwa linii	Intensywność	Położenie x	Długość fali [nm]	WARTOŚĆ TABLICOWA
1	czerwona	średnia	27,66	701	702
2	czerwona	średnia	26,82	670	672
3	czerwona	średnia	26,47	659	660
4	czerwona	silna	26,20	650	651
5	czerwona	silna	25,81	638	638
6	czerwona	średnia	25,53	630	630
7	pomarańczowa	średnia	25,24	621	622
8	pomarańczowa	silna	24,97	614	614
9	pomarańczowa	słaba	24,54	603	603
10	żółta	średnia	24,19	594	594
11	żółta	średnia	23,94	588	588
12	żółta	słaba	23,68	582	582
13	zielona	słaba	23,43	576	576
14	zielona	słaba	22,93	566	566
15	zielona	średnia	21,60	540	540
16	zielona	średnia	21,21	533	533
17	niebieska	słaba	19,55	507	-

Otrzymane wyniki zilustrowane w tabeli 2, wskazują na obecność neonu w badanej rurce.

Tabela 3.

LP	Barwa linii	Intensywność	Położenie x	Długość fali [nm]
1	czerwona	słaba	26,81	670
2	czerwona	słaba	26,77	669
3	czerwona	słaba	26,48	659
4	czerwona	średnia	26,34	654
5	czerwona	średnia	26,32	654
6	czerwona	średnia	26,21	650
7	czerwona	silna	25,87	640
8	czerwona	silna	25,81	638
9	czerwona	silna	25,64	633
10	czerwona	średnia	25,55	630
11	czerwona	średnia	25,42	627
12	czerwona	słaba	25,24	621
13	pomarańczowa	słaba	25,06	616
14	pomarańczowa	średnia	24,99	615
15	pomarańczowa	średnia	24,81	610
16	pomarańczowa	średnia	24,72	607
17	pomarańczowa	słaba	24,55	603
18	pomarańczowa	słaba	24,34	598
19	żółta	słaba	24,21	594
20	żółta	słaba	23,95	588
21	żółta	silna	23,82	585
22	zielona	słaba	21,64	541
23	zielona	słaba	21,30	535
24	zielona	słaba	21,24	534
25	zielona	słaba	20,42	520
26	niebieska	słaba	17,96	487

Otrzymane wyniki zilustrowane w tabeli 3, wskazują na obecność wodoru w badanej rurce.

4. Wykres z wykonywanego ćwiczenia