Nr ćwiczenia: 11	Temat ćwiczenia: Poziomy energetyczne atomu wodoru. Stała Rydberga.	Ocenia z teorii:
Nr zespołu: 5	Imię i nazwisko: Tomasz Dziwiński	Ocena z zal. ćwiczenia:
Data: 10.05.2006	Wydział, rok, grupa: EAIiE, I, 1	Uwagi:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest analiza spektralna światła emitowanego przez atomy wodoru, odtworzenie stanów energetycznych oraz wyznaczenie energii jonizacji atomu wodoru.

2. Wyposażenie stanowiska:

Lampy spektralne: hel i wodór, uchwyt do lamp spektralnych, zasilacz wysokiego napięcia 0 - 10kV, statyw, siatka dyfrakcyjna, siatkowy mikrospektrometr światłowodowy, komputer.

3. Wstęp teoretyczny:

Siatka dyfrakcyjna - jeden z najprostszych przyrządów do przeprowadzania analizy widmowej. Tworzy ją układ równych, równoległych i jednakowo rozmieszczonych szczelin. Jest to przezroczysta lub półprzezroczysta płytka - kryształowa, szklana lub z tworzywa sztucznego. Na jedną ze stron płytki zostaje naniesiona seria równoległych nieprzezroczystych linii, o stałym i odpowiednio małym rozstawie - od kilkunastu linii na milimetr aż do tysiąca w przypadku dobrych siatek. Działanie siatki dyfrakcyjnej polega na wykorzystaniu zjawiska dyfrakcji i interferencji światła do uzyskania jego widma. W tym celu pomiędzy źródłem światła a białym ekranem umieszcza się siatkę dyfrakcyjną. Na ekranie uzyskuje się w ten sposób widmo światła.

d ·sinα = nλ ,gdzie n - rząd widma , d - stała siatki , λ - długość fali

Zdolność rozdzielcza - w optyce przydatność określonego przyrządu optycznego do obserwacji obiektów o określonej odległości kątowej. Im większa jest zdolność rozdzielcza tym bliższe sobie punkty są obserwowane jako odrębne, a nie jako pojedyncza plama.

gdzie N - liczba szczelin siatki, s - szerokość czynna siatki

Widmo emisyjne - widmo spektroskopowe, które jest obrazem promieniowana elektromagnetycznego wysyłanego przez ciało w przestrzeń. Widmo emisyjne powstaje zwykle na skutek wzbudzenia elektromagnetycznego elektronów atomów tworzących dane ciało i następnie powrót tych elektronów do stanu podstawowego. Po przejściu elektronu do stanu podstawowego następuje emisja kwantu promieniowania elektromagnetycznego równego różnicy energii poziomu wzbudzonego i podstawowego. W przypadku gazów - widmo emisyjne przyjmuje często formę serii dobrze rozseparowanych częstotliwości, które spektrometry rejestrują formie kolorowych prążków. Układ tych prążków jednoznacznie wskazuje na obecność określonego pierwiastka w gazie i jest nazywany widmem atomowym. Umożliwia to m.in. ustalanie na podstawie widm emisyjnych składu pierwiastkowego odległych ciał niebieskich.

Widmo absorpcyjne - graficzny zapis zmian wartości absorpcji w zależności od długości fali. Powstaje podczas przechodzenia promieniowania elektromagnetycznego przez ośrodek absorbujący promieniowanie. Widmo absorpcyjne związane jest ze zmianami energii elektronowej, oscylacyjnej i rotacyjnej.

Widmo emisyjne wodoru w zakresie widzialnym - w zakresie widzialnym występują 3 silne linie wodoru: H_α (656.3 nm) , H_β (486.1 nm) , H_γ (434 nm) oraz szereg linii w nadfiolecie o długościach fal zbliżających się w regularny sposób do granicy krótkofalowej.

Wypromieniowanie następuje tylko wtedy, gdy atom przechodzi z jednego stanu o energii E_k, do innego stanu o niższej energii E_j. Można to zapisać w postaci równania:

hv = E_k - E_j gdzie hv oznacza kwant energii uniesionej przez foton.

W zależności od liczb kwantowych rozróżniamy następujące serie widmowe wodoru:

Seria Lymana (1) , seria Balmera (2) , seria Paschena (3) , seria Bracketta (4) , seria Pfunda (5)

Ogólny wzór na długość fali fotonu odpowiadajacego przejściu pomiędzy dwiema powłokami w atomie wodoru:

Stała Rydberga - stała pojawiająca się we wzorach opisujących poziomy energetyczne i serie widmowe atomów.

gdzie m - masa elektronu, e - ładunek elektronu, c- prędkość światła, h - stała Plancka.

Model budowy atomu Bohra - Według tego modelu elektron krąży wokół jądra jako naładowany punkt materialny, przyciągany do jądra siłami elektrostatycznymi. Pierwszym równaniem modelu jest równość siły elektrostatycznej i siły dośrodkowej. Drugie równanie, spoza mechaniki, informuje, że długość fali elektronu mieści się całkowitą liczbę razy w długości orbity kołowej.

Energią jonizacji pierwiastka nazywa się minimum energii jaką należy użyć by oderwać elektron od atomu tego pierwiastka w stanie gazowym. Mówi się o pierwszej, drugiej, trzeciej itp. energii jonizacji w odniesieniu do oderwania się odpowiednio 1, 2, 3 i więcej elektronów od atomu.

---