Задача 6. Спектр поглощения натрия. (Задачи атомного практикума), страница 4

Переместить кювету сисследуемым веществом (закладка щелочного металла в кювету производится только лаборантом) на оптическую осьустановки между конденсорами 2 и 4 (рис.3).Включить водородную лампу. Установить высоту конденсоровтак, чтобы свет от лампы проходил через кювету, не задевая2829стенок, и попадал на щель спектрографа. Отъюстировать систему.5.Включить форвакуумный насос и открыть установленный нанем вакуумный вентиль. При помощи вакуумметра ВИТ-2 (илиВИТ-3) убедиться, что насос откачивает объем. Затем снять зажим с резиновой трубки, соединяющей кювету с вакуумпроводом(рис.4), и включить водяное охлаждение кюветы.

По истечении 10 мин. откачки кюветы отключить ее от вакуумпровода(пережать резиновую трубку зажимом. Форвакуумный насосвыключается лаборантом). Далее следует включить печь. Дляэтого нужно:• включить терморегулятор ВРТ-3 в режиме автоматическогорегулирования, т.е. перевести переключатель 6 (рис. 5) в положение "ВРТ", а переключатель 11 регулирующего блока вположение "А" (автоматическое регулирование).• включить тумблером 5 печь кюветы.• включить водородную лампу;(П.5 выполняется под наблюдением преподавателя илилаборанта).Запрещается включать нагреватель печи, если не пережатарезиновая трубка и не включено водяное охлаждение.6.Провести визуальное наблюдение спектра поглощения в видимой области спектра по мере постепенного нагревания кюветы: проследить появление первой линии главной серии (единственной линии, расположенной в видимой области), так называемой "D-линии" - желтого дублета натрия.

Убедиться в том, чтоэто дублет. Дальнейшее увеличение температуры приводит куширению линий и дублетная структура D-линии перестает разрешаться.7. Сфотографировать спектры поглощения и сравнения (когда Dлиния натрия станет интенсивного черного цвета шириной ~ 2мм; нахождение стрелки индикатора разбаланса 13 (рис.5) вблизи нуля указывает на то, что в печи кюветы установилась заданная температура).30Для этого:• сфотографировать спектр поглощения с тремя разными экспозициями;• выключить водородную лампу;• не выключая печь, осторожно отвести кювету от оптическойоси установки;• включить ртутную лампу и впечатать спектры сравнения между спектрами поглощения. Выключить ртутную лампу.8.Проявить пластинки.

Снимок считать удовлетворительным,если имеется не менее 15 линий поглощения. Если снимок оказался удовлетворительным, выключить печь, если нет - проанализировать причины неудачи и повторить п. 6 и п. 7.3. Обработка результатов.Предлагаются два варианта обработки результатов эксперимента:1)на персональном компьютере,2)с помощью построения градуировочной кривой спектрографа.3.1.

Обработкa результатов эксперимента на персональномкомпьютере.1.Расшифровать спектр ртути с помощью компаратора, наложивполученную пластинку на эталонный образец (эталонный образец находится около компаратора. Он представляет собой отпечаток пластинки в масштабе 1:1 с расшифровкой спектра ртути).2.Промерить на компараторе положение линий поглощения натрия и линий ртути (по три-четыре линии ртути в окрестностикаждой линии поглощения). Измеpения начинать с длинноволновой части спектpа.Обpаботка pезультатов проводится по описанной нижепрограмме.Студент вводит данные обработки спектров натрия и ртути, полученные на компараторе (координаты линий ртути и натрия идлины волн спектра ртути). По известному спектру ртути ЭВМрассчитывает длины волн линий спектра поглощения натрия.31Основной целью программы является определение квантовыхдефектов S-и P- уровней, эффективных зарядовEnlZ *n lи энергий.Меню программы.Пеpебиpаются паpы линий, одна из котоpых ( nсиpована.По найденным значениямэффективный заpяд1.Введение.2.Пpактикум.

Обpаботка pезультатов. Спектp pтути.3.Пpактикум. Обpаботка pезультатов. Спектp натрия.4.Пpактикум. Таблица pезультатов. Спектp натpия.5.Пpактикум. Pаспечатка полученных pезультатов.6.Пpактикум. Pаспечатка сохpаненных pанее pезультатов.7.Выход.Z*nl∆3sи∆pEiфик-pассчитываются(В.7) и энеpгии уpовнейтакже потенциал ионизацииp = 4)Enl(В.1), аатома натpия.Во "Введении" даны также пpавила pаботы спpогpаммой.Помощь по всем pазделам пpогpаммы вызывается клавишей<F1>. Калькулятоp - <F9>. Рабочие клавиши во всех pазделахменю pасположены в нижней части экpана.Содержание пунктов меню.1.Введение.

Пpиводятся исходные фоpмулы. Квантовыедефекты∆и ∆pассчитываются по полученным вnp3sэкспеpименте длинам волн поглощения натpия путем pешениясистем из двух уpавнений:1=Rλ 3, np1λ 3, nnpp=R+k1(3− ∆ s ) 2−1( 3 − ∆ s )21(n p − ∆ p )−12;(n p + k − ∆ p )22.Обpаботка pезультатов. Спектp pтути.

По даннымpасшифовки спектpа pтути стpоится гpадуировочная кpиваяспектpогpафа. Вводятся кооpдинаты линий (X) и длины волн(λ ). Вводчисел упpощается пpи нажатии клавиши <INS>.3.Обработка результатов. Спектр натрия. Вводятся измеренные координаты линий натрия. По градуировочной кривойопределяются длины волн спектра поглощения натрия, которыесведены в таблицу (<PgDn>).4.Таблица результатов.

Спектр натрия. Данные расчетов∆ 3 s , ∆ p , Z*n l , E n l представлены в таблицах, которые затем распечатываются и предъявляются при сдаче задачи.≥ 4 ; k = 1 , 2 , 3 ...32333.2.ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА С ПОМОЩЬЮ ПОСТРОЕНИЯ ГРАДУИРОВОЧНОЙ КРИВОЙ.1.Постpоить гpадуиpовочную кpивую:• pасшифpовать спектp pтути, ипользуя эталонный образец(эталонный образец наxодится около компаpатоpа).• промерить на компараторе положение до 15 линий ртути вобласти длин волн от 3500 до 2300 A° . Одновременно промерить и положение линий поглощения;• построить градуировочную кривую спектрографа, откладывая по оси X расстояния спектральных линий от какой-либолинии, принимаемой за исходную, а по оси Y-длины волн соответствующих линий ртути.Масштаб построения графика следует выбрать таким образом,чтобы точность определения длин волн с помощью графика бы-ла не хужеλ∞5.Рассчитать значения квантовых дефектов для P- и S- уровней,используя полученные значения потенциала ионизации и энергий P- уровней.При сдаче работы предъявление пластинок обязательно.ЛИТЕРАТУРА1.Нагибина И.М., Прокофьев В.К.

Спектральныеприборы и техника спектроскопии. - Л.:Машиностроение, 1967.2.Несмеянов А.Н. Давление паров химических элементов. - М.:Изд-во АН СССР, 1961.1 A° . Такая точность необходима для определения(см.ниже).2.Определить длины волн линий поглощения, используя градуировочную кривую.3.Определить значения граничной длины волныλ∞используяполученные из градуировочной кривой значения 8 последнихлиний поглощения (в коротковолновой части спектра поглощения). Для этого построить график зависимости разностей ∆ λмежду длинами волн соседних линий поглощения от длин волнлиний поглощения. Затем экстраполировать полученную кривуюдо пересечения с осью длин волн (осью X).

Точка пересечениядает значение граничной длины волныλ∞.Используя этозначение, рассчитать потенциал ионизации щелочного металла.4.Определить энергию P-уровней атома натрия и построить диаграмму уровней, используя значения длин волн спектра поглощения.3435ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7.ТОНКАЯ СТРУКТУРА СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ1АТОМА НАТРИЯ .1.

Экспериментальная установка.Исследование тонкой структуры ряда спектральных линий атома натрия осуществляется на установке, общий вид которой изображен на рис. 8.Натриевая лампа. Источником исследуемого спектраслужит натриевая лампа ДНаС-18, представляющая собойcтеклянную трубку, в которой разряд происходит в парах натрия.Электроны, ускоренные электрическим полем разряда, при неупругих столкновениях с атомами натрия передают им своюэнергию. При этом внутренняя энергия атома возрастает - егооптический электрон переходит из основного состояния в возбужденное (т.е. на какой-либо вышерасположенный энергетический уровень). В возбужденном состоянии атом находится10 − 7 − 10 − 8c.

Затем оптический электрон с верхнего уровня переходит либо прямо в основное состояние (если это не запрещено правилами отбора), либо на какой-нибудь нижерасположенный уровень, а уже с него в основное (самое глубокое) состояние. При этих переходах электрона разность его энергий наразличных уровнях будет излучаться в виде фотонов той илииной длины волны.

Так возникает эмиссионный линейчатыйспектр в натриевой лампе. Натриевая лампа 2 заключена в охранный металлический кожух и при помощи держателя устанавливается на оптической скамье перед входной щелью ДФС-12.Источником питания натриевой лампы служит блок 3, которыйвключается в сеть тумблером 16. Натриевая лампа включается спомощью тумблера 17.________________________________________________Рис.8.

Общий вид установки: 1-двойной монохроматор ДФС-12;2-натриевая лампа ДНаС18; 3-блок питания натриевой лампы; 4автоматический потенциометр КСП-4 (самописец); 5,6-тумблерывключения самописца; 7-блок ФЭУ;8-блок питания ФЭУ (высоковольтный выпрямитель Б5-24А); 9-тумблер включения выпрямителя Б5-24А; 10-потенциометры установки величины выходногонапряжения; 11-тумблер включения высокого напряжения; 12блок питания самописца; 13-потенциометр установки нуля самописца; 14-тумблер включения блока питания самописца; 15потенциометр, регулирующий коэффициент усиления ФЭУ; 16тумблер включения блока питания натриевой лампы; 17-тумблервключения натриевой лампы.Прежде чем ознакомиться с описанием данной задачи,необходимо изучить некоторые элементы спектроскопии атома иобщие сведения о структуре энергетического спектра и спектральных линий атомов щелочных металлов, изложенные вовведении к лабораторным работам 6 и 7.Двойной монохроматор ДФС-12. Для исследованиятонкой структуры спектральных линий атома натрия в лабораторной работе используется двойной монохроматор типа ДФС12.