КАЧЕСТВЕННЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Ц е л ь р а б о т ы :

Ознакомиться с явлением дисперсии стеклянной призмы.

Ознакомиться с качественным спектральным анализом.

О б о р у д о в а н и е : Монохроматор УМ-2, кювета с исследуемым раствором, источник света.

Теоретические сведения

Существует однозначная связь между спектром испускания и химической индивидуальностью атомов. На этом основан спектральный анализ, т.е. определение качественного и количественного состава излучающей смеси паров по ее спектру.

Основной частью спектрального прибора (рис. 16), используемого в данной работе, является призма, осуществляющая дисперсию пучка света по длинам волн.

Дисперсия света заключается в том. Что если в вакууме световые волны различных частот и, следовательно, различных длин распространяются с одинаковой скоростью, то в веществе скорость света различна для волн различной длины. Это приводит к тому, что показатель преломления вещества, который, как известно, измеряется отношением скорости света в вакууме к скорости света в данном веществе, оказывается зависящим от частоты. Лучи света с различной частотой (длиной волны) преломляется по-разному и, таким образом, могут быть разделены. Чем большей дисперсией обладает данное вещество, тем больше оно может разделить близко расположенные спектральные линии.

Рис.16

Так как угол отклонения луча призмой (2 ) зависит не только от длины волны, но и от угла падения на призму, важно, чтобы все падающие на призму лучи были параллельны. Это достигается с помощью коллиматора. Коллиматор имеет узкую щель (1 ), которая помещается в области коллиматорной линзы. Рассматривается спектр через зрительную трубу, соcтоящую из объектива (3 ) и окуляра ( 4 ). Объектив в своей фокальной плоскости дает много изображений щели, образованных каждым из монохроматических пучков окрашенных в соответствующий цвет.

Эти изображения рассматриваются через окуляр. В монохроматоре, служащем для выделения монохроматического света, в фокальной плоскости окуляра помещена вторая щель (5 ), выделяющая строго монохроматическую волну.

Исследуя спектр поглощения водного раствора двухромовокислого калия, можно определить постоянную Планка. Двухромовокислый калий в воде диссоциирует на ионы K⁺ и Cr₂O₇^{- -} .

K₂ Cr₂O₇ Û 2K⁺ + Cr₂O₇^{- -} .

Ионы калия в видимой части спектра на поглощают, а ионы Cr₂O₇^{- -} поглощают все лучи сине-фиолетовой части спектра.

Установлено, что кванты света с длиной волны, соответствующей началу поглощения, производят отщепление молекул CrO₃ от иона Cr₂O₇ по уравнению:

Cr₂O₇ + hn = Cr₂O₄ + Cr₂O₃ .

С другой стороны, известно, что для отщепления CrO₃ от иона Cr₂O₇ необходимо затратить энергию 3,672 × 10^-19 Дж. Эта энергия и равна энергии поглощения кванта hn, где n - частота, соответствующая началу поглощения.

Измерение и обработка результатов

I. Градуировка монохроматора.

1. Включите ртутную лампу. Отрегулируйте ширину входной щели так, чтобы спектр был четким и контрастным.

2. Отградуируйте монохроматор, т. е. определите, какому делению шкалы барабана соответствует определенная длина волны света. Данные занесите в таблицу 1.

Таблица 1.

Наиболее характерными для спектра ртути являются две весьма близко расположенные желтые линии (l = 579,1 нм и l =577,0 нм). Справа от нее расположена зеленая очень яркая линия (l = 546,1 нм), далее средней яркости голубая линия (l = 491,6 нм), далее три фиолетовых линии: самая яркая (l = 435,8 нм) и две отдельные фиолетовые умеренной яркости (l = 434,8 нм и 433,9 нм). Далее четко видны две отдельные фиолетовые линии умеренной яркости (l = 407,8 нм и l = 404,7 нм). Слева от желтого дублета видна оранжевые линии и красные линии. При наиболее внимательном рассмотрении могут быть замечены еще несколько бледных линий, которые для градуировки существенного значения не имеют.

3. Постройте градуировочный график N = f (l), откладывая по оси абсцисс l (нм), а по оси ординат - деления шкалы барабана.

II. Качественный спектральный анализ (определение газа в источнике света).

1. Поставьте перед входной щелью монохроматора исследуемый источник света и включите его.

2. Снимите спектр исследуемого вещества, записывая деления шкалы барабана монохроматора наиболее ярки(l=х спектральный линий. По градуировочному графику определите длины волн спектральных линий. Данные занесите в таблицу 2.

Таблица 2.

III. Определение постоянной Планка.

1. Зажгите лампу накаливания и пронаблюдайте сплошной спектр.

2. Поместите перед входной щелью монохроматора на пути светового пучка кювету с водным раствором двухромовокислого калия. Сплошной спектр лампы оказывается обрезанным с фиолетового конца. Определите наибольшую длину волны, поглощенную раствором.

Зная длину волны поглощения, вычислите частоту по формуле:

где c - скорость света.

Подсчитайте постоянную Планка по формуле

,

где Е =3,672 × 10^-19 Дж.

Контрольные вопросы

1. Какое физическое явление лежит в основе спектрального анализа?

2. Что называется дисперсией света?

3. Чем отличается эмиссионный спектр вещества от абсорбционного?

4. Какой свет называется монохроматическим?

Литература

1. Кортнев А.В. и др. Практикум по физике. М.: Высшая школа, 1965, раб. 83.

2. Майсова Н.М. Практикум по курсу общей физики. М.: Высш.школа,1970, раб.77, 78.

3. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3-х т. М.: Наука, 1982, т.3.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 10

• ⇐ Назад
• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 789
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• Далее ⇒