Odpowiedzi do ćwiczenia 24.
1. Podaj cel ćwiczenia. Czym zajmuje się spektroskopia?
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z techniką spektroskopii optycznej oraz zastosowaniem jej do identyfikacji nieznanych gazów. Spektroskopia zajmuje się detekcją i analiza promieniowania emitowanego przez lub pochłanianego przez obiekty fizyczne.
2. Co to jest promieniowanie elektromagnetyczne, jak go traktujemy w zjawiskach absorpcji i emisji? Promieniowanie elektromagnetyczne jest formą energii, która rozprzestrzenia się w postaci oscylującego pola elekromagnetycznego. W zjawiskach absorpcji i emisji promieniowanie elektromagnetyczne traktujemy jak strumień cząstek zwanych fotonami (, z których każdy z nich niesie określaną porcję czyli kwant energii związany z częstotliwością promieniowania f.)
3. Jak za pomocą idei kwantowania energii tłumaczymy powstawanie widm atomowych?
Wzór3. Widmo atomowe składa się z szeregu linii, wyraźnie oddzielonych od siebie, które odpowiadają częstotliwościom f promieniowania wysłanego lub pochłoniętego podczas zmiany energii atomu o ΔE.
4. Dokonaj klasyfikacji widm optycznych. Zaznacz, które z nich będziesz obserwował.
widmo ciągłe (są w nim obecne wszystkie częstotliwości promieniowania z zakresu widzialnego)
widma liniowe (atomowe)
widma pasmowe
widma emisyjne
widmo absorpcyjne
Będę obserwować widmo emisyjne.
Widmo optyczne można podzielić:
na widmo absorpcyjne powstałe po rozszczepieniu światła, które przeszło przez obiekt zdolny do selektywnego pochłaniania (absorbowania) części światła. Jest związane z rozkładem natężenia promieniowania elektromagnetycznego w funkcji częstotliwości lub długości fali po przejściu przez substancję.
na widmo emisyjne powstałe w wyniku rozszczepienia światła emitowanego bezpośrednio ze źródła oraz powoduje rozkład natężenia promieniowania elektromagnetycznego, wysyłanego przez daną substancję w funkcji częstotliwości. Źródłem tego promieniowania są atomy lub cząsteczki substancji będące w stanie wzbudzonym.
Wśród widm emisyjnych wyróżniamy kilka rodzajów:
widmo ciągłe jest to mniej lub bardziej falista linia w badanym zakresie długości fal, widmo to wysyłane jest poprzez ciecze i ciała stałe pobudzone do świecenia.
widmo nieciągłe jest to spory obszar bez promieniowania, który posiada pojedyncze wyskoki – prążki, piki – na wykresie
widmo pasmowe jest wysyłane przez gazy i pary o cząsteczkach wieloatomowych; widmo cząsteczkowe powstające przy przejściach między poziomami energetycznymi swobodnych cząsteczek, które obserwuje się w postaci pasm widmowych
widmo liniowe jest wysyłane przez gazy i pary o cząsteczkach jednoatomowych.
5. Opisz budowę spektroskopu, naszkicuj jego schemat.
Składa się on z pryzmatu, kolimatora, lunety i rurki ze skalą złożonych na stoliku.
(Zbudowany jest z czterech podstawowych elementów, do których zalicza się:
Kolimator – jego zadaniem jest wytworzenie równoległej wiązki światła. Najczęściej zbudowany jest on z wąskiej szczeliny za którą znajduje się soczewka skupiająca.
Element rozszczepiający światło – jest to pryzmat lub siatka dyfrakcyjna. Światło polichromatyczne (wielobarwne) przechodząc przez ten element ulega dyspersji (rozszczepieniu), gdyż kąt załamania promienia w obu przypadkach zależy od długości fali światła.
Obiektyw – służy on do zogniskowania załamanej uprzednio wiązki światła na płaszczyznę, w której powstaje widmo.
Okular – pozwala on określać położenia odpowiednich linii widmowych.)
6. Na czym polega cechowanie spektroskopu i w jakim celu się go przeprowadza?
Skala używanego w ćwiczeniu spektrometru jest względna, nie daje bezpośrednio długości fali. Aby określić długości fal występujących w danym widmie, musimy wpierw wycechować spektroskop, tzn. przyporządkować danym podziałkom skali określone długości fali. Dokonujemy tego, używając światła substancji emitujących znane widma. Do tego celu używamy najczęściej rurek jarzeniowych wypełnionych wodorem, helem, neonem lub parami rtęci Rurki te, zwane rurkami Geissiera pobudzane są do świecenia wysokim napięciem z cewki Ruhmkorffa. Rurkę umieszczamy przed szczeliną kolimatora w odległości 2-3 cm, ustalając jej pozycję tak, aby oglądane przez lunetkę widma miały jak największą jasność. Odczytujemy na skali położenia linii i zapisujemy je w tabeli pomiarów. Dobrze jest również zanotować względne natężenie linii (bardzo silna, silna, słaba).Związek między długością fali i położeniem na skali poszczególnych linii widmowych przedstawiamy graficznie w postaci tzw. krzywej dyspersji.
7. Jak obliczysz długości fal obserwowanych linii widmowych?
Wzór nr4
8. Jakim wzorem wyraża się odwrotność długości fali w widmie atomu wodoru? Jaką wielkość
będziesz z niego wyznaczać? wzór nr7. Z podanego wzoru będę wyznaczać stałą Rydberga.