Knut Mateusz data: 15.12.2011
Kolasiński Michał

Nr 45

Temat: Oznaczanie pierwiastków za pomocą
emisyjnego widma liniowego.

1. Cel ćwiczenia:
   Celem ćwiczenia jest wyznaczenie krzywej dyspersji spektroskopu, a następnie określenie długości fal widma liniowego nie znanego gazu i oznaczenie składu tego gazu przez porównanie długości fal otrzymanego widma liniowego z danymi zawartymi w tablicach widm liniowych pierwiastków.

2. Definicja wyznaczanej wielkości:

a) widmo liniowe -  widmo emisyjne składające się z oddzielnych linii widmowych. Widmo takie jest typowe dla nieoddziałujących ze sobą atomów, czyli pierwiastków w stanie gazowym, jeżeli gaz ten pozostaje pod niezbyt dużym ciśnieniem. Dlatego widmo tego typu nazywane jest również widmem atomowym. Jest to też inaczej widmo emitowanego światła. Zgodnie z teorią kwantową: atomy mogą znajdować się tylko w ściśle określonych, tzw. dozwolonych stanach wzbudzonych, o określonych wartościach energii E₁, E₂ itd. Zbiór wszystkich tych energii jest charakterystyczny dla atomów każdego pierwiastka:

Podczas przejścia z kolejnych energetycznych stanów wzbudzonych do stanu podstawowego o energii E₀ następuje emisja kwantów promieniowania o odpowiednich częstotliwościach ν₁ , ν₂ ,… czyli emisja monochromatycznych wiązek światła o poszczególnych długościach fal χ₁ , χ₂, …

gdzie : h- stała Planca, c- prędkość światła w próżni

b) spektroskop -  przyrząd służący do przeprowadzania zdalnej analizy poprzez badanie widma odpowiadającego określonemu rodzajowi promieniowania (np. promieniowanie świetlne, rentgenowskie, akustyczne).
Spektroskop składa się z trzech zasadniczych części: a) kolimatora (K), b) pryzmatu (P), lunety obserwacyjnej (L). Kolimator służy do otrzymywania równoległej wiązki światła padającej na pryzmat. Składa się on z soczewki skupiającej (układu soczewek) oraz,
umieszczonej w ognisku tej soczewki, szczeliny o regulowanej szerokości. Pryzmat służy natomiast do rozszczepiania równoległej wiązki promieni, jakie padają z kolimatora. Promienie po wyjściu z pryzmatu wchodzą do lunety obserwacyjnej i w płaszczyźnie jej ogniskowej dają wiele barwnych obrazów szczeliny. Widmo takie obserwuje się poprzez okular lunety, który działa, jak lupa.

c) krzywa dyspersji – wykres zależności .

3. Wykonywanie pomiaru:

1. Ustawić naprzeciw szczeliny kolimatora lampę rtęciową (znane źródło światła) włączoną do sieci prądu zmiennego.

2. Ustawić okular lunety (L) na ostrość (linie muszą być widziane bardzo wyraźnie).

3. Nastawić tak szerokość szczeliny kolimatora (K), aby szerokość obserwowanej linii była nie większa niż szerokość nici pajęczej w okularze lunety (L).

4. Za pomocą śruby mikrometrycznej przesunąć widmo w ten sposób, aby nastąpiło pokrycie najsilniejszej linii czerwonej z nicią. Odczytać wartość liczbową położenia na mikrometrze dla tej linii, przyjmując ją za punkt odniesienia.

5. Przesunąć widmo tak, aby nić pokryła się z następną linią i odczytać jej położenie w stosunku do punktu odniesienia ustalonego w poprzednim pomiarze.

6. W podobny sposób przeprowadzić pomiary położeń dla pozostałych linii widmowych.

7. Na papierze milimetrowym wykonać krzywą dyspersji. Długości fal dla poszczególnych linii w widmie rtęci wziąć z tabelki umieszczonej przy spektroskopie.

8. Zamiast lampy rtęciowej ustawić drugą lampę (nieznane źródło światła) i w podobny sposób odczytać długości fal dla poszczególnych linii.

9. Z krzywej dyspersji odczytać długości fal dla poszczególnych linii w badanym obiekcie.

10. Wyniki zestawić w tabelce.

11. Porównać otrzymane widmo z danymi zawartymi w tablicach widm liniowych różnych pierwiastków i określić, jaki pierwiastek jest odpowiedzialny za widmo obserwowane w ćwiczeniu.

3. Tabela z pomiarami

Tabela 1

Barwa linii	Podziałka	Długość fali źródła znanego	Długość fali źródła badanego

Barwa linii	Podziałka	Długość fali źródła znanego	Długość fali źródła badanego

5. Przyrządy do pomiaru i ich dokładności:
   - spektroskop

6. Wnioski: