Marcin Kwoka Rzeszów 1996.03.19
I ED rok 1995/96
gr. Laboratoryjna nr 3.
ĆWICZENIE 47
Badanie widma emisyjnego gazów.
Wyznaczanie nieznanych długości fali.
Promieniowanie elektromagnetyczne można opisywać dwojako jako: jako falę i jako strumień fotonów.
Fale elektromagnetyczne to rozchodząca się w przestrzeni i w czasie spójna zmiana pola elektrycznego i magnetycznego. Fali takiej, jak każdej fali , można przyporządkować długość α i częstość υ ; obie te wielkość są związane zależnością:
α=c/υ
Widmo promieniowania elektromagnetycznego obejmuje fale o długościach od około 10-7 m do około 10-3 m (nadfiolet, promieniowanie widzialne, podczerwień, daleka podczerwień). Wśród widm promieniowania elektromagnetycznego najprostszy charakter ma widmo liniowe wodoru. Charakterystyczne dla wodoru linie w dziedzinie promieniowania widzialnego Hα , Hβ , Hγ , Hδ za Baimerem, opisać możemy wzorem w postaci:
1 1 1
_ = RH ( __ + __ )
λ 22 n2
RH - stała Rydberga, (dla wodoru) ma wartość 10167758 -1 m.
Inny sposób opisu promieniowania elektromagnetycznego polega na traktowaniu go jako strumienia cząstek - fotonów, pozbawionych wprawdzie masy spoczynkowej , ale niosących ze sobą ściśle określoną energię:
E=hυ
- gdzie υ jest częstością, a h stałą Plancka. Kiedy kwant promieniowania elektromagnetycznego - foton, pada na cząsteczkę, może być przez nią pochłonięty. Warunek, który muszą spełniać cząsteczka i foton (warunek Bohra) można zapisać:
ΔEnm = En - Em
Marcin Kwoka
I ED rok 1995/96
gr. Laboratoryjna nr 3.
Oznacz to, że energia jaką ze sobą niesie foton musi być równa różnicy ΔEnm pomiędzy stanami energetycznymi m i n cząstki.
Wyróżniamy cztery podstawowe źródła energii cząsteczki:
- ruch translaacyjny (postępowy) cząsteczki jako całości,
- rotacje tzn. obroty cząsteczek jako całości wokół określonej w przestrzeni osi,
- oscylacje (drgania) atomów w cząsteczce wokół ich położenia równowagi,
- sposób rozkładu elektron ów w cząsteczce.
Warunek Bohra łączy ze sobą energię promieniowania i energie stanów cząsteczki, a ściślej różnicę energii pomiędzy dwoma stanami - zwaną energią przejść. Jeżeli porównamy energię przejść z energię promieniowania elektromagnetycznego, to stwierdzimy, że:
- widmo rotacyjne leży w dalekiej podczerwieni,
- widmo oscylacyjne leży w obszarze podczerwieni,
- widmo elektronowe (związane z rozkładem elektronów) leży w obszarze
widzialnym i nadfiolecie.
Widmo ciągłe wysyłają rozżarzone ciała stałe, a widmo liniowe pary atomowe.
Wnioski:
Otrzymana krzywa dyspersji wyznaczona przy pomocy znanych długości fal jakie wysyła hel w widmie widzialnym, niejako przeskalowuje skalę spektrometr z wartości L na wartość długości fali λ wyrażoną w nanometrach. Ze względu na kształt krzywej dyspersji błąd określenia długości nieznanej fali λ przy tym samym błędzie odczytu ΔL jest tym większy im większą wartość ma nieznana długość fali.
Marcin Kwoka
I ED rok 1995/96
gr. Laboratoryjna nr 3.
Lp |
barwa linii |
L |
ΔL |
λ |
Lx |
barwa λ |
λx |
Δλx |
λx ± Δλx |
|
- |
- |
- |
[ ] |
- |
- |
[ ] |
[ ] |
[ ] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|