Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
4
PAGE 4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ В АТОМЕ ВОДОРОДА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ РИДБЕРГА
Цель работы: ознакомить студентов со структурой спектра водорода и определить постоянную Ридберга.
Приборы и принадлежности: спектральная ртутная лампа типа ДРК-12 с источником питания, водородная трубка, высоковольтный индуктор, спектроскоп, выпрямитель на 12 В.
В спектрах твердых тел и жидкостей присутствуют электромагнитные волны практически всех длин (сплошной спектр). Спектры газов состоят из отдельных линий (линейчатый спектр). Спектры паров и молекул представляют собой набор окрашенных полос, отделенных друг от друга темными промежутками (полосатый спектр).
Наиболее простое строение имеет спектр легчайшего химического элемента – водорода. Теория водородного спектра базируется на следующих трех постулатах Бора:
( 1 )
где m – масса электрона, m = 9,110-31кг,
Vк – скорость электрона на к-той орбите,
Rк – радиус к-той орбиты,
h – постоянная Планка, h = 6,610-34Дж с,
k – квантовое число, k = 1, 2, 3 . . . . .
( 2 )
где En и Ek – соответственно энергия электрона n–ой и k–той орбит.
Согласно теории полная энергия электрона в атоме отрицательна и равна
( 3 )
Где m – масса электрона,
Z – порядковый номер элемента в таблице Менделеева,
е – заряд электрона, равный 1,610-19 К,
n – номер орбиты, на которой находится электрон.
При Z = 1 из формулы ( 3 ) получается выражение для стационарных состояний или, как говорят, энергетических уровней электрона в атоме водорода:
( 4 )
Введем обозначение:
( 5 )
Тогда ( 4 ) перепишется в виде:
( 6 )
Подставляя ( 6 ) в ( 2 ), получим:
( 7 )
Из ( 7 ) следует, что частоты всех линий в спектре атома водорода, могут быть представлены в виде разности двух функций от целых чисел Т(к) и Т(п). Эти функции носят название спектральных терминов.
В спектроскопии обычно вместо частоты рассматривают величину
( 8 )
называемую волновым числом. Это число показывает, сколько длин волн укладывается в 1 см.
Вводя в формулу (7) вместо nk его выражение через N, получим:
Откуда (9)
(10)
Величина R носит название постоянной Ридберга. Численное значение постоянной Ридберга равно R = 109 967 см-1. Если в формуле (9) к = 1, т. е. происходит переход электрона из вышенаходящихся орбит на первую, то атом водорода испускает спектральную серию, которая называется серией Лаймана. Эта серия лежит в ультрафиолетовой области спектра. При к = 2 наблюдается спектральная серия Бальмера. Она находится в видимой области спектра. Значение к = 3, 4, 5 соответствует испусканию спектральных серий Пашена, Бреккета, Пфунда. Они находятся в инфракрасной и далекой инфракрасной областях спектра.
Установка для выполнения работы состоит из ртутной лампы типа ПРК-1 с источником питания, водородной трубки с высоковольтным индуктором и спектроскопа. Спектроскоп предназначен для исследования различных спектров и определения волн. Спектроскоп (рис. 1) состоит из коллимационной трубы 1, призмы 2 и окуляра 3, которые расположены на столике, закрепленном на подставке.
Рисунок 1.
Винтовой микрометр служит для определения относительного положения линий в спектре. Коллиматор 1 предназначен для получения параллельного пучка лучей и представляет собой трубу, на одном конце которой имеется регулируемая щель S, на другом – линза. Щель находится в фокусе линзы. Призма 2 предназначена для разложения световых лучей в спектр. Окуляр 3 служит для наблюдения спектра. Он имеет вертикальную нить, которую совмещают с той линией спектра, которая исследуется.
Упражнение 1. Градуировка спектроскопа.
Таблица 1 Длина волн ртути
|
Цвет спектральной линии ртути |
Длина волны λ (нм) |
|
Фиолетовая Синяя Светло – голубая Желто – зеленая Желтая Ярко – красная |
406,2 435,8 491,6 546,0 573,0 623,4 |
Упражнение 2. Определение постоянной Ридберга.
Таблица 2 Квантовые числа для линий водорода
|
Цвет спектральной линии водорода |
Квантовые числа |
|
|
к |
n |
|
|
Ярко – красная Зелено – голубая Синяя Слабо - фиолетовая |
2 2 2 2 |
3 4 5 6 |