Политех в Сети

Сайт для Учебы

Лабораторная работа № 10 Изучение спектра атома натрия

Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 

Цель. Освоение общих принципов систематики спектров сложных атомов. Измерение длин волн и оценка дублетного расщепления наиболее ярких линий в спектре излучения атома натрия. Нахождение уровней энергии, энергии ионизации, значений квантового дефекта и эффективного заряда атома натрия.

Принципиальная схема установки.

Рис.1. Схема установки.

Экспериментальная установка собрана на базе монохроматора МУМ. Диспергирующим элементом в монохроматоре МУМ (Рис.10.6) является отражательная дифракционная решётка 10. Сканирование спектра производится поворотом решётки с помощью рукоятки 11, находящейся на боковой стенке справа. При этом длина волны спектральной линии, совмещённой с указателем 8 в поле зрения окуляра 9, определяется непосредственно по цифровому механическому счётчику 12 с точностью до 0,2 нм (счётчик расположен рядом с рукояткой). Предусмотрена подсветка указателя, которая включается тумблерами «сеть» и «накал» на блоке питания монохроматора.

Натриевая лампа 1 устанавливается непосредственно перед входной щелью монохроматора 5. Излучение, поступающее в щель, направляется зеркалом 6 на дифракционную решётку 10, разлагается ею на монохроматические компоненты и, отразившись от зеркала 7, попадает в окуляр 9. После включения натриевой лампы и её прогрева (в течение 10 – 15 минут) производят фокусировку окуляра, добиваясь чёткой видимости указателя и спектральных линий. Вращая рукоятку, просматривают весь спектр и схематически зарисовывают его. Затем выполняют измерения длин волн указанных далее спектральных линий.

Расчетные формулы

Выражение для определения энергии фотона

(1)

Правило частот Бора

(2)

Выражение для уровней энергий атомов щелочных элементов

(3)

Уровни энергии в атоме натрия

(4)

Выражение для определения

(5)

Ход работы.

Изобразим наблюдаемый спектр атома натрия.

Рис.2. Спектр атома натрия.

Из рисунка хорошо видна дублетная природа спектральных линий атома натрия.

Произведем измерение длин волн в спектре и занесем данные в таблицу.

Таблица 1

Результаты измерений и расчетов длин волн.

Линия

3P –

5S

3S –

3P

3P –

4D

3P –

6S

3P –

5D

λ, нм

617,0

616,2

590,4

589,8

569,6

569,0

516,4

515,8

499,2

498,8

,см-1

16207

16228

16938

16955

17556

17575

19365

19387

20032

20048

<>, см-1

16218

16946

17565

19376

20040

<HN>, эВ

2,016

2,107

2,184

2,409

2,491

Δ, см-1

21

17

19

23

16

Δ λ, Нм

0,8

0,6

0,6

0,6

0,4

Воспользуемся соотношением (2) и (3) и определим энергии s - и p-уровней.

Рис.3. Схема квантовых переходов.

Таблица 2

Результаты расчет энергетических уровней.

N

3

4

5

6

7

8

Ens, эВ

-5,142

-1,952

-1,019

-0,627

-0,425

-0,269

Enp, эВ

-3,035

-0,852

-0,802

-0,378

-0,512

-0,309

End, эВ

-1,511

-0,850

-0,544

-0,378

-0,278

-0,213

Enf, эВ

-

-0,850

-0,544

-0,378

-0,278

-0,213

Таблица 3

Поправки ридберга для расчета энергий.

Δ3s

Δ5s

Δ6s

Δ3p

Δd

1,373668785

1,3469682

1,341

0,88323

0

Z 3s

Z 5s

Z 8s

Z 3p

Z 5p

Z 8p

Z g

Wi

1,844642698

1,3687261

1,1241

1,41725

1,21454

1,2064047

1,1522

-5,142

Таблица 4

Результаты измерений и расчетов для определения коэффициентов Миллера.

эВ

эВ

см-1

см-1

нм

нм

Principal

2,107

-5,142

16946,3

41362,4

590,1

241,8

Sharp

1,083

-3,035

8715,38

24416,2

1147,4

409,6

Diffuse

1,524

-3,035

12260,4

24416,2

815,6

409,6

Fundamental

0,661

-1,511

5318,14

12155,7

1880,4

822,7

Вывод. В лабораторной работе изучен спектр атома натрия. Определено дублетное расщепление наиболее ярких линий в спектре атома натрия. Рассчитаны уровни энергии, энергии ионизации, значения квантового дефекта и эффективного заряда атома натрия.