1. Budowa i działanie spektroskopu.

Spektroskop - jest to przyrząd służący do otrzymywania i badania widm. Składa się z pryzmatu (P), kolimatora (K), lunety (L) i rurki ze skalą (S').

Kolimator - jest to rura wewnątrz poczerniona, zaopatrzona z jednej strony w szczelinę (S), której szerokość można regulować, z drugiej strony soczewkę skupiającą; szczelina znajduje się w ognisku soczewki. Szczelina (S) oświetlona badanym światłem ze źródła (Ź) jest dla spektroskopu przedmiotem świecącym; wysyła ona rozbieżną wiązkę światła, która po przejściu przez soczewkę zamienia się w równoległą i pada na pryzmat. Tu część światła ulega odbiciu, część wnika do wnętrza, zostaje załamana i rozszczepiona. Z pryzmatu zatem wychodzi szereg wiązek równoległych o różnych długościach fali, każda pod innym kątem. Najbardziej odchylona od pierwotnego kierunku są wiązki fioletowe, najmniej czerwone. 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 nazywają się widmem ciała świecącego.

Jeżeli źródło wysyła fale wszystkich długości, obrazy te leżą jeden tuż przy drugim, otrzymujemy stopniowe przejście jednej barwy w drugą tzw. widmo ciągłe. Jeżeli źródło wysyła fale tylko o pewnych długościach, to powstają pojedyncze obrazy szczeliny w pewnych odstępach od siebie, tzw. widmo liniowe.

2. Widmo optyczne.

Widmo optyczne - obraz uzyskany w wyniku rozszczepienia promieniowania optycznego światła optycznego na składowe o różnych długościach fali.

Widmo optyczne emisyjne - widmo światłą emitowanego przez daną substancję.

Widmo optyczne absorpcyjne - widmo światła przechodzącego przez substancję pochłaniającą (świecący gaz lub para pochłaniająca te rodzaje promieniowania, które są wysyłane) np.: linie Prawhofera, to linie absorpcyjne pojawiające się w widmie słońca.

Widmo optyczne dzielimy na:

• Widmo ciągłe - widmo mające postać zespołu barw przechodzących płynnie jedna w drugą (np.: tęcza), dawana między innymi przez rozżarzone ciała stałe, ciekłe i gazy pod dużym ciśnieniem.

• Widmo liniowe - widmo mające postać jasnych barwnych prążków (linii widmowych) na ciemnym tle lub ciemnych prążków na tle widma ciągłego. Widmo charakterystyczne dla atomów pierwiastka emitującego (pochłaniającego) dawane przez pary gazy.

• Widmo pasmowe - widmo mające postać barwnych pasów (złożonych z bardzo gęsto rozmieszczonych linii widmowych) na ciemnym tle charakteryzujących cząsteczki chemiczne. Występuje wtedy, gdy molekuły gazu są pobudzone do świecenia.

3. Analiza widmowa.

Z linii występujących w widmie jakiegoś nieznanego ciała można wywnioskować jakie pierwiastki wchodzą w skład ciała . Metoda ta nosi nazwę analizy widmowej.

Aby móc obserwować widmo świecącego gazu do wywołania jego świecenia używa się rurki do wyładowań. Jest to rura szklana, zwykle z przewężeniem w środku z wtopionymi na końcach elektrodami metalowymi. Rurkę wypełnia się gazem pod ciśnieniem. Gdy do elektrod przyłączymy źródło dostatecznie wysokiego napięcia (kilkaset do paru tysięcy Voltów) przez rurę zacznie przechodzić prąd elektryczny i gaz wewnątrz rurki zacznie świecić. Świecenie to jest szczególni silne w przewężonej części rurki, którą umieszczamy przy szczelinie spektroskopu. Również pary np.: parę rtęci można pobudzić do świecenia w podobny sposób.

Elektron o masie (m) i ładunku (-e) krąży po orbicie kołowej o promieniu (r) wokół niemolowego jądra (protonu) o masie (M) i ładunku (e).

Elektron porusza się pod wpływem centralnej siły elektrostatycznego przyciągania przez proton, której wartość wynosi:

z przyspieszeniem dośrodkowym:

Energia kinetyczna elektronu wynosi:

lub

Energia potencjalna atomu wynosi:

Całkowita energia atomu wynosi:

Całkowita energia równa jest więc:

4. Doświadczenie.

Widmo lampy rtęciowej, służące do wyskalowania spektroskopu.

Lp.	Barwa lini	Intensywność	Położenie na skali	Długość fali
1	Ciemnoczerwona	słaba	0,1	690,7
2	Czerwona	słaba	1,4	623,4
3	Czerwona	słaba	1,7	615,2
4	Pomarańczowa	silna	2,5	579,1
5	Żółta	silna	2,6	577,0
6	Zielona	silna	3,6	546,1
7	Morska	średnia	5,8	491,6
8	Niebieska	silna	9,8	435,8
9	Ciemnoniebieska	słaba	11,9	407,8
10	Fioletowa	średnia	12,3	404,7

Tabela widzialnych linii widm emisyjnych pierwszej próbki

Lp.	Zaobserwowana barwa linii	Rzeczywista barwa linii	Intensywność	Położenie na skali	zaobserwowana długość fali	Rzeczywista długość fali	Odchylenie wyniku od wartości tablicowej
1	Ciemnoczerwona		słaba	-0,5
2	Ciemnoczerwona	Czerwona	słaba	0,5	665	667,8	2,8
3	Czerwona		silna	0,7	653
4	Zielona	Żółta	silna	2,3	588	587,6	0,4
5	Zielona	Zielona	średnia	5,4	501	501,6	0,6
6	Seledyn	Seledyn	silna	6,2	486	492,0	6
7	Granatowo zielona	Niebieska	słaba	7,0	472	471,3	0,7
8	Granatowa	Ciemnoniebieska	średnia	8,6	449	447,1	1,9
9	Granatowa		silna	9,7	436

Tabela widzialnych linii widm emisyjnych drugiej próbki

Lp.	Zaobserwowana barwa linii	Rzeczywista barwa linii	Intensywność	Położenie na skali	zaobserwowana długość fali	Rzeczywista długość fali	Odchylenie wyniku od wartości tablicowej
1	Ciemnoczerwona		słaba	-1,00
2	Ciemnoczerwona	Czerwona	średnia	0,00	715	717,4	2,4
3	Ciemnoczerwona	Czerwona	średnia	0,50	665	667,8	2,8
4	Ciemnoczerwona	Czerwona	silna	0,55	662	659,9	2,1
5	Ciemnoczerwona	Czerwona	słaba	0,70	653	653,3	0,3
6	Ciemnoczerwona	Czerwona	średnia	0,80	648	650,6	2,6
7	Ciemnoczerwona	Pomarańczowa	silna	0,85	645	640,2	4,8
8	Pomarańczowa	Pomarańczowa	silna	1,00	638	638,3	0,3
9	Pomarańczowa		słaba	1,05	636
10	Pomarańczowa	Pomarańczowa	słaba	1,20	630	633,4	3,4
11	Pomarańczowa	Pomarańczowa	słaba	1,25	628	630,5	2,5
12	Pomarańczowa	Pomarańczowa	słaba	1,30	626	626,6	0,6
13	Pomarańczowa	Pomarańczowa	słaba	1,40	622	621,7	0,3
14	Pomarańczowa	Pomarańczowa	słaba	1,55	616	616,3	0,3
15	Żółta	Pomarańczowa	silna	1,60	614	614,3	0,3
16	Żółta	Pomarańczowa	silna	1,70	610	609,6	0,4
17	Żółta	Pomarańczowa	silna	1,80	606	607,0	1
18	Zielona	Pomarańczowa	słaba	1,90	602	603,0	1
19	Zielona	Pomarańczowa	słaba	2,00	598	597,5	0,5
20	Zielona	Pomarańczowa	silna	2,10	595	594,5	0
21	Zielona	Żółta	średnia	2,25	589	588,2	0,8
22	Zielona	Żółta	silna	2,30	588	585,2	2,3
23	Zielona		słaba	2,60	577
24	Niebieska	Zielona	słaba	3,80	540	540,0	0
25	Niebieska		słaba	4,00	535

Wniosek:

Analizując widzialne linie widm emisyjnych podanych próbek gazów (porównując otrzymane z wykresu długości fali z wielkościami tablicowymi ) zidentyfikowałem składniki podanych próbek jako :

• Próbka pierwsza - Hel (He)

• Próbka druga - Neon (Ne)

Niezgodności w odczycie barw są spowodowane przez trudności wynikające z małych rozmiarów obserwowanych prążków widm emisyjnych.

---