2-verificarea legii lui balmer
DESCRIPTION
Verificarea legii lui BalmerTRANSCRIPT
STUDIUL SPECTRELOR DE EMISIE A ELEMENTELOR
STUDIUL SPECTRELOR DE EMISIE A ELEMENTELOR CU AJUTORUL SPECTROSCOPULUI
VERIFICAREA LEGII LUI BALMER
a. Principiul lucrrii
Scopul lucrrii. n cadrul acestei lucrri se vor determina lungimile de und ale liniilor spectrale din seria Balmer a hidrogenului (
d
g
b
a
H
H
H
H
,
,
,
) iar apoi se vor compara acestea cu lungimile de und calculate teoretic cu relaia:
(
)
...
5
,
4
,
3
n
;
4
n
R
n
4
2
H
2
=
-
=
l
(1)
cu R
H
= 109677,58 cm
1
-
constanta lui Rydberg pentru hidrogen.
Conform teoriei cuantice a atomului (fundamentat de Niels Bohr, Louis de Broglie, Werner Heisenberg, etc.) electronii optici (de valen) se afl n atom numai n anumite stri, numite stri staionare.
Prin absorbie de energie (excitare) electronii trec dintr-o stare staionar cu energie mai mic ntr-o stare staionar cu energie mai mare.
Revenirea se face prin cedarea acestei energii, deci prin emiterea de cuante de energie de mrime h
n
, (unde h este constanta lui Planck, iar
n
frecvena radiaiei emise). Radiaia emis apare n cmpul vizual al unui spectroscop sub form de linii.
Efectund observaii asupra spectrului vizibil al hidrogenului Johann Balmer a constatat c dispunerea liniilor spectrale pe scala spectroscopului nu este ntmpltoare. Numerele de und ale acestor linii respect relaia :
N =
l
1
= Z
2
( R
[
EMBED Equation.3
2
2
1
-
2
n
1
EMBED Equation.3
]
(2)
n care R =
c
h
me
2
3
4
2
p
este constanta lui Rydberg.
Pentru hidrogen R
H
= 109677,58 cm
1
-
;
Z = sarcina nucleului (numrul de protoni); Z = 1 .
m = masa electronului;
e = sarcina electronului;
h = constanta lui Planck;
c = viteza luminii n vid (c = 3108 m/s);
n = 3,4,5 = numr cuantic principal;
l
= lungimea de und corespunztoare liniei spectrale.
Mai trziu s-au descoperit i alte serii spectrale n spectrul hidrogenului, prezentate complet n figura 1, iar relaia (1) a fost generalizat sub forma :
N =
l
1
=
-
2
2
2
n
1
k
1
R
Z
(3)
unde : k = l i n = 2,3,4, . Seria Lyman
k = 2 i n = 3,4,5, Seria Balmer
k = 3 i n = 4,5,6, Seria Paschen
k = 4 i n = 5,6,7, Seria Brackett
k = 5 i n = 6,7,8, Seria Pfundt
k = 6 i n = 7,8,9, Seria Humphreys.
Fig. 1 Seriile spectrale ale hidrogenului
Pentru heliu Z = 2, iar relaia (2) devine :
N =
l
1
= 4R
He
-
2
2
n
1
k
1
(4)
n domeniul vizibil se pot observa doar liniile spectrale ale seriei corespunztoare lui k = 4 i n = 5,6,7,. pentru care numerele de und respect relaia :
-
=
l
=
2
2
He
n
1
4
1
R
4
1
N
n = 5,6,7,. (5)
unde R
He
= 109722,27 cm
1
-
este constanta lui Rydberg pentru heliu.
Lungimea de und a liniilor spectrale va fi :
(
)
2
2
2
4
n
27
,
109722
4
n
16
-
=
l
(cm) (6)
Pentru elemente cu numr mai mare de electroni, teoria dezvoltat nu mai este valabil, iar relaia (2) nu mai poate fi corect aplicat.
b. Descrierea instalaiei
Pentru efectuarea lucrrii vom folosi instalaia redat schematic n fig.3 lucrarea Studiul dispersiei luminii; trasarea curbei de dispersie a unui spectroscop, format dintr-o parte electric i una optic.
Partea electric este utilizat pentru excitarea atomilor de hidrogen, heliu, neon, argon, etc. utiliznd procedeul descrcrii n gaze.
Impulsurile de tensiune se aplic electrozilor tuburilor de descrcri fixate pe suport. Datorit acestor impulsuri n tuburi apare fenomenul de descrcare, transformnd tubul ntr-o surs luminoas. Energia luminoas radiat este tocmai energia eliberat n urma dezexcitrii atomilor.
Atenie ! n timpul schimbrii tuburilor, generatorul trebuie oprit, pentru evitarea electrocutrii.
Partea optic a instalaiei ilustrat n fig.2 - lucrarea Studiul dispersiei luminii; trasarea curbei de dispersie a unui spectroscop, este utilizat pentru analizarea luminii date de sursa luminoas sub form de spectru.
Lumina descompus sub form de spectru de ctre prism apare n ocularul L suprapus peste scala de msur, sub forma indicat n fig. 4
lucrarea Studiul dispersiei luminii; trasarea curbei de dispersie a unui spectroscop.
c. Modul de lucru
Pentru etalonarea spectroscopului se folosesc tuburile de descrcare cu Hg i Ar, pentru. care se cunosc lungimile de und ale liniilor spectrale.
1. Se aprinde lampa cu vapori de mercur(Hg).
2. Se aeaz spectroscopul cu fanta de intrare foarte puin deschis la circa 1-5 cm de lampa de Hg i se regleaz ocularul spectroscopului pn se obine o lungime clar a spectrului.
3. Se nchide fanta de intrare pn cnd se obin linii spectrale ct mai subiri posibil n aa fel ca ele s fie clar vizibile.
4. Se aprinde lampa de iluminat i se deprteaz n aa fel, nct scala s fie slab luminat pentru a nu estompa liniile spectrale.
5. Se indentific i se noteaz dimensiunile corespunztoare liniilor spectrale ale Hg din tabelul 1.
6. Se schimb lampa de Hg sau tubul cu vapori de Hg cu tubul de vapori de Ar dup ce n prealabil s-a stins lampa de Hg sau generatorul de impulsuri.
7. Se indentific i se noteaz apoi diviziunile corespunztoare liniilor spectrale de Ar din tabelul 1.
Citirea liniilor spectrale ale hidrogenului
Fr a face vreo modificare la instalaie, se nlocuiete tubul de vapori de Ar cu tubul cu vapori de H
2
i se noteaz diviziunile corespunztoare liniilor spectrale ale H
2
n tabelul 2, indicndu-se pentru fiecare linie culoarea i observaii privind intensitatea ei.
Fig. 2 Curba de etalonare a spectroscopului
d. Prezentarea rezultatelor
Rezultatele etalonrii spectroscopului cu (Hg, Ar, i Na) se trec n tabelul I.
Tab. I.
element
diviziune
culoare
lungime de und
A
o
Observaii
Hg
galben
5780
contopite
verde-galben
5461
linia reper
albastru
4916
iluminare mic
indigo
4358
2 linii contopite
violet
4077; 4047
2 linii contopite
Ar
rou
6771
prima linie;cap de serie
verde
5287
iluminare mic
Na
galben
5892
linie reper
Utiliznd datele din tabelul I completat, se traseaz pe hrtie milimetric curba de etalonare a spectroscopului = f (diviziuni scal ), ca n figura 2.
n tabelul II se vor trece diviziunile la care au fost observate liniile spectrale ale H2. Din curba de etalonare se vor citi lungimile de und corespunztoare acestora. Tot n acest tabel vor fi trecute lungimile de und teoretice ale liniilor spectrale ale H2 din domeniul vizibil, calculate cu ajutorul relaiei (1), n dreptul liniei corespunztoare determinat experimental.
Tab.II.
Experimental
Teoretic
Obs
Culoare
Diviziunea
n
-
-
div
-
n = 1
n = 2
n = 3
n = 4
n = 5
n = 6
n = 7
n = (
nivel de ionizare
Div. scal
( []
H(
H(
H(
H(
nivel fundamental
seria
Humphreys
seria Pfund
seria Brackett
seria Pascken
seria Balmer
Seria Lyman
PAGE
17