Опис установки

1.Призначення

Монохроматор УМ-2 призначений для різних спектральних досліджень і розв'язку ряду аналітичних задач. Із змінними насадками прилад може служити як спектроскоп. Набір кювет з тримачами і конденсорами призначений для абсорбційного аналізу. Фотоелектричний пристрій, який представляє собою фотоелемент з гальванометром, призначений для виміру інтенсивності спектральних ліній.

Монохроматор УМ-2 виділяє монохроматичні ділянки спектру в видимій і близькій інфрачервоній областях в діапазоні хвиль від 3800 до 10000 А.

2. Оптична схема і принцип дії приладу

1 — джерело світла; 2 — захисне скло кожуха лампи;

3 — конденсор; 4 — лінза;

5 — призма порівняння; 6 — вхідна щілина;

7 — об'єктив коліматора; 8 — диспергуюча призма;

9 — об'єктив зорової труби; 10 — вихідна щілина;

11 — захисне скло; 12 — окуляр 5^х;

13 — окуляр 10^х; 14 — покажчик в фокальній

площині зорової труби.

Світло через вхідну щілину падає на об'єктив коліматора і пара­лельним пучком проходить диспергуючу призму. Під кутом 90° до падаючого пучка світла розміщується вихідна труба монохроматора.

Повертаючи призмовий столик на різні кути відносно падаючого пучка світла, отримують в вихідній щілині світло різної довжини хвилі, яке проходить через призму в мінімумі відхилення.

Натрієва лампа.

Джерелом досліджуваного спектру служить натрієва лампа ДНаС-18, що є скляною трубкою, в якій розряд відбувається в парах натрію. Електрони, прискорені електричним полем розряду, при непружних зіткненнях з атомами натрію передають їм свою енергію. При цьому внутрішня енергія атома зростає - його оптичний електрон переходить з основного стану в збуджений (тобто на будь-який вищерозташований енергетичний рівень). У збудженому стані атом знаходиться певний час. Потім оптичний електрон з верхнього рівня переходить або безпосередньо в основний стан (якщо це не заборонено правилами відбору), або на який-небудь розташований нижче рівень, а вже з нього в основний стан. При цих переходах електрона різниця його енергій на різних рівнях випромінюватиметься у вигляді фотонів тієї або іншої довжини хвилі. Так виникає емісійний лінійчатий спектр натрію.

Натрієва лампа поміщена в захисний металевий кожух і за допомогою тримача встановлюється на оптичній лаві перед вхідною щілиною УМ-2. Лампу вмикають в коло змінного струму за стандартною схемою послідовно із дроселем.

Запобіжні заходи

Натрієва лампа знаходиться в металевому корпусі з невеликим віконцем. Віконце корпусу лампи закрите склом, що затримує ультрафіолетове випромінювання. Знімати корпус лампи і скло забороняється! Під час роботи необхідно стежити, щоб пряме проміння від джерела випромінювання не потрапляло в очі. Після виключення лампи повторне запалення електричного розряду в ній стає можливим тільки після її охолодження не менше ніж через 10 - 15 хвилин.

Завдання.

1.До початку роботи розрахувати рівні енергії атома натрію, а також довжини хвиль, що виникають при переходах (див. додаток):

різкої серії 3p – 5s

3p – 6s

дифузної серії 3p – 4d

3p – 5d

головної серії 3s – 3p

2. Записати позначення переходів для дублетів головної і різкої серій.

3. Визначити розщеплення жовтого дублету натрію в Ангстремах, см^–1, Герцах, еВ.

Хід роботи

1. Установити на оптичну лаву неонову лампу, підключити її і одержати спектр Ne. Визначити кутове положення спектральних ліній Ne.

2. Побудувати криву градуювання λ = f ( φ)

3. Поставити на оптичну лаву натрієву лампу, підключіть її і одержати спектр Na. Визначити кутове положення спектральних ліній Na.

4. Визначити довжини хвиль ліній за допомогою кривої градуювання.

Встановити попередні назви серій, яким належать лінії.

5. Обчислити для ліній Naенергії фотонів ε в еВ , для цього зручно використати формулу і занести в табл.

№	колір	кут φ відн.од.	λ, нм	ε, еВ	серія	перехід
	червоно-оранжева
	жовта (яскрава)
	жовто-зелена
	зелена
	зелено-голуба
	синьо-голуба

7. Залишити зорову трубу в положенні, наведеному на жовту лінію. Збільшити напругу, що подається на лампу. Спостерігати за зміною спектру з часом. У міру наростання дугового розряду ширина жовтої лінії випромінювання збільшується. Потім відбувається так зване явище обернення лінії Na. У центрі широкої жовтої лінії виникає чорний дублет поглинання. Атоми натрію що знаходяться в основному стані оддалік області дугового розряду, поблизу стінок, розрядної трубки резонансно поглинають випромінювання атомів натрію, що йде з області розряду. Це доводить, що дублет належить головній серії.

жовта лінія	кут φ відн.од.	λ, нм	ε, еВ	перехід
лінія випромінювання 1
лінія випромінювання 2
лінія поглинання 1
лінія поглинання 2

6. Визначити довжини хвиль жовтого дублета Na. Ідентифікувати відповідні їм переходи, використовуючи рис. 3.

7. Обчислити розщеплення жовтого дублету натрію в Ангстремах, см^–1, Герцах, еВ. і порівняти з розрахованим вище.

Контрольні запитання

1. Будова електронних оболонок атомів лужних металів. Виписати заповнення оболонок Na

2. Особливості спектру атомів лужних металів.

3. Тонка структура спектру атома Na. Внесок в розщеплення спіну і релятивістських поправок.

4. Виписати спектроскопічні позначення основних станів атомів K, Rb, Cs

5. Кожен рядок таблиці Менделєєва починається з лужного елементу і закінчується інертним газом. При цьому потенціал іонізації на межі переходу різко змінюється ( Ne – 21,5 еВ, Na – 5,1 еВ). Дати пояснення.

6. Які стани атомів лужних елементів мають водневоподібную структуру рівнів?

7. Використовуючи схему рівнів енергії Na і правила відбору вказати всі можливі переходи із 5s стану в основний стан.

8. Які з перерахованих нижче переходів заборонені правилами відбору?

– , – , – , –

9. Що означає символ “^о” у позначеннях термів?

10. Чим відрізняється головна серія від дифузної і серії Бергмана з погляду структури ліній? (див. правила відбору)

Література

1. Шпольский Э.В. Атомная физика. -М.: Наука, 1983, т.II.

2. Гольдин Л.Л., Новикова Г.И. Введение в квантовую физику. -М.: Наука, 1988, гл.VI.

3. Матвеев А.Н. Атомная физика. -М.: Высшая школа, 1989.

4. Стриганов А. Р., Свентицкий Н. С. Таблицы спектральных линий нейтральных и ионизованных атомов. М.: Атомиздат, 1966.

5. Одинцова Г. А., Стриганов А. Р. Таблицы спектральных линий нейтральных и ионизованных атомов. М.: Энергоатомиздат, 1982.

6. Ельяшевич М. А. Атомная и молекулярная спектроскопия: 3-е изд., М.: КомКнига, 20061.

7. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Квантовая механика, М.: Наука, 1989.