widma-paulina, ZIP POLSL, Fizyka

[ Pobierz całość w formacie PDF ]

I.                 Wstęp teoretyczny.

Analiza widmowa opiera się na zjawisku dyspersji fali elektromagnetycznej, czyli rozszczepieniu światła polichromatyczne na barwy składowe. Fala elektromagnetyczna, jaką poddaje się analizie jest widmem wyemitowanym lub zaabsorbowanym przez pierwiastek.

Widma emisyjne i absorpcyjne mogą być wykorzystywane do analizy widmowej.

Zjawisko dyspersji fali elektromagnetycznej wynika z faktu, że współczynnik załamania dla określonego środowiska zależy od długości światła (fali elektromagnetycznej).

Rozszczepienia światła dokonuje się za pomocą odpowiednich układów optycznych (pryzmatu, soczewki). Światło białe (jako mieszanina wszystkich długości fal widzialnych o częstotliwościach 400-710nm) przechodząc przez pryzmat - bryłę ograniczoną dwoma płaszczyznami tworzącymi ze sobą kąt g (inne płaszczyzny są dowolne) - ulega rozszczepieniu na barwy: czerwoną, pomarańczową, żółtą zieloną, niebieską i fioletową. Światło o poszczególnych barwach różni się długością fali. Obraz powstały na wskutek rozszczepienia światła białego nazywamy widmem ciągłym, ponieważ kolejne barwy przechodzą w sposób ciągły jedna w drugą. Widmo ciągłe możemy otrzymać poddając rozszczepieniu światło wysyłane przez ciała stałe i ciekłe podgrzane do wysokiej temperatury.

Gdy jako źródło światła wykorzystujemy gazy jednoatomowe, widmo składa się z pojedynczych prążków barwnych, których ilość i położenie jest inne i niepowtarzalne dla każdego gazu. Widmo takie pozwala nam na zidentyfikowanie atomów będących źródłem fali. Pomiarów położenia linii widmowych dokonuje się za pomocą spektrometru.

Chcąc wykonać analizę widmową musimy znać dokładnie długości fal poszczególnych linii. Długość fal możemy określić z położenia poszczególnych długości fal, znając tzw. krzywą cechowania monochromatora. Krzywa cechowania, jest to zależność długości fali od położenia linii (położenie jest mierzone w sposób umowny, ważne jest tylko, aby był to ten sam sposób dla wyznaczania krzywej oraz dla właściwych pomiarów przy badaniu nieznanego pierwiastka). Aby wyznaczyć przebieg krzywej cechowania monochromatora określamy położenie linii pierwiastka o znanym widmie i możliwie największym zakresie długości emitowanych fal (jeśli zachodzi taka potrzeba, można użyć więcej niż jednego pierwiastka).Gazy o cząsteczkach dwu- i wieloatomowych dają widma pasmowe, w których nie występują pojedyncze linie o jednej tylko długości fali, lecz pasma na przemian jasne i ciemne. Do identyfikacji pierwiastków nadaje się zarówno widmo emisyjne jak i widmo absorpcyjne.

II.            Opracowanie pomiarów.

1.      Korzystając z danych tablicowych oraz wyników badań widma emisyjnego rtęci sporządzić wykres zależności długości fali obserwowanego w monochromatorze promieniowania od wskazania na skali monochromatora.

2.      Wykorzystując sporządzoną krzywą cechowania monochromatora znaleźć długości fal promieniowania emitowanego przez badaną lampę spektralna.

3.      Porównując długości fal zaobserwowanych linii widmowych z danymi tablicowymi identyfikujemy pierwiastki w przebadanych lampach spektralnych.

4.      Dla każdej z linii Hα, Hβ, Hγ widma wodoru obliczamy wartość stałej Rydberga ze wzoru
 

, gdzie             

Następnie obliczyć wartość średnia i odpowiadające jej odchylenie standardowe.

III.       Wyniki pomiarów i obliczenia.

Lampa rtęciowa

L.p.

Barwa

Długość fali,nm

Pomiar monochromatora, o

1

Pomarańczowa

623,4

1702

2

Żółta

579,1

1770

3

Żółta

577,0

1746

4

Zielona

546,0

1574

5

Zielono-niebieska

491,0

1140

6

Fioletowa

435,8

480

7

Fioletowa

404,7

10

Wskazanie, o

ʎ, nm

Tablica 2.

Wyniki dla lampy sodowej - Na.

L.p.

Barwa

Wskazanie
monochromatora,o

Długości fali, nm

(Odczyt z krzywej cechowania)

Długości fali z tablic,nm

1

Czerwona

1306

516

640,2

2

Pomarańczowa

2402

501

616,1

3

Pomarańczowa

2222

474

615,4

4

Żółta

1822

421

589,6

5

Żółta

1810

419

589,0

6

Żółto-zielona

1722

408

568,8

...