![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Краткие теоретические сведения. Цель работы: изучить спектр испускания и тонкую структуру спектра испускания атома натрия.Стр 1 из 2Следующая ⇒
ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРА ИСПУСКАНИЯ НАТРИЯ
Цель работы: изучить спектр испускания и тонкую структуру спектра испускания атома натрия. Оборудование: лампа с парами натрия, неоновая лампа, спектрограф ИСП-51, линза.
Краткие теоретические сведения
Каждый атом имеет множество уровней энергии. Переходы между ними порождают излучение с множеством различных частот. В результате возникает спектр излучения, который в видимой части представляет собой совокупность цветных линий на сплошном темном фоне. Заполнение энергетических уровней электронами в атоме происходит Рассмотрим, какими особенностями обладают уровни энергии атома натрия. Его последняя незаполненная оболочка, имеющая главное квантовое число n = 3, содержит один электрон, называемый валентным. Согласно квантовой механике, набор электронных уровней будет полностью определяться орбитальным и спиновым «движениями» этого электрона, которые можно приближенно представить, как два круговых «тока». Каждый из этих «токов» обладает магнитным полем. Взаимодействие магнитных полей сопровождается либо взаимным притяжением, либо взаимным отталкиванием «токов». В первом случае энергия «токов» понижается, во втором повышается. В результате возникают два близких уровня энергии – дублет. Разность Δ Е между энергиями Е 1 и Е 2 этих уровней можно вычислить по известной формуле квантовой механики:
где h – постоянная Планка, h = 6, 62∙ 10-34 Дж∙ с; Δ ν – разность частот ν 1 и ν 2 для переходов электрона с дублетных уровней на какой-либо одиночный уровень энергии. Можно дать более строгое объяснение возникновению дублетов. Энергия уровней электрона с учетом орбитального и спинового движений определяется квантовым числом j полного момента импульса атома. Значения квантового числа j зависят от lАТ – орбитального и mSАТ – спинового квантовых чисел атома. А именно, j принимает значения в интервале
| lAT – mSAT | ≤ j ≤ lAT + mSAT. (2)
Для натрия значения чисел lAT и mSAT совпадают со значениями чисел lAT и mS валентного электрона соответственно. Спиновое число mS принимает два значения mS = ±1/2, а орбитальное число l – значения l = 0, 1, 2,... n – 1, где
Таблица 1
На рис. 1 в верхней строке указаны символы атомных состояний. Латинская буква обозначает определенное значение орбитального квантового числа lAT, индекс внизу справа – значение квантового числа j, индекс вверху слева – количество разных значений числа j при данных lAT и mSAT. Например, символ 2 P 1/2 означает (см. табл. 1), что lAT = 1, j = ½, всего возможны два значения j: j = 1+1/2 и j = 1–1/2. Уровни энергии с одинаковыми значениями квантового числа lAT изображены в одном столбце. Слева около каждого уровня указано главное квантовое число n. Возможные переходы в линии спектра натрия располагаются не произвольно, а группируются в серии (рис. 1). «Главную» серию образуют переходы с дублетных n 2 P 1/2, 3/2 уровней на основной одиночный 32 S 1/2 уровень. Эта серия начинается с самого яркого желтого дублета.
Рис. 1
Следующая серия – «резкая» – возникает при переходе электрона Частоты ν всех наблюдаемых линий подчиняются формуле, полученной Ридбергом [1–3]
где R = 1, 097∙ 107 м-1 – постоянная Ридберга; c = 3∙ 108 м/с – скорость света n * = n + d, k *= k + d, (4) где n – главное квантовое число верхнего уровня, k – главное квантовое число нижнего уровня, n, k принимают значения 1, 2,...; d – поправка Ридберга, различная для разных серий. Значения d указаны в табл. 2.
Таблица 2
В данной работе необходимо экспериментально определить частоты наблюдаемого визуально спектра натрия без учета тонкой дублетной структуры спектра. Далее, по формулам (3) и (4) следует вычислить эти же частоты теоретически и сравнить результат с экспериментальными значениями. С помощью формулы (1) можно получить экспериментальное значение энергии взаимодействия спинового и орбитального движений электрона. Для этого следует определить частоты линий тонкой структуры спектра, а именно, частоты линий, одного из дублетов. Например, красного. Затем следует сравнить полученный результат с теоретическим значением этой же энергии, который можно вычислить по формуле квантовой механики (см. [3]):
Δ Е = 582, 2 hс (z-a)4/ n 3 l (l +1), (5)
где h – постоянная Планка, c – скорость света в пустоте (см. формулу (1),
|