Задача 8. Спектр поглощения молекулярного иода. (1121301), страница 4
Текст из файла (страница 4)
7.2 a иb). Из них пара, сдвинутая в синюю сторонупринадлежит прогрессии 0 → v * , в красную прогрессии 1 → v* .Частоты (энергии, волновые числа) кантовполос обеих прогрессий могут быть изображеныграфически в виде зависимостейhΩ*hΩ o,v* - hΩ о,v*-1 = hωv*,v*-1hΩ 1,v* - hΩ1,v*-1 = hωv*,v*-1(7.2а)(7.2b)были одинаковы.Тем самым гарантируются одинаковыезначения номера v * во всех парах, для которых возможно выполнение соотношений(7.2).
Затем, используя очевидное равенство (см.Рис.5)hΩo,v* = hΩ1,v* + hω10 ,(7.3)получим столько значений hω10 , сколькопар (7.2 а,b) удается составить из членов обеихпрогрессий.Определение энергии диссоциации основного состояния молекулы удобно провести графическим способом.34hΩ*o,v* ( v ) и*1,v* ( v ) от номера колебательного уровня v(две параболы на Рис.10(a)).
При всех v* частоты кантов первой прогрессии ( 0 → v* ) вышечастот второй ( 1 → v* ) на величину, равную колебательному кванту hω10 (см. формулу (7.3)).Экстраполяция к v*max дает энергию фотодиссоциации hωфд с обоих колебательных уровней v = 0 и v = 1.Параметры верхнего возбужденного электронного терма также могут быть определены (снекоторой неточностью в определении номера головного канта! ).Головному канту прогрессии 0 → v* присваиваем номер v*min = 17, и затем, в соответствии с формулой (4.8) строим график (рис.10(б))hω*v*,v*-1 (v*).Линейная зависимость величиныкванта от номера v*указывает на “морзевский” характер терма.Аналогичная зависимость найденная издругой прогрессии, должна быть идентичной, т.к.переходы совершаются на те же колебательные уровни верхнего электронного терма.
Гра-35**фик ее совмещается с графиком hω v*,v*-1(v ),построенным для прогрессии ( 0 → v* ). Тем самым идентифицируются номера v* кантов второй прогрессии ( 1 → v*) (рис.10(б)).Равновесные межъядерные расстояния вобоих электронных состояниях суть: Ro=2.67Aи Ro*=3.03 A; “цвет” канта позволяет убедитьсяв том, что Ro* > Ro.( Внимание ! Вы наблюдаете спектрпоглощения.).Итак, резюмируя, можно предложить следующий рецепт определения параметров, потенциальных кривых молекулы I 2 :а) Для основного электронного терма:1. Построить графикhΩ 1,v* (v )*hΩ o,v* (v*)и*= f (v )(см.
рис.10(а)),таким образом, чтобы разность энергийhΩ o,v* (v*)- hΩ 1,v* (v*)для одного и того же номера v* была величиной постоянной (равной нижнему колебательному кванту hωо ). Определить также по графикуэнергию фотодиссоциацииhω фд.2. По известному значениюэнергии возбуждения атома йода ∆Е=0.94 эВ и по опреде-Рис.10. Графическая обработка спектра поглощения йода.ленному выше hω фд найти энергию диссоциации молекулы D в основном электронномсостоянии (формула (7.1).36373. По значениям D и hωo рассчитать параметр крутизны основного электронного термаα .
Построить потенциал Морзе для основногоэлектронного терма молекулы йода U ( R ) .б) Для возбужденного электронного терма:1.Определитьнижнийколебательный***квант hω 10 и v max по графику hω v*,v*-1(v*) = f(v*) ,(см рис.10(б) и формулу(4.8)).2.По графику (рис.10(б)) рассчитываетсяпо стоянная ангармоничности hω*х , а затем поформуле (4.7) - энергия диссоциации молекулыв верхнем электронном состоянии D*.3.Рассчитав hω*01 и D* , можно оценитьконстанту α* потенциала Морзе возбужденногоэлектронного терма (формула (4.9) ) и построитьпотенциал U*(R) для этого терма (см. формулу(4.1)).8.ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИЛабораторная работа “Спектр поглощениямолекулярного йода” выполняется на спектрографе ДФС-8 или ДФС-452.В описании обозначим:Установка №1 (в работе используетсядифракционный спектрограф ДФС-8);Установка №2 (в работе используетсядифракционный спектрограф ДФС-452)Установка №1Установка для исследования спектрапоглощения йода состоит из дифракционногоспектрографа ДФС-8 , кюветы с парами йода иисточника света со сплошным спектром ( черное тело - нить лампы накаливания ) .
Блок схема установки изображена на Рис.11 .Рис.11. Блок-схема установки.Общий вид установки и оптическая схема спектрографа изображены на Pис.12 и Рис.13 соответственно.3839Свет лампы накаливания, коллимированный объективом , проходит через кювету с парами йода и направляется зеркалом на входную щель спектрографа сквозь конденсор.Длина кюветы обеспечивает достаточноепоглощение при плотности паров йода, соответствующей комнатной температуре.Спектр регистрируется на фотопластинке,где одновременно впечатывается шкала длинволн ( в нанометрах ).Рис.13. Принципиальная оптическая схема спектрографа ДФС-8: S - источник света; 1,2,3 – осветительнаясистема; 4 – входная щель; 5,6 – зеркала; 7 – дифракционная решетка; 8 – фотопластинка; 9 – шкала длин волн; 10– линза конденсора подсветки шкалы; 11 – лампочка подсветки.Рис.12.
Внешний вид установки:1 – входная щель спектрографа ДФС-8; 2 –барабанчик для регулировки ширины входной щели; 3 – ручказатвора щели; 4 – кассетная частьспектрографа; 5 –выходная щель; 6 – кассетная рамка; 7 – зажим для закрепления кассеты; 8 – ручка перемещения кассетной рамки;9 – шкала для фиксации положения кассетной рамки; 10 –маховик поворота решетки; 11 – шкала длин волн (в нанометрах);12 – тумблер включения лампочки подсветки шкалы; 13 – оптическая скамья; 14 – зеркало.40Оптическая схема спектрографа - автоколлимационная.
Свет от источника S (см. Рис.13)проходит осветительную систему, состоящую изконденсоров 1,2,3 (при достаточной интенсивности источника света конденсорами 1 и 2 можноне пользоваться). Через входную щель 4 с помощью поворотного зеркала 5 и зеркала 6 светпопадает на дифракционную решетку 7. Разложенный в спектр пучок возвращается на зеркало6 и, отражаясь от него, собирается в фокальнойплоскости, где расположена фотопластинка 8.41На фотопластинке помещается не весь спектр, алишь часть его - полоса со спектральной шири0ной 750 A . Спектральная область изменяетсяпри повороте решетки. Диспергирующим элементом спектрографа является плоская дифракционная решетка с плотностью 600 штрихов на 1мм и полным количеством штрихов 60000, обес0печивающая дисперсию 6 A /мм в первом порядке интерференции.
Рабочий диапазон прибораПорядок выполнения работы.1.Зарядить фотокассету.2.Подготовить установку к работе.3.Провести внимательноевизуальное наблюдение, а затем фотографирование спектрапоглощения молекулярного йода и шкалы длинволн.4.Проявить пластинку.02000-10000 A .Щель 1 (см. Рис.12) спектрографа открывается до 0.4 мм ширины барабаном 2 микрометрического винта с ценой деления 0.001 мм .На рамке 6кассетной части 4 спектрографа с помощьюзажима 7 крепится кассета.
Перемещение рамкиосуществляется ручкой 8 и контролируется шкалой 9. Маховик 10 поворачивает решетку вокругвертикальной оси, изменяя спектральную область, фиксируемую пластинкой. Поворот решетки контролируется шкалой в окошке 11. Ручка 3 включает и выключает шторный затвор, перекрывающий щель; тумблером 12 включаетсялампочка подсветки шкалы.Полосы поглощения йода расположены в0спектральной полосе 5000-6000 A .
Спектрограммы можно считать удовлетворительными, еслиони содержат не менее 30 кантов полос поглощения. Режим работы ( ширина входной щелиспектрографа, тип пластинок, экспозиция и т.д. )указаны в инструкции к установке.42Установка №2Блок - схема установки № 2 незначительноотличается от блок - схемы установки № 1( см. Рис.11 ).
В ней вместо спектрографаДФС-8 для исследования спектра поглощения паров йода используется дифракционный спектрограф ДФС-452, в котором, в отличие от ДФС-8, отсутствует впечатываемая вместе со спектром поглощения шкаладлин волн. Поэтому для определения длинволн спектра поглощения необходим эталонный спектр (ртутно - гелиевая лампа).Общий вид установки и его оптическаясхема представлены на Рис. 14 и 15. Светот лампы накаливания 1 (Рис.14), пройдяконденсор 2, кювету с йодом 3, конденсор 4и отразившись от зеркала 5, попадает навходную щель 6 дифракционного спектрографа ДФС-452.43Рис.14.
Общий вид установки.1 – лампа накаливания; 2,4- конденсоры; 3 – кюветас йодом; 5 – зеркало; 6 входная щель спектрографа;7 – маховик регулировки входной щели спектрографа; 8 – ртутно-гелиевая лампа ДРГС-12; 9 – рукояткавключения зеркала; 10 –рукоятка переключения решеток; 11–маховик поворота решетки; 12 – переключатель порядка дифракционных решеток; 13–шкаладлин волн; 14 – тумблер “сеть”(включение спектрографа); 15 -тумблер “затвор”; 16 – переключатель“перемещение кассеты вверх-вниз”; 17 – кассета; 18– рамка кассетной части; 19- зажим для закрепления кассеты; 20 –шкала отсчета перемещения рамкикассетной части; 21 – механизм перемещения кассетной части; 22 – блок питания ламп; 23 – тумблер“сеть”; 24 – переключатель “ДРГС – лампа накаливания”; 25 – тумблер “анод”; 26 – тумблер “накал”44Рис.15 Принципиальная оптическая схемаспектрографа ДФС-4521-входная щель; 2 .3 .5 .7- зеркала;4-дифракционная решетка на поворотном столе;6-фотопластинка; 8-юстировочный источник света.Свет, пройдя входную щель 1 (Рис.15), направляется зеркалом 2 на коллиматорное зеркало 3.
Отразившись от коллиматора свет идет наодну из дифракционных решеток 4, установленную на поворотном столе. Образованный этойрешеткой спектр зеркалом 5 выходного коллиматора фокусируется на фотопластинку 6. Наодну фотопластинку фиксируется участок спектра протяженностью 1800 Å . Кассета спектрографа расчитана на 2 фотопластинки, поэтомуодновременно можно фотографировать участокспектра шириной 3600 Å . Наилучшее качество45спектра обеспечивается в середине этого участка. Диспергирующим элементом спектрографаявляется дифракционная решетка.
В спектрографе ДФС-452 имеются две дифракционныерешетки: одна - 600 штрихов на мм, другая 1200 штрихов на мм. При выполнении даннойработы используется только решетка с 600штрихов/мм, размером 50х50 мм, обеспечивающая в первом порядке дисперсию 16 Å / мм. Рабочий диапазон спектрографа от 1900 до11000 Å.При юстировке спектрографа на пути лучавводится поворотное зеркало 7, которым свет отисточника 8, направляется изнутри на входнующель 1.
По выходящему лучу устанавливают всювнешнюю оптическую систему. При выполненииработы зеркало 7 должно быть выведено.Ширина входной щели 6 (Рис.14) регулируется с помощью маховика 7 в пределах от 0 до0.4 мм., а ее высота ограничивается диафрагмой. Нужная длина волны на центр фотопластинки выводится поворотом дифракционнойрешетки вокруг оси, параллельной ее штрихам.Поворот решетки осуществляется маховиком 11.Значение длины волны, выведенной в центр кассеты указывается на шкале 13, градуированной внанометрах. Спектр в нашем случае фотографируется на пластинки типа “изоорто”.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
