Vodorod atomining spektrini o'rganish. Vodorod atomining spektrini o'rganish

Guruh talabasi

1. Ishning maqsadi 2

2. Tajribani o'rnatish va metodologiyasining tavsifi 2

3. Ish natijalari va ularni tahlil qilish 3

4. Xulosa 6

Xavfsizlik savollariga javoblar 7

Foydalanilgan adabiyotlar roʻyxati 10

A ilova 11

1. Ishning maqsadi

Ishning maqsadi vodorod atomlarining emissiya spektrini o'rganish va Ridberg doimiyligini eksperimental ravishda aniqlashdir.

2. O'rnatish va eksperimental texnikaning tavsifi

Vodorod atomining spektrini o'rganish uchun UM-2 prizma monoxromatoriga asoslangan spektroskop ishlatiladi. Eksperimental o'rnatish sxemasi 2.1-rasmda ko'rsatilgan.

1 - lazer; 2 - uyasi; 3 - millimetr shkalasi bilan ekran

2.1-rasm – Lazer yordamida Fraungofer difraksiyasini kuzatish sxemasi.

1-manbadan keladigan yorug'lik kirish yorig'i 2 va linzalar 3 orqali parallel nurda yuqori 4 bo'lgan spektral prizmaga tushadi. Prizma orqali yorug'lik spektrga parchalanadi va linza 6 orqali okulyar 8ga yo'naltiriladi. prizma aylantiriladi, ko'rish maydonining markazida spektrning turli qismlari paydo bo'ladi. Prizma baraban 5 yordamida aylantiriladi, bunda gradus shkalasi bosiladi. Barabanni aylantirib, spektral chiziq okulyarda joylashgan ko'rsatkich strelkasiga 7 keltiriladi va baraban shkalasidagi ko'rsatkich qayd etiladi.

Bu ishda yorug'lik manbai gaz chiqaradigan vodorod trubkasi va DRSh-250-3 yuqori bosimli simob chiroqdir.

3. Ish natijalari va ularni tahlil qilish

3.1-jadval – Simob spektri uchun spektroskopni kalibrlash ma’lumotlari*

*Simob spektral chiziqlarining toʻlqin uzunliklari qoʻllanmaning 8-betidagi 5.1-jadvaldan olingan.

3.1-rasm – Kalibrlash grafigi

Vodorod spektral chiziqlarining to'lqin uzunligi qiymatlari l kalibrlash grafigi bo'yicha aniqlanadi: s qiymatlari Y o'qida chiziladi va X o'qi bo'yicha tegishli qiymatlar nuqta chiziqqa to'g'ri kelishi uchun tanlanadi. .

3.2-jadval - Vodorod atomining spektri bo'yicha eksperimental ma'lumotlar

3.3-jadval - Vodorodning spektral chiziqlari to'lqin uzunliklarining o'zaro qiymatlari, asosiy kvant raqamlari.

Balmer formulasining to’g’riligini tekshirish uchun 1/n/(1/n 2) bog’liqlik grafigi chiziladi.

3.2-rasm - chiziqli bog'liqlik grafigi 1/l(1/n 2)

Grafikdan Ridberg konstantasini (3.1) formula bo'yicha 1/l/(1/) chiziqli bog'liqlikning burchak koeffitsienti sifatida aniqlaymiz.

3.2-rasmdagi 1-qatorning parametrlari

To'g'ri chiziqning qiyaligi K ning absolyut qiymati Ridberg doimiysi R = |K| = 1.108E+07

Topilgan Ridberg konstantasining mutlaq xatosi s(R) = s(K) = 1,057E+05

Ridberg doimiysining jadval qiymati: 1,097E+07

Ridberg doimiysining topilgan va jadvalli qiymatlari orasidagi farq |1 - R/ |X100% = 0,98%

8-betdagi 8-bandga muvofiq, natija kafolat bilan qayd etiladi.

R = (1,108 ± 0,01);

Bu yerda e(R) nisbiy xato bo’lib, f yordamida hisoblanadi. (1.2) 2-betda b.

Tajriba natijasida olingan to'lqin uzunligi qiymatlaridan foydalanib, biz vodorod atomining energiya spektrining bir qismini quramiz.

Tajribada kuzatilgan o'tishlar: 6s → 2p, 5s → 2p, 4s → 2p, 3s → 2p.

4. Xulosalar

Laboratoriya ishi davomida atomlarning emissiya spektri o'rganildi

vodorod. Chiziqli munosabat (1/l)/(1/) grafigi tuzildi, undan Ridberg doimiysini aniqlash mumkin edi:

R = (1,108 ± 0,01);

Ridberg konstantasini aniqlashda xatolik 0,9% ni tashkil etdi.

Olingan natijalar nazariy ma'lumotlarga mos keladi.

Xavfsizlik savollariga javoblar

1. Prizma spektroskopining ishlash prinsipini tushuntiring.

Prizma spektroskopining ishlash printsipi yorug'lik dispersiyasi hodisasiga asoslanadi. Kirish yorug'lik oqimining turli spektral komponentlarga parchalanishi.

2. Spektroskopni kalibrlash nima?

Monoxromatik yorug'lik nurlarining prizma tomonidan burilish burchagi na to'lqin uzunligiga, na uning chastotasiga proportsional emas. Shuning uchun, dispers spektrli qurilmalar standart yorug'lik manbalari yordamida oldindan kalibrlangan bo'lishi kerak. Ushbu laboratoriya ishida mos yozuvlar yorug'lik manbai simob chiroq edi.

Bitiruv quyidagicha bo'ldi:

Spektroskopning kirish teshigi oldiga simob chiroqni 30-40 sm masofada qo'ying. “NETWORK” va “DRSH LAMP” almashtirish tugmalari yordamida simob chiroqni yoqing. "START" tugmasini bir necha marta bosib simob chiroqni yoqing va chiroqni 3-5 daqiqa davomida qizdiring. Kirish tirqishining kengligini o'zgartirish va okulyarni siljitish orqali okulyar orqali ko'rinadigan spektral chiziqlar nozik va aniq bo'lishini ta'minlang.

Simob spektrining turli chiziqlari uchun barabanning aylanish burchagini o'lchab, chiziqlarni okulyardagi ko'rsatkich o'qi bilan ketma-ket tekislang. Barabanning teskari zarbasi tufayli xatoni kamaytirish uchun indikatorga faqat bir tomondan chiziqlar tortilishi kerak.

3. Vodorod atomidagi elektronning holati kvant mexanikasida qanday aniqlanadi?

Energiyalarga mos keladigan xos funktsiyalar En

vodorod atomidagi elektronning statsionar holatlarini aniqlang va n, l va m kvant sonlariga bog'liq.

Muayyan n uchun orbital kvant soni l l=0, 1, 2, …, n-1 qiymatlarini olishi mumkin. Berilgan l uchun magnit kvant soni qiymatlarni oladi.

4. To‘lqin funksiyasining kvadrat moduli nimani anglatadi?

To'lqin funksiyasining talqiniga ko'ra, to'lqin funksiyasi modulining kvadrati kosmosning turli nuqtalarida elektronni topish ehtimoli zichligini beradi.

5. Vodorod atomidagi elektron uchun statsionar Shredinger tenglamasini yozing.

Rnl(r) – to‘lqin funksiyasining radial qismi;

Ylm(u, q) – to’lqin funksiyasining burchak qismi;

n – bosh kvant soni;

l – orbital kvant soni;

m – magnit kvant soni.

6. Vodorod atomida n=3 bo‘lgan elektronning mumkin bo‘lgan holatlarini keltiring.

n = 3 uchun vodorod atomidagi elektronning mumkin bo'lgan holatlari: s, p, d.

7. Vodorod atomining ionlanish energiyasi nima deyiladi?

Atomning 1-holati asosiy holat deb ataladi. Bu eng past energiya darajasiga mos keladi E1 = -13,6 eV, shuningdek, zamin darajasi deb ataladi. Boshqa barcha holatlar va energiya darajalari hayajonlangan deb ataladi. Miqdori |E1| vodorod atomining ionlanish energiyasidir.

8. Bor radiusiga teng masofada elektronni topish ehtimoli zichligi maksimal ekanligini isbotlang.

Sferik qatlamda r dan r+dr gacha bo'lgan elektronni aniqlash ehtimoli bu qatlam hajmining ko'paytmasiga teng. Yadrodan r masofada elektronni aniqlash ehtimoli zichligi

r=r0 da maksimal darajaga etadi.

Uzunlik o'lchamiga ega bo'lgan r0 miqdori birinchi Bor orbitasining radiusiga to'g'ri keladi. Shuning uchun kvant mexanikasida birinchi Bor orbitasining radiusi elektronni topish ehtimoli maksimal bo'lgan yadrodan masofa sifatida talqin qilinadi.

9. Orbital kvant soni qanday tanlash qoidasiga bo'ysunadi va nima uchun?

Atom tomonidan yorug'lik chiqishi va yutilishi paytida burchak momentining saqlanish qonunidan orbital kvant soni l uchun tanlash qoidasi kelib chiqadi.

10. Lyman va Paschen seriyalari uchun o'tish turlarini ko'rsating.

Lyman seriyasi uchun: np → 1s (n = 2, 3...).

Paschen seriyasi uchun: np → 3s, ns → 3p, nd → 3p, np → 3d, nf → 3d (n = 4, 5 ...)

11. Liman, Balmer, Paschen qatorlari uchun qisqa to‘lqinli va uzun to‘lqinli chegaralarni (l1 va l∞) toping.

Lyman seriyasi uchun: m = 1, n = 2, 3, … ∞.

R = 1,097 ∙ 107 (m-1)

n = ∞ uchun. , l1 = 1/(1,097 ∙ 107) ∙ 109 = 91,2 (nm)

L∞ = 1/(1,097 ∙ 107 ∙ 3/4) ∙ 109 = 121,5 (nm)

Balmer seriyasi uchun: m = 2, n = 3, 4 … ∞.

R = 1,097 ∙ 107 (m-1)

n = ∞ uchun. , l1 = 1/(1,097 ∙ 107 ∙ 1/4) ∙ 109 = 364,6 (nm)

L∞ = 1/(1,097 ∙ 107 ∙ 0,1389) ∙ 109 = 656,3 (nm)

Paschen seriyasi uchun: m = 3, n = 4, 5 ... ∞.

R = 1,097 ∙ 107 (m-1)

n = ∞ uchun. , l1 = 1/(1,097 ∙ 107 ∙ 1/9) ∙ 109 = 820,4 (nm)

L∞ = 1/(1,097 ∙ 107 ∙ 0,04861) ∙ 109 = 1875,3 (nm)

Bibliografiya

, vodorod atomining Kirillov spektri. Barcha mutaxassisliklar talabalari uchun laboratoriya ishlari bo'yicha qo'llanma. – Tomsk: TUSUR, 2005. – 10 b. O'lchov xatolarining uzilishi. Barcha mutaxassisliklar talabalari uchun fizika kursi bo'yicha laboratoriya mashg'ulotlari uchun ko'rsatmalar. – Tomsk: FDO, TUSUR, 2006. – 13 b.

Ilova A

Hisobot fayliga phyLab7.reg tajribalari natijalari bilan ro'yxatga olish fayli qo'shiladi.

1 Excelda berilgan nuqtalardan tuzilgan to'g'ri chiziqning parametrlarini eng kichik kvadratlar usulini (LSM) amalga oshiradigan LINEST() funksiyasi yordamida olish mumkin. Qo'llanmada MNC 12-13 f-betlarda tasvirlangan. (10.2) – (10.5).

Yavorskiy B. Vodorod atomining spektri bizga nima haqida gapirdi // Kvant. - 1991. - No 3. - B. 44-47.

“Kvant” jurnali tahririyati va muharrirlari bilan maxsus kelishuv asosida

Ma'lumki, izolyatsiya qilingan atomlarning nurlanishi, masalan, monoatomik gazlarning atomlari yoki ba'zi metallarning bug'lari, eng katta soddaligi bilan tavsiflanadi. Bunday spektrlar turli to'lqin uzunliklariga mos keladigan turli intensivlikdagi diskret spektral chiziqlar to'plamidir. Ular chiziqli spektrlar deb ataladi.

Molekulalari bir nechta atomlardan iborat gazlar yoki bug'lar porlaganda, chiziqli spektrlar paydo bo'ladi - spektral chiziqlar guruhlari to'plami. Nihoyat, qizdirilgan suyuqliklar va qattiq jismlar tomonidan chiqariladigan nurlanish barcha mumkin bo'lgan to'lqin uzunliklarini o'z ichiga olgan uzluksiz spektrga ega.

Emissiya spektrlaridan tashqari, yutilish spektrlari ham mavjud. Misol uchun, uzluksiz spektr hosil qiluvchi manbadan natriy bug'ining nuri orqali o'tamiz. Keyin uzluksiz spektrning sariq mintaqasida ikkita qorong'u chiziq paydo bo'ladi - natriyni yutish spektrining chiziqlari. Spektral chiziqlarning qaytarilish xususiyati juda muhim: atomlar bir xil atomlar chiqaradigan spektral chiziqlarni o'z ichiga olgan nurni yutadi. Shunisi e'tiborga loyiqki, har bir kimyoviy element atomi elektromagnit to'lqinlar shkalasi bo'yicha turli joylarda - uning ko'rinadigan hududida ham, qo'shni ko'rinmas ultrabinafsha va infraqizil hududlarda joylashgan spektral chiziqlarning o'ziga xos kombinatsiyasiga ega chiziq spektrini yaratadi. Yerda bir xil yuzli ikkita odam bo'lmaganidek, tabiatda atomlari bir xil spektrga ega bo'lgan ikkita kimyoviy element yo'q.

Ma'lum bo'lishicha, chiziqli spektrlar atomning valentlik elektronlari deb ataladigan harakat bilan juda chambarchas bog'liq. Gap shundaki, atomdagi elektronlar yadro atrofida qatlamlar yoki qobiqlarda joylashgan bo'lib, elektronlar har xil energiyaga ega. Bundan tashqari, turli qobiqlarda bir xil miqdordagi elektronlar mavjud emas. Eng tashqi energiya qobig'ida, tashqi qobiq deb ataladigan bo'lsak, turli atomlar turli xil elektronlarga ega - birdan sakkizgacha. Misol uchun, natriy atomining tashqi qobig'ida faqat bitta elektron, uglerod atomida to'rtta shunday "tashqi" elektron, xlorda esa ettita elektron mavjud. Kimyogarlar tashqi elektronlarni valentlik deb atashadi - ular atomlarning valentligini, ya'ni ularning boshqa atomlar bilan kimyoviy birikmalarga kirish qobiliyatini aniqlaydilar. Fiziklar atomlarning tashqi elektronlarini optik deb atashadi - bu elektronlar atomlarning barcha optik xususiyatlarini va birinchi navbatda ularning spektrlarini aniqlaydi.

Vodorod atomi spektridagi balyner chiziqlari

Vodorod atomi eng oddiy atom bo'lib, faqat bitta proton (yadro) va bitta elektrondan iborat. Shuning uchun vodorod atomining chiziqli spektri ham eng oddiy hisoblanadi. Aynan shu spektrni o'rganish bilan nazariy spektroskopiya o'z sayohatini boshladi - atomlar, molekulalar, turli agregatsiya holatlaridagi moddalar spektrlarini o'rganish.

Vodorod spektridagi chiziqlar birinchi marta nemis fizigi I. Fraungofer tomonidan kuzatilgan va batafsil tavsiflangan. Bular quyosh spektridagi hozirgi mashhur Fraungofer qorong'u yutilish chiziqlari edi. Ular Quyoshdan keladigan nurlanish uning xromosferasini o'rab turgan gazlar orqali o'tganda paydo bo'ladi. Dastlab, Fraungofer atigi 4 ta chiziqni kashf etdi, keyinchalik ular chiziqlar deb nomlandi H α , H β , H g, va H δ .

1885 yilda Bazel (Shveytsariya) shahridagi o'rta maktab fizikasi o'qituvchisi I. Balmer Fraungofer va uning izdoshlari tomonidan olingan fotosuratlarni sinchkovlik bilan tahlil qilib, quyidagilarga e'tibor berdi. Agar siz ba'zi (Balmer uni asosiy deb atagan) raqamni kiritsangiz k, keyin chiziqlarning to'lqin uzunliklari H α , H β , H g, va H d ni quyidagicha ifodalash mumkin:

\(~\begin(matritsa) \lambda_(H_(\alpha)) = \dfrac 95 k \\ \lambda_(H_(\beta)) = \dfrac 43 k \\ \lambda_(H_(\gamma)) = \dfrac(25)(21) k \\ \lambda_(H_(\delta)) = \dfrac 98 k\end(matritsa)\) .

\(~\dfrac 43\) va \(~\dfrac 98\) kasrlardagi pay va maxrajlarni 4 ga ko'paytirish orqali Balmer hayratlanarli naqshga ega bo'ldi: barcha chiziqlarning to'lqin uzunliklari ifodalaridagi numeratorlar quyidagicha ifodalanishi mumkin. raqamlar kvadratlari ketma-ketligi -

\(~3^2, 4^2, 5^2, 6^2\) ,

va maxrajlar kvadratlarning farqlari ketma-ketligiga o'xshaydi -

\(~3^2 - 2^2, 4^2 - 2^2, 5^2 - 2^2, 6^2 - 2^2\) .

Shunday qilib, Balmer to'rtta chiziqning to'lqin uzunliklari uchun bitta formulani yozishga muvaffaq bo'ldi:

\(~\lambda = k \dfrac(n^2)(n^2 - 2^2)\) .

Qayerda n= chiziqlar uchun mos ravishda 3, 4, 5 va 6 H α , H β , H g, va H d. Agar λ angstromlarda o'lchanadi (1 A = 10 -10 m), keyin raqam k Balmerga ko'ra u 3645 A ga teng bo'lib chiqadi.

Ko'p o'tmay, vodorodning yutilish spektrida boshqa chiziqlar topildi (hozir 30 ga yaqin chiziq faqat spektrning ko'rinadigan hududida ma'lum) va ularning to'lqin uzunliklari ham Balmer formulasiga "mos keladi". Bu qanday aniqlik bilan olinganligi to'g'risida, birinchi etti qatorning to'lqin uzunliklarini (angstromlarda) kuzatish va hisoblash natijalarini ko'rsatadigan jadvaldan hukm qiling. n 3 dan 9 gacha o'zgaradi:

Bu raqamlar spektroskopiyada hisoblar favqulodda aniqlik bilan amalga oshirilishini ko'rsatadi. Spektroskopik hisob-kitoblar paydo bo'lishidan oldin, astronomiyada hisob-kitoblar eng katta aniqlikka ega deb hisoblangan. Biroq, spektroskopiyada hisob-kitoblarning aniqligi nafaqat past emas, balki bir qator hollarda w astronomik aniqlikdan oshib ketishi ma'lum bo'ldi.

Balmer vodoroddan murakkabroq boshqa atomlarning spektrlarini ham u kashf etgan formulaga o'xshash formulalar bilan tasvirlash mumkinligiga umid qilgan. Uning fikricha, boshqa elementlarning atomlari uchun "bosh raqam"ni topish juda qiyin ish bo'ladi. Yaxshiyamki, barcha atom fizikasi uchun va ayniqsa spektroskopiya uchun Balmer noto'g'ri edi. Kattalik k barcha kimyoviy elementlarning atomlarining nurlanishining spektral formulalariga kiritilgan 1[ammo formulalarning o'zi Balmer formulasidan bir qator tuzatish shartlari bilan farq qiladi].

Ridberg doimiysi. Vodorod atomining to'liq spektri

1890 yilda shved fizik-spektroskopisti Ridberg Balmer formulasini \(~N = \dfrac(1)(\lambda)\) uchun "teskari" shaklda yozdi. U to'lqin raqami deb ataladi va vakuumdagi qancha to'lqin uzunligi birlik uzunligiga to'g'ri kelishini ko'rsatadi. To'lqinlar soni yorug'lik chastotasi bilan osongina bog'liq ν :

\(~\nu = \dfrac(c)(\lambda) = cN\),

Qayerda c- yorug'lik tezligi. Spektroskopiya har doim chastotalar emas, balki to'lqin raqamlari bilan shug'ullanadi. Buning sababi shundaki, to'lqin uzunliklari va shuning uchun to'lqin raqamlari chastotalarga qaraganda ancha yuqori aniqlik bilan eksperimental tarzda aniqlanishi mumkin. (E'tibor bering, ba'zida to'lqin raqami bir xil harf bilan belgilanadi ν , tebranish chastotasi bilan bir xil. To'g'ri, odatda kontekstdan aniq nima aytilayotgani aniq, lekin ba'zida bu keraksiz chalkashliklarni keltirib chiqaradi.)

Balmer formulasini "teskari" qilib, biz to'lqin raqamini olamiz

\(~N = \dfrac(1)(\lambda) = \dfrac(1)(k) \dfrac(n^2 - 4)(n^2) = \dfrac(4)(k) \left(\ dfrac(1)(2^2) - \dfrac(1)(n^2) \o'ng)\) .

O'zgarmas qiymatni \(~\dfrac(4)(k)\) bilan belgilaymiz R(Rydberg familiyasining birinchi harfi). Nihoyat, Balmer formulasi odatda ishlatiladigan shaklda yozilishi mumkin:

\(~N = R \left(\dfrac(1)(2^2) - \dfrac(1)(n^2) \o'ng)\), bu erda n = 3, 4, 5, 6 ,…

Balmer formulasi shuni ko'rsatadiki, bu raqam ortib boradi n"qo'shni" spektral chiziqlarning to'lqin raqamlari tobora o'xshash qiymatlarga ega (ular orasidagi farq kamayadi) - spektral chiziqlar bir-biriga yaqinlashadi. To'lqin raqamlari Balmer formulasi yordamida hisoblangan barcha spektral chiziqlar Balmer spektral qatorini tashkil qiladi. Balmer seriyasining eng ko'p spektral chiziqlari (37 chiziq) quyosh xromosferasi va prominenslari (Quyoshda hosil bo'lgan va undan chiqarib yuborilgan issiq gazlar bulutlari) spektrida topilgan. Ridberg doimiysi Balmer seriyasining chiziqlarida katta aniqlik bilan o'lchandi. U teng bo'lib chiqdi R= 109677,581 sm -1.

Spektrning ko'rinadigan hududida vodorod spektri chiziqlarining to'lqin uzunliklarini o'lchash natijalari va Balmer formulasidan foydalangan holda hisob-kitoblar o'rtasidagi hayratlanarli kelishuv tadqiqotchilarni boshqa sohalarda vodorod spektrini o'rganishga undadi. Bu izlanishlar muvaffaqiyat bilan yakunlandi. Balmer seriyasidan tashqari vodorod atomi spektrida boshqa qatorlar ham topildi va ularning barchasi Balmer formulasiga o'xshash spektral formulalar bilan tasvirlangan.

Shunday qilib, spektrning uzoq ultrabinafsha qismida - to'lqin uzunligi ~ 1200 A va undan kam bo'lgan mintaqada - Liman hozirda Lyman seriyasi deb ataladigan qator chiziqlarni topdi:

\(~N = R \left(\dfrac(1)(1^2) - \dfrac(1)(n^2) \o'ng)\), bu erda n = 2, 3, 4, …

Spektrning infraqizil qismida uchta qator spektral chiziqlar topildi: to'lqin uzunligi 10 000 dan 20 000 A gacha - formula bilan tavsiflangan Paschen seriyasi

\(~N = R \left(\dfrac(1)(3^2) - \dfrac(1)(n^2) \o'ng)\), bu erda n = 4, 5, 6, …

40 000 A ga yaqin to'lqin uzunligi mintaqasida - Brackett seriyasi

\(~N = R \left(\dfrac(1)(4^2) - \dfrac(1)(n^2) \o'ng)\), bu erda n = 5, 6, …

nihoyat, juda uzoq infraqizil mintaqada, 75 000 A yaqinida - Pfund seriyasi

\(~N = R \left(\dfrac(1)(5^2) - \dfrac(1)(n^2) \o'ng)\), bu erda n = 6, 7, …

Shunday qilib, spektrning turli qismlarida vodorod atomida aniqlangan barcha spektral chiziqlar bitta umumiy formula - Balmer-Rydberg formulasi bilan qoplanishi mumkin.

\(~N = R \left(\dfrac(1)(m^2) - \dfrac(1)(n^2) \o'ng)\) .

Ushbu formulada har bir qator qatori uchun raqam m 1 dan 5 gacha doimiy qiymatga ega: m=1, 2, 3, 4, 5 va bu qator ichida raqam n dan boshlab bir qator ortib borayotgan sonli qiymatlarni oladi m + 1.

Kirish

Moddaning chiziqli spektrini o'rganish uning qanday kimyoviy elementlardan iboratligini va bu moddada har bir element qanday miqdorda mavjudligini aniqlash imkonini beradi.

O'rganilayotgan namunadagi elementning miqdoriy tarkibi ushbu element spektridagi alohida chiziqlarning intensivligini namunadagi miqdoriy tarkibi ma'lum bo'lgan boshqa kimyoviy elementning chiziqlari intensivligi bilan solishtirish orqali aniqlanadi.

Moddaning spektridan uning sifat va miqdoriy tarkibini aniqlash usuli spektral analiz deyiladi. Spektral tahlil ruda namunalarining kimyoviy tarkibini aniqlash uchun foydali qazilmalarni qidirishda keng qo'llaniladi. Sanoatda spektral tahlil kerakli xususiyatlarga ega materiallarni olish uchun metallarga kiritilgan qotishmalar va aralashmalar tarkibini nazorat qilish imkonini beradi.

Spektral tahlilning afzalliklari yuqori sezuvchanlik va natijalarni olish tezligidir. Spektral tahlil yordamida 6 * 10 -7 g og'irlikdagi namunadagi oltin borligini uning massasi atigi 10 -8 g bo'lgan holda aniqlash mumkin.Spektral tahlil usuli bilan po'lat navini aniqlash bir necha o'nlab amalga oshirilishi mumkin. soniya.

Spektral tahlil Yerdan milliardlab yorug'lik yili uzoqlikda joylashgan osmon jismlarining kimyoviy tarkibini aniqlash imkonini beradi. Sayyoralar va yulduzlar atmosferasining kimyoviy tarkibi, yulduzlararo fazodagi sovuq gaz yutilish spektrlari bilan aniqlanadi.

Spektrlarni o'rganish orqali olimlar nafaqat samoviy jismlarning kimyoviy tarkibini, balki ularning haroratini ham aniqlashga muvaffaq bo'lishdi. Spektral chiziqlarni siljitish orqali samoviy jismning harakat tezligini aniqlash mumkin.

Spektr va spektral tahlilning kashf etilishi tarixi

1666 yilda Isaak Nyuton teleskopda yulduzlar tasvirining kamalak rangga bo'yalishiga e'tibor berib, tajriba o'tkazdi, natijada u yorug'likning tarqalishini aniqladi va yangi qurilma - spektroskopni yaratdi. Nyuton yorug'lik nurini prizmaga yo'naltirdi, so'ngra to'yingan chiziqni olish uchun dumaloq teshikni tirqish bilan almashtirdi. Dispersiya - moddaning sindirish ko'rsatkichining yorug'lik to'lqin uzunligiga bog'liqligi. Dispersiya oq yorug'lik shisha prizmadan o'tganda spektrga bo'linishiga olib keladi. Shuning uchun bunday spektr dispersiv deyiladi.

Molekulyar bulutdan o'tib, qora tana nurlanishi uning spektridan yutilish chiziqlarini oladi. Bulutning emissiya spektrini ham kuzatish mumkin. Elektromagnit nurlanishni o'rganish maqsadida to'lqin uzunliklariga parchalanishi spektroskopiya deb ataladi. Spektral tahlil astrofizikada qo'llaniladigan astronomik ob'ektlarni o'rganishning asosiy usuli hisoblanadi.

Kuzatilgan spektrlar uch sinfga bo'linadi:

chiziqli emissiya spektri. Isitilgan siyrak gaz yorqin emissiya chiziqlarini chiqaradi;

uzluksiz spektr. Bu spektr qattiq moddalar, suyuqliklar yoki qizdirilgan holatda zich shaffof bo'lmagan gaz tomonidan ishlab chiqariladi. Maksimal nurlanish sodir bo'lgan to'lqin uzunligi haroratga bog'liq;

chiziqli yutilish spektri. To'q rangli yutilish chiziqlari uzluksiz spektr fonida ko'rinadi. Absorbtsiya chiziqlari uzluksiz spektrga ega bo'lgan issiqroq jismdan nurlanish sovuq kamaytirilgan muhitdan o'tganda hosil bo'ladi.

Spektrlarni o'rganish astronomik ob'ektlarning harorati, tezligi, bosimi, kimyoviy tarkibi va boshqa muhim xususiyatlari haqida ma'lumot beradi. Spektral tahlil tarixi 1802 yilda, ingliz Uollanstoun Quyosh spektrini kuzatganida, birinchi marta qorong'u yutilish chiziqlarini ko'rganida boshlangan. U ularni tushuntira olmadi va kashfiyotiga unchalik ahamiyat bermadi.

1814 yilda nemis fizigi Fraungofer yana quyosh spektrida qorong'u yutilish chiziqlarini topdi va ularning ko'rinishini to'g'ri tushuntira oldi. O'shandan beri ular Fraunhofer chiziqlari deb ataladi. 1868 yilda Quyosh spektrida geliy (yunoncha helios "Quyosh") deb nomlangan noma'lum elementning chiziqlari topildi. 27 yildan keyin bu gazning oz miqdori yer atmosferasida topildi. Bugungi kunda geliy koinotdagi ikkinchi eng keng tarqalgan element ekanligini bilamiz. 1918-1924 yillarda Genri Draperning 225 330 yulduz spektrlarining tasnifini o'z ichiga olgan katalogi nashr etildi. Ushbu katalog Garvard yulduzlarni tasniflash uchun asos bo'ldi. Birinchi energiya darajasiga o'tish paytida paydo bo'ladigan vodorod chiziqlari ko'pchilik astronomik ob'ektlarning spektrlarida kuzatiladi. Bu ultrabinafshada kuzatiladigan Lyman seriyasidir; qatorning alohida satrlari La (l = 121,6 nm), Lb (l = 102,6 nm), Ly (l = 97,2 nm) va boshqalar bilan belgilanadi. Spektrning ko'rinadigan hududida Balmer seriyali vodorod chiziqlari kuzatiladi. Bu chiziqlar Ha (l = 656,3 nm) qizil, Hb (l = 486,1 nm) ko'k, Hg (l = 434,0 nm) ko'k va Hd (l = 410,2 nm) binafsha rang. Vodorod chiziqlari spektrning infraqizil qismida ham kuzatiladi - Paschen, Brackett seriyalari va boshqalar, uzoqroq.

Vodorod spektridagi spektral qator

Deyarli barcha yulduzlarning spektrida yutilish chiziqlari mavjud. Eng qizg'in geliy chizig'i spektrning sariq qismida joylashgan: D3 (l = 587,6 nm). Quyosh tipidagi yulduzlar spektrlarida natriy chiziqlari ham kuzatiladi: D1 (l = 589,6 nm) va D2 (l = 589,0 nm), ionlangan kaltsiy chiziqlari: H (l = 396,8 nm) va K (l = 393, 4). nm). Yulduzlarning fotosferalarida nurlanish yulduz atmosferasining sovuqroq qatlamlaridan oʻtganda paydo boʻladigan alohida qorongʻu chiziqlar bilan kesishgan uzluksiz spektr hosil qiladi. Yutish spektridan (aniqrog'i, spektrda ma'lum chiziqlar mavjudligidan) yulduz atmosferasining kimyoviy tarkibini baholash mumkin. Spektrdagi yorqin chiziqlar yulduzning kengayib borayotgan issiq gaz qobig'i bilan o'ralganligini ko'rsatadi. Past haroratli qizil yulduzlar uchun spektrda titan oksidi molekulalari va oksidlarining keng diapazonlari ko'rinadi. Yuqori haroratgacha qizdirilgan ionlangan yulduzlararo gaz ultrabinafsha mintaqada maksimal emissiyaga ega spektrlarni hosil qiladi. Oq mittilar noodatiy spektrlarni hosil qiladi. Ularning yutilish chiziqlari oddiy yulduzlarnikidan ko'p marta kengroq va vodorod chiziqlari oddiy yulduzlarda bunday haroratlarda yo'q. Bu oq mittilar atmosferasidagi yuqori bosim bilan izohlanadi.

Spektrlarning turlari

Turli moddalardan nurlanishning spektral tarkibi juda xilma-xildir. Ammo, shunga qaramay, tajriba shuni ko'rsatadiki, barcha spektrlarni bir-biridan juda farq qiladigan uchta turga bo'lish mumkin.

Uzluksiz spektrlar.

Quyosh spektri yoki yoy chiroq spektri doimiydir. Bu shuni anglatadiki, spektr barcha uzunlikdagi to'lqinlarni o'z ichiga oladi. Spektrda uzilishlar yo'q va spektrograf ekranida uzluksiz ko'p rangli chiziqni ko'rish mumkin.

Energiyaning chastotalar bo'yicha taqsimlanishi, ya'ni nurlanish intensivligining spektral zichligi turli jismlar uchun har xil. Misol uchun, juda qora sirtli jism barcha chastotalarning elektromagnit to'lqinlarini chiqaradi, ammo nurlanish intensivligining spektral zichligi chastotaga bog'liqligi egri chizig'i ma'lum bir chastotada maksimalga ega. Juda past va juda yuqori chastotalarda radiatsiya energiyasi ahamiyatsiz. Haroratning oshishi bilan maksimal spektral nurlanish zichligi qisqaroq to'lqinlar tomon siljiydi.

Uzluksiz (yoki uzluksiz) spektrlar, tajriba shuni ko'rsatadiki, qattiq yoki suyuq holatdagi jismlar, shuningdek, yuqori siqilgan gazlar tomonidan beriladi. Uzluksiz spektrni olish uchun tanani yuqori haroratgacha qizdirish kerak.

Uzluksiz spektrning tabiati va uning mavjudligi haqiqati nafaqat alohida-alohida chiqaradigan atomlarning xususiyatlari bilan belgilanadi, balki atomlarning bir-biri bilan o'zaro ta'siriga ham bog'liq.

Uzluksiz spektr yuqori haroratli plazma tomonidan ham ishlab chiqariladi. Elektromagnit to'lqinlar asosan elektronlar ionlar bilan to'qnashganda plazma tomonidan chiqariladi.

Chiziqli spektrlar.

Oddiy osh tuzi eritmasi bilan namlangan asbest bo'lagini gaz gorelkasining och oloviga qo'shamiz. Olovni spektroskop orqali kuzatganda, alanganing zo'rg'a ko'rinadigan uzluksiz spektri fonida yorqin sariq chiziq miltillaydi. Ushbu sariq chiziq stol tuzining molekulalari olovda parchalanganda hosil bo'lgan natriy bug'idan hosil bo'ladi. Spektroskopda siz keng quyuq chiziqlar bilan ajratilgan turli yorqinlikdagi rangli chiziqlar palisadini ham ko'rishingiz mumkin. Bunday spektrlar chiziqli spektrlar deb ataladi. Chiziq spektrining mavjudligi moddaning faqat ma'lum to'lqin uzunliklarida (aniqrog'i, ma'lum juda tor spektral intervallarda) yorug'lik chiqarishini anglatadi. Har bir chiziq chegaralangan kenglikka ega.

Chiziqli spektrlar barcha moddalarni gazsimon atom (lekin molekulyar emas) holatda ko'rsatadi. Bunday holda, yorug'lik deyarli bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydigan atomlar tomonidan chiqariladi. Bu spektrlarning eng asosiy, asosiy turi.

Berilgan kimyoviy elementning izolyatsiyalangan atomlari qat'iy belgilangan to'lqin uzunliklarini chiqaradi.

Odatda, chiziqli spektrlarni kuzatish uchun moddaning olovdagi bug'ining porlashi yoki o'rganilayotgan gaz bilan to'ldirilgan trubadagi gaz razryadining porlashi ishlatiladi.

Atom gazining zichligi oshishi bilan alohida spektral chiziqlar kengayadi va nihoyat, juda yuqori gaz zichligida, atomlarning o'zaro ta'siri sezilarli bo'lganda, bu chiziqlar bir-birining ustiga chiqib, uzluksiz spektrni hosil qiladi.

Chiziqli spektrlar.

Chiziqli spektr qorong'u bo'shliqlar bilan ajratilgan alohida chiziqlardan iborat. Juda yaxshi spektral apparat yordamida har bir tarmoqli juda ko'p sonli juda yaqin joylashgan chiziqlar to'plami ekanligini aniqlash mumkin. Chiziqli spektrlardan farqli o'laroq, chiziqli spektrlar atomlar tomonidan emas, balki bir-biriga bog'lanmagan yoki zaif bog'langan molekulalar tomonidan yaratilgan.

Molekulyar spektrlarni kuzatish, shuningdek, chiziqli spektrlarni kuzatish uchun odatda olovda bug'ning porlashi yoki gaz razryadining porlashi ishlatiladi.

Absorbtsiya spektrlari.

Atomlari hayajonlangan holatda bo'lgan barcha moddalar yorug'lik to'lqinlarini chiqaradi, ularning energiyasi to'lqin uzunliklari bo'ylab ma'lum bir tarzda taqsimlanadi. Yorug'likning moddaning yutilishi to'lqin uzunligiga ham bog'liq. Shunday qilib, qizil shisha qizil nurga mos keladigan to'lqinlarni uzatadi va qolganlarini o'zlashtiradi.

Agar siz oq nurni sovuq, chiqmaydigan gaz orqali o'tkazsangiz, manbaning uzluksiz spektri fonida qorong'u chiziqlar paydo bo'ladi. Gaz kuchli qizdirilganda chiqaradigan to'lqin uzunliklarining yorug'ligini eng kuchli yutadi. Uzluksiz spektr fonidagi quyuq chiziqlar yutilish chiziqlari bo'lib, ular birgalikda yutilish spektrini tashkil qiladi.

Uzluksiz, chiziqli va chiziqli emissiya spektrlari va bir xil miqdordagi yutilish spektrlari mavjud.

Atrofimizdagi jismlar nimadan iboratligini bilish juda muhimdir. Ularning tarkibini aniqlash uchun ko'plab usullar ixtiro qilingan. Ammo yulduzlar va galaktikalarning tarkibini faqat spektral tahlil yordamida aniqlash mumkin.

10-son LABORATORIYA ISHI

QISQA NAZARIYA

Ushbu ishning maqsadi vodorod va natriy spektri bilan tanishishdir. Uni amalga oshirish jarayonida spektrning ko'rinadigan qismini vizual ravishda kuzatish, to'lqin uzunliklarini o'lchash va ushbu o'lchovlar natijalariga ko'ra Ridberg doimiyligini aniqlash kerak.

Vodorod atomining emissiya spektri alohida o'tkir chiziqlardan iborat bo'lib, uning soddaligi bilan ajralib turadi. Balmer (1885), Ridberg (1890) va Ritz (1908) vodorodning spektral chiziqlarini ketma-ket guruhlash mumkinligini empirik tarzda aniqladilar va to'lqin uzunliklari quyidagi formula bilan yuqori aniqlik bilan ifodalanadi:

to'lqin raqami qayerda; l-to'lqin uzunligi, vakuumda; R= 109677,581 sm -1 - Ridberg doimiysi; n = 1, 2, 3, ... - natural son, berilgan qator satrlari uchun doimiy, seriya raqami sifatida qaralishi mumkin; m = n + 1, n + 2, n + 3, ... - berilgan qatorning satrlarini "raqamlaydigan" natural son.

N = 1 bo'lgan qator (Liman seriyasi) butunlay spektrning ultrabinafsha qismida yotadi. n = 2 ga mos keladigan seriya (Balmer seriyasi) ko'rinadigan mintaqada birinchi to'rtta qatorga ega. N = 3 (Paschen), n = 4 (Brackett), n = 5 (Pfund) va shunga o'xshash seriyalar infraqizil diapazonda.

Yuqori aniqlikdagi spektroskopiya ketma-ket chiziqlar (I) nozik tuzilishga ega ekanligini ko'rsatadi; har bir chiziq spektrning ko'rinadigan qismi uchun angstromning yuzdan bir qismi masofada joylashgan bir nechta yaqin joylashgan komponentlardan iborat.

Bor nazariyasi. Atom spektrlarining chiziqli tuzilishini, xususan, (1) formulasini klassik fizika nuqtai nazaridan tushuntirishga qaratilgan ko'plab urinishlar muvaffaqiyatsiz tugadi. 1911 yilda Rezerfordning tajribalari atomning yadro modelini yaratdi, klassik mexanika nuqtai nazaridan uni yadro atrofida harakatlanadigan elektronlar yig'indisi deb hisoblash kerak. Klassik elektrodinamika qonunlariga ko'ra, bunday atom modeli beqaror, chunki orbitalarda egri chiziqli harakat uchun zarur bo'lgan tezlanish tufayli elektronlar elektromagnit to'lqinlar shaklida energiya chiqarishi va natijada tezda yadroga tushishi kerak. 1913 yilda Bor klassik g'oyalardan voz kechib, atomning yadro modeliga mos keladigan nazariyani yaratdi va vodorod atomi va shunga o'xshash atom tizimlarining spektridagi asosiy naqshlarni tushuntirdi.

Bor nazariyasi quyidagi postulatlarga asoslanadi:

1. Atom sistemasi ma'lum energiyaga ega bo'lgan diskret barqaror statsionar holatlarga ega bo'lib, ularni oddiy mexanika yordamida davolash mumkin, lekin klassik elektrodinamikaga ko'ra nurlanishi kerak bo'lsa ham, tizim nurlanmaydi.

2. Radiatsiya energiya kvanti shaklida bir statsionar holatdan ikkinchisiga o'tishda sodir bo'ladi. hv monoxromatik yorug'lik (bu erda v- nurlanish chastotasi; h= 6,62 10 -27 erg.sek - Plank doimiysi).

3. Aylana orbitalarda harakatlanishning alohida holatida elektronning burchak impulsi P ga karrali bo‘lgan orbitalargina. h/2p:

Qayerda n = 1, 2, 3,...; m e- elektron massasi, r n- radius n th orbita; Vn- boshiga elektron tezligi n th orbita.

Energiyaning saqlanish qonuni va Borning birinchi ikkita postulatiga muvofiq, energiya bilan statsionar holatlar o'rtasida o'tish paytida radiatsiya kvantining energiyasi. E" Va E"" ga teng

hv= E" - E"" . (3)

Agar (1) va (3) formulalarni solishtirsak, vodorod atomining statsionar holatlarining energiyasi belgigacha diskret kvant qator qiymatlarni qabul qilishini ko'rish oson:

Qayerda c- yorug'lik tezligi.

Zaryadli yadrodan tashkil topgan atomni ko'rib chiqaylik Z e va bitta elektron. Vodorod uchun Z= 1, yakka ionlangan geliy uchun (He+) Z= 2, ikki marta ionlangan litiy uchun (Li++) Z= 3 va boshqalar. Yadro va elektron o'rtasidagi Kulon o'zaro ta'sirining kuchi quyidagilarga teng bo'ladi:

Qayerda r- yadro va elektron orasidagi masofa. Ushbu kuch ta'sirida elektron yadro atrofida elliptik orbita bo'ylab, xususan, aylana bo'ylab harakatlanadi. Agar biz potentsial energiyani hisoblasak U uning cheksizdagi elektron uchun qiymatidan, keyin

Aylana bo'ylab harakatlanayotganda markazga tortish kuchi teng

kinetik energiya qayerdan keladi?

Umumiy energiya

(2) va (7) munosabatlardan aylana statsionar orbita radiusini topamiz

Tenglik (10) shuni ko'rsatadiki, statsionar orbitalar radiusi orbita sonining kvadratiga mutanosib ravishda ortib boruvchi doiralardir.

(10) ni (9) ga almashtirib, statsionar holatlardagi energiyani olamiz (2-rasm):

(11) ifoda (4) bilan mos keladi, agar qo'ysak

Qiymat (12) spektroskopik o'lchovlardan topilgan Ridberg doimiysi qiymatidan biroz farq qiladi. Gap shundaki, (11) formulani olishda biz yadroni harakatsiz deb hisobladik, holbuki, massasining chekliligi tufayli u elektron bilan birgalikda ularning umumiy inersiya markazi atrofida harakat qiladi. Ushbu holatni hisobga olish uchun elektron massasi o'rniga elektron va yadroning kamaytirilgan massasini kiritish kifoya:

Qayerda M- yadro massasi.

O'zgartirish (12) m e yoqilgan m, biz vodorod atomi misolida olamiz ( M = Mp):

bu tajriba bilan juda mos keladi. Bu erda R yadroning cheksiz katta massasiga to'g'ri keladi va (12) ga to'g'ri keladi.

(14) ifoda vodorod izotoplari uchun Ridberg konstantasi (deyteriy bilan M d = 2M p va tritiy M T = 3M p), kamaytirilgan massalar farqi tufayli Ridberg konstantasidan farq qiladi Rp engil vodorod uchun. Bu vodorod spektriga nisbatan deyteriy va tritiy spektrlarida kuzatilgan chiziq siljishi (izotop siljishi) bilan yaxshi mos keladi.

Ko'proq nozik effektlarni tasvirlash uchun, masalan, tashqi maydonda atomlar chiqaradigan spektral chiziqlarning bo'linishi, faqat aylana orbitalarini hisobga olishning o'zi etarli emas. Elliptik orbitalar uchun mos keladigan (2) dan ko'ra ko'proq umumiy statsionarlik shartlari Sommerfeld tomonidan quyidagi shaklda berilgan: agar mexanik tizim bo'lsa. i erkinlik darajalari umumlashtirilgan koordinatalar bilan tavsiflanadi q i va tegishli umumlashtirilgan impulslar p i = ¶T/¶q i, unda faqat tizimning o'sha holatlari statsionar bo'ladi

Qayerda n i- butun kvant raqamlari va integratsiya o'zgarishlarning butun diapazoniga tarqaladi q i. Qutb koordinatalari bilan tasvirlangan ellips holatida r Va j, bizda ... bor

Qayerda n j Va n r- azimutal va radial kvant sonlari. Burchak momentining doimiyligi tufayli p j= const = p(16) shart, aylana orbitadagi kabi,

Tegishli hisoblash elektron energiyasining miqdoriga bog'liqligini ko'rsatadi n j +n r = n formula (11) bo'yicha. n bosh kvant soni deb ataladi. Chunki n j = 1, 2, ...n, berilgan uchun n, mavjud n bir xil energiyaga (11) va turli burchak momentiga ega (18) elliptik orbitalar. Agar uchinchi erkinlik darajasini ko'rib chiqsak, u holda uning kvantlash sharti (15) har bir orbita fazoda ixtiyoriy ravishda emas, balki faqat burchak impulsining proyeksiyasi bo'lgan tarzda yo'naltirilishi mumkinligiga olib keladi. har qanday qat'iy yo'nalish OZ 2 ni olishi mumkin n+ 1 qiymatlar, ko'paytmalar h/(2p) :

m = - n j , - n j + 1, . . . . . n j- 1 , n j. (20)

Bor-Zommerfeld nazariyasi klassik fizikaning qo'llanilmasligini va mikroskopik tizimlar uchun kvant qonunlarining ustuvorligini aniq ko'rsatdi. U vodorodga o'xshash ionlar, gidroksidi metallar va rentgen spektrlaridagi asosiy naqshlarni tushuntirdi. Uning doirasida elementlarning davriy tizimining qonuniyatlari birinchi marta tushuntirildi. Boshqa tomondan, nazariya spektral chiziqlarning intensivligi va qutblanishi uchun izchil tushuntirish bermadi. Eng oddiy ikki elektronli tizim - geliy atomi nazariyasini yaratishga urinishlar muvaffaqiyatsizlikka uchradi. Bor nazariyasining kamchiliklari uning ichki nomuvofiqligining natijasidir. Darhaqiqat, u bir tomondan klassik fizikaga yot bo‘lgan kvantlash g‘oyalarini o‘ziga tortsa, ikkinchi tomondan, statsionar holatlarni tasvirlash uchun klassik mexanikadan foydalanadi. Atom ichidagi fizik hodisalarning eng to'g'ri tasviri izchil kvant nazariyasi - kvant mexanikasi tomonidan berilgan bo'lib, unga nisbatan Bor nazariyasi eng muhim o'tish bosqichi bo'lgan.

Statsionar holatlarning kvant mexanik tavsifi. Kvant mexanikasi va Bor nazariyasi o'rtasidagi asosiy farq klassik belgilangan orbita bo'ylab elektron harakati g'oyasini rad etishdir. Mikrozarrachaga nisbatan uning traektoriyadagi o'rni haqida emas, balki faqat ehtimollik haqida gapirish mumkin. dW bu zarrachani hajmda toping dV, teng

dW = | Y (x, y, z)| 2 dx dy dz, (21)

qaerda Y (x, y, z) kvant mexanikasining harakat tenglamasiga bo‘ysunuvchi to‘lqin funksiyasi. Eng oddiy holatda, Shredinger tomonidan statsionar holatlar uchun olingan tenglama shaklga ega

Qayerda E Va U- massali zarraning umumiy va potensial energiyasi m e.

Y hajm birligida elektronning bo'lish ehtimoli |(x, y, z)| 2, har bir nuqta uchun hisoblangan elektron buluti kosmosda elektron zaryadining ma'lum bir statistik taqsimoti sifatida g'oyani yaratadi. Har bir statsionar holat o'ziga xos elektron zichligi taqsimoti bilan tavsiflanadi va bir statsionar holatdan ikkinchisiga o'tish elektron bulutining hajmi va konfiguratsiyasining o'zgarishi bilan birga keladi.

Elektron bulutlarining zichligi yadrodan masofaga bog'liq r. Bor nazariyasi bilan solishtirish uchun shuni ta'kidlash qiziqki, vodorod atomining asosiy holatining maksimal radial zichligi nuqtaga to'g'ri keladi. r, formula (10) bo'yicha aniqlanadi, ya'ni elektronning yadrodan eng katta ehtimollik masofasi Bor nazariyasidagi birinchi orbita radiusiga to'liq tengdir (1-rasm).

Elektron bulutining kattaligi oshgani sayin, uning energiyasi odatda ortadi. E n, bosh kvant soni bilan tavsiflanadi n. Elektron bulutning shakli "orbital" burchak momentini aniqlaydi r l, kvant soni bilan tavsiflanadi l.

Guruch. 1. Xolatlarda elektron uchun ehtimollik taqsimoti:

1 - n = 1, l= 0 va 2 - n = 2, l = 0

Bulutning yo'nalishi momentning proektsiyasini belgilaydi p lz kosmosda, kvant soni bilan tavsiflanadi m l. Orbital impulsdan tashqari, elektron o'ziga xos burchak momentiga ega - spin r s, kosmosda ikkita yo'nalishga ega bo'lishi mumkin, bu kvant sonining ikkita qiymati bilan tavsiflanadi Xonim= - 1/2, + 1/2. Tasavvur qilish mumkinki, aylanish momenti elektronning o'z o'qi atrofida aylanishidan kelib chiqadi (Yerning Quyosh atrofida orbitada harakatlanayotganda o'z o'qi atrofida aylanishiga o'xshash). Ushbu oddiy rasm spinning mumkin bo'lgan kelib chiqishining vizual geometrik tasviri sifatida foydalidir. Spinning qat'iy ta'rifini faqat kvant nazariyasi berishi mumkin.

Kvant mexanikasiga ko'ra, burchak momenti va ularning proyeksiyalari quyidagi munosabatlar bilan aniqlanadi:

Bor-Zommerfeld kvantlash qoidalari (18), (19) kattalar uchun (23), (24) ga yaqin ekanligini unutmang. l.

Shunday qilib, atomdagi elektronning holatini aniq aniqlash uchun to'rtta jismoniy miqdorni ko'rsatish mumkin. E n, p l, p lz, p sl, yoki, xuddi shu narsa, kvant sonlarining to'rt barobari m, l, m l, m s. Ushbu kvant sonlarining qiymatlari (23) - (26) formulalari bilan cheklangan.

n = 1, 2, 3, 4, ... ; (27)

l = 1, 2, 3, 4, ..., n - 1 ; m l = - l, - l+ 1, ..., 0, ..., l- 1, l;

Xonim = -1/2 , +1/2 .

Orbital raqam l= 0, 1, 2, 3, 4 va boshqalar. odatda harflar bilan belgilanadi s, p, d, f, q va keyinroq alifbo tartibida.

Kvant sonlarining to'rt barobarini o'zgartirish orqali atomning barcha mumkin bo'lgan holatlarini olish mumkin. Ushbu elektron holatlarni to'ldirish ketma-ketligi ikkita printsip bilan belgilanadi: Pauli printsipi va eng kam energiya printsipi.

Pauli printsipiga ko'ra, atomda kvant sonlari bir xil bo'lgan ikkita elektron bo'lishi mumkin emas. Eng kam energiya printsipiga ko'ra, elektron holatlarning to'ldirilishi ketma-ketlikda past energiya qiymatlaridan yuqori darajaga qadar sodir bo'ladi.

1s < 2s < 2p < 3s < 3p . (28)

Berilgan shtatlarda Pauli printsipi va cheklovlariga (27) muvofiq n Va l 2 dan oshmasligi kerak (2 l+ 1) elektronlar. Shuning uchun ichida s-davlat ( l= 0) ikkitadan ortiq elektron bo'lishi mumkin emas p-davlat ( l= 1) - olti elektrondan ko'p bo'lmagan va hokazo. Berilgan kvant bosh raqamiga ega bo'lgan holatda n Elektronlardan ortiq bo'lishi mumkin emas.

Berilgan holatlar to'plami n elektron qobiq deb ataladi, bu berilgan raqamlar juftligiga ega bo'lgan holatlar to'plami n Va l pastki qobiq deb ataladi. Atomdagi elektronlarning pastki qavatlar bo'ylab taqsimlanishi elektron konfiguratsiya deb ataladi. Masalan, vodorod, litiy, geliy, natriy atomlarining asosiy holatlarining elektron konfiguratsiyasi va boshqalar. shaklga ega:

1s 1 (H)

1s 2 (U)

1s 2 2s 1 (Li)

1s 2 2s 2 2p 6 3s 1(Na)

bu yerda yuqori skriptlar tegishli pastki qavatlardagi elektronlar sonini, qatordagi raqamlar esa asosiy kvant sonining qiymatini bildiradi. n. Keling, natriy atomi misolida elektron konfiguratsiyalarni yozish qoidasini tushuntiramiz Z= 11. Holatlardagi elektronlarning maksimal sonini bilish s Va p(mos ravishda 2 va 6), biz (28) tengsizlikdan keyin chapdan o'ngga 11 ta elektronni joylashtiramiz, keyin biz 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ni olamiz. Boshqa atomlarning elektron konfiguratsiyasi ham xuddi shunday tarzda olinadi.

Guruch. 2. Vodorod atomining energiya darajalari va radiatsion o'tishlari diagrammasi

Simobning emissiya spektridagi to'lqin uzunliklari

ISHNI BAJARISH TARTIBI

1. UM-2 monoxromatorining quvvat manbai va simob chiroqni yoqing.

2. Jadvaldan foydalanib, monoxromatorni kalibrlang (grafik tuzing).

3. Natriy bilan gaz chiqarish trubkasini yoqing va grafik yordamida spektrning ko'rinadigan qismidagi to'lqin uzunliklarini aniqlang.

4. Har bir chiziq uchun Ridberg konstantasini aniqlang va o'rtacha qiymatni toping.

5. Natriy atomining ionlanish potensialini aniqlang.

TEST SAVOLLARI VA VAZIFALAR

1. Bor yaratgan atom tuzilishi nazariyasi haqida gapirib bering.

2. Bor nazariyasi kvant mexanika nazariyasidan nimasi bilan farq qiladi?

3. Qanday kvant sonlarini bilasiz? Pauli printsipi nima?

4. Vodorodga o'xshash atom uchun Shredinger tenglamasini yozing.

5. Elektronning spektroskopik zaryadi qanday aniqlanadi?

6. Balmerning umumlashtirilgan formulasi nima?

7. Vodorod va natriy atomlarining energiya darajalari va radiatsiyaviy o'tish diagrammalarini tushuntiring.

Adabiyot

1. Zherebtsov I.P. Elektronika asoslari. Leningrad, 1990 yil.

2. Koshkin N.I., Shirkevich M.G. Boshlang'ich fizika bo'yicha qo'llanma. – M., 1988 yil.

3. Mirdel K. Elektrofizika. – M. 1972 yil

4. Optika va atom fizikasi: Fizikadan laboratoriya ustaxonasi / Ed. R.I. Soluxina. 1976 yil.

5. Pestrov E.G., Lapshin G.M. Kvant elektronika. – M. 1988 yil.

6. Spektroskopiya bo'yicha seminar / Ed. L.V. Levshite, -M, 1976 yil.

7. Savelyev I.V. Umumiy fizika kursi. –M., T.-2, 3., 1971 y.

8. Sivuxin D.V. Umumiy fizika kursi. T-3, – M., 1990 y.

9. Trofimova T.I. Fizika kursi. – M., Nauka, 1990 yil.

10. FanoU., Fano L. Atomlar va molekulalar fizikasi. – M., 1980 yil.

11. Sheftel I.T. Termistorlar. – M., 1972 yil

12. Shpolskiy E.V. Atom fizikasi. – M. 1990 yil

13. Yavorskiy B.M., Seleznev Yu.A. Fizika bo'yicha qo'llanma. – M., 1989 yil.

O'quv nashri

Alekseev Vadim Petrovich

Paporkov Vladimir Arkadevich

Rybnikova Elena Vladimirovna

Laboratoriya ustaxonasi

18-son LABORATORIYA ISHI

VODODOD ATOMINING SPEKTRINI O'RGANISH

Ishning maqsadi: ko'rinadigan, infraqizil va ultrabinafsha nurlanishning tanaga ta'sirini o'rganish; spektroskop yordamida spektral chiziqlarning to'lqin uzunliklarini o'lchash texnikasi bilan tanishish; vodorod atomi spektrini o'rganish.

Ishning maqsadlari: 1) simob chiroqining ma'lum spektriga ko'ra spektroskopni kalibrlash; 2) vodorod atomining Balmer seriyali chiziqlarining to'lqin uzunliklarini o'lchash; 3) Ridberg doimiysi va birinchi Bor radiusini hisoblash.

Qo'llab-quvvatlovchi vositalar: spektroskop, simob va vodorod lampalari.

NAZARIY QISM

Radiatsiya nazariyasi asoslari

Yorug'likning tabiati haqidagi g'oyalarning chuqurlashishi natijasida yorug'lik ikki tomonlama tabiatga ega ekanligi ma'lum bo'ldi to'lqin-zarralar ikkiligi Sveta. Yorug'lik ba'zi ob'ektlar bilan elektromagnit to'lqin sifatida, boshqalari bilan maxsus zarralar oqimi (yorug'lik kvantlari yoki fotonlar) kabi o'zaro ta'sir qiladi. Ya'ni yorug'lik ham to'lqin, ham korpuskulyar xususiyatga ega bo'lgan moddiy ob'ektdir. Turli jismoniy jarayonlarda bu xususiyatlar turli darajada namoyon bo'lishi mumkin. Muayyan sharoitlarda, ya'ni bir qator optik hodisalarda yorug'lik o'zining to'lqin xususiyatlarini namoyon qiladi (masalan, interferentsiya va diffraktsiya paytida). Bunday hollarda yorug'likni elektromagnit to'lqinlar deb hisoblash kerak. Boshqa optik hodisalarda (fotoelektrik effekt, Kompton effekti va boshqalar) yorug'lik o'zining korpuskulyar xususiyatlarini namoyon qiladi va keyin uni fotonlar oqimi sifatida ko'rsatish kerak. Ba'zan optik tajriba shunday tashkil etilishi mumkinki, yorug'lik ham to'lqin, ham korpuskulyar xususiyatlarni namoyon qiladi. Fizikaning yorug'lik tabiatini, uning tarqalish va moddalar bilan o'zaro ta'sirini o'rganadigan bo'limi optika deb ataladi.

Nur, tor ma'noda, xuddi shunday ko'rinadigan radiatsiya, ya'ni inson ko'zi tomonidan qabul qilinadigan chastota diapazonidagi elektromagnit to'lqinlar (7,5-10 14 -4,3-10 14 Hz) , vakuumda 400 dan 760 nm gacha bo'lgan to'lqin uzunliklariga to'g'ri keladi l). Ushbu oraliqda ko'zning sezgirligi bir xil emas, u nurlanishning to'lqin uzunligiga qarab o'zgaradi. Ko'z yashil mintaqada eng sezgir bo'lib, u taxminan 550 nm to'lqin uzunligiga to'g'ri keladi. Nur - keng ma'noda - sinonimdir optik nurlanish, shu jumladan, ko'rinadigan nurlanishdan tashqari, ultrabinafsha UV nurlanishi (10 nm)< λ < 400 нм) и инфракрасной ИК областей спектра (760 нм < λ < 1 мм). Именно в оптическом диапазоне начинают отчётливо проявляться одновременно и волновые и корпускулярные свойства электромагнитного излучения.

Tabiiy yorug'lik manbalari - Quyosh, Oy, yulduzlar, atmosfera elektr razryadlari va boshqalar; sun'iy - har qanday turdagi energiyani ko'rinadigan (yoki optik) nurlanish energiyasiga aylantiradigan qurilmalar. Sun'iy yorug'lik manbalari orasida jismlar yuqori haroratgacha qizdirilganda yorug'lik paydo bo'ladigan issiqlik manbalari va ma'lum turdagi energiyaning to'g'ridan-to'g'ri optik nurlanishga aylanishi natijasida paydo bo'ladigan lyuminestsent manbalar farqlanadi. chiqaradigan tananing termal holatidan qat'i nazar. Yorug'lik manbalarining mutlaqo yangi turi - bu lazerlar (optik kvant generatorlari) bo'lib, ular yuqori intensivlikdagi kogerent yorug'lik nurlarini, istisno chastotali bir xillikni va keskin yo'nalishni hosil qiladi.

Yorug'likning modda tomonidan emissiyasi va yutilishi masalasi nafaqat optikaga, balki materiyaning (atomlar va molekulalarning) tuzilishini o'rganishga ham tegishli.

Rezerford tajribalarida (1911) har qanday kimyoviy element atomi musbat zaryadlangan yadrodan iborat ekanligi, uning atrofida manfiy zaryadlangan elektronlar joylashganligi aniqlangan. Umuman olganda, atom neytraldir. Elektronlar to'plami atomning elektron qobig'ini tashkil qiladi. Atomning deyarli butun massasi to'plangan yadro uning umumiy hajmining ahamiyatsiz qismini egallaydi. Yadroning diametri taxminan 10 -12 -10 -13 sm ni tashkil qiladi.Ayni vaqtda atomning o'zining elektron qobig'ining kattaligi bilan belgilanadigan o'lchami taxminan 10-8 sm ni tashkil qiladi.Rezerford tajribalari atomning sayyoraviy modeli, unda elektronlar (sayyoralar) yadro (Quyosh) atrofida yopiq (masalan, dumaloq bo'ylab birinchi taxminiy) orbitalarda harakatlanadi. Ammo bu holda elektronlar tezlanish bilan harakatlanadi va klassik elektrodinamikaga muvofiq ular doimiy ravishda elektromagnit (yorug'lik) to'lqinlarini chiqarishi kerak. Nurlanish jarayoni energiyaning yo'qolishi bilan birga keladi, shuning uchun oxir-oqibat elektronlar yadroga tushishi va atom mavjud bo'lishni to'xtatishi kerak. Shunday qilib, atomlarning barqarorligi va atom spektrlaridagi naqshlar haqidagi savollar ochiq qoldi. (Emissiya yoki yutilish spektri - bu emissiya yoki yutilish intensivligining yorug'lik chastotasi yoki to'lqin uzunligiga bog'liqligi.)

Barcha eksperimental faktlarni tahlil qilib, 1913 yilda daniyalik fizigi Nils Bor atomni, ya'ni yadro va elektronlardan barqaror hosil bo'lishini tavsiflashda klassik fizikaning ko'plab tushunchalaridan voz kechish kerak degan xulosaga keldi. U atom tuzilishi nazariyasi bilan qondirilishi kerak bo'lgan postulatlarni ishlab chiqdi.

Birinchi postulat : atom (atomdagi elektron) faqat maxsus statsionar yoki kvant holatlarida bo'lishi mumkin, ularning har biri ma'lum bir energiya qiymatiga mos keladi (E 1, E 2,…, E n,….). Shunday qilib, atomning energiyasi (atomdagi elektron) faqat diskret qiymatlarni oladi yoki kvantlanadi. Statsionar holatlarda atom nurlanmaydi.

Ikkinchi postulat (Bohr chastotasi qoidasi) : Atom (atomdagi elektron) energiya E n bo'lgan bir turg'un holatdan E m energiyaga ega bo'lgan boshqa statsionar holatga o'tganda, energiya o'rtasidagi farqga teng bo'lgan yorug'lik (foton) kvanti chiqariladi yoki yutiladi. Statsionar holatlarning energiyalari:

E foton = hn nm = E n - E m , (1)

bu yerda h = 6,62·10 -34 J×s - Plank doimiysi, n nm - nurlanish (yutilish) chastotasi. Agar E n > E m bo'lsa, u holda yorug'lik chiqariladi; agar E n< E m - поглощение. Формула (1) представляет собой закон сохранения энергии.

nm chastotasini bilib, siz chiqarilgan (so'rilgan) elektromagnit to'lqinning to'lqin uzunligini topishingiz mumkin:

bu yerda c = 3·10 8 m/s - yorug'likning vakuumdagi tezligi.

Atomning energiya darajalari va yorug'lik chiqarish va yutilish jarayonlarining an'anaviy ko'rinishi (mos ravishda E 3 → E 2 va E 1 → E 2 o'tishlari) 1-rasmda ko'rsatilgan.

Taklif etilgan postulatlarga asoslanib, Bor eng oddiy vodorod atomi nazariyasini yaratdi va uning chiziqli spektrini tushuntirdi. Borning vodorod atomi nazariyasidagi xulosalar atom tizimlarining tuzilishi va spektrlarini qat'iy va etarli darajada tavsiflovchi zamonaviy kvant fizikasining xulosalari bilan to'liq mos keladi.

Hozirgi vaqtda faqat tarixiy ahamiyatga ega bo'lgan nazariyasida Bor elektronning yadro atrofida aylana orbitalarda harakatlanishini ko'rib chiqdi. U aylana orbitalarining radiuslari atomning statsionar holatlariga mos kelishini aniqladi r n diskret qiymatlarni oling (SGS e tizimida):

, (3)

Bu yerga m e- elektron massasi; e- uning to'lovi; n- orbita raqami (kvant soni), u 1, 2, 3... va hokazo qiymatlarni oladi.

Formula (3) quyidagicha yozilishi mumkin:

Birinchi (n = 1) Bor radiusi, (5)

Ridberg doimiysi, - nozik tuzilish konstantasi.

Vodorod atomidagi elektronning kvant o'tishlari paytida chiqariladigan spektral chiziqlarning to'lqin uzunliklari Balmer formulasi bilan aniqlanadi:

Ushbu formula kvant mexanikasi yaratilishidan ancha oldin atom spektrlarini o'rgangan Balmer tomonidan taklif qilingan va keyinchalik nazariy jihatdan Bor tomonidan olingan. Bu yerda n va m - yuqori va quyi energiya sathlarining kvant sonlari (tartib raqamlari), ular orasida kvant o'tish sodir bo'ladi. Formula (6) fizikadagi eng aniq formulalardan biridir. Bundan kelib chiqadiki, vodorod atomining emissiya (yutilish) spektrining barcha chiziqlari ketma-ket birlashtirilishi mumkin. Seriya - n = m+1, m+2, m+3 va hokazo kvant sonlari boʻlgan yuqori sathlardan elektronlar oʻtish jarayonida chiqariladigan chiziqlar toʻplami. kvant soni m = const bo'lgan darajaga.

2-rasmda vodorod atomining energiya darajalari va spektral qatorlari ko'rsatilgan. Darajaning chap tomonida ularning tartib raqamiga mos keladigan kvant raqamlari joylashgan. Vodorod atomining yuqori darajadan quyi darajaga turli o'tishlari natijasida quyidagi qatorlar hosil bo'ladi: Liman (m = 1, n = 2,3,4..); Balmer (m = 2, n = 3,4,5 ..); Pashen (m = 3, n = 4,5,6 ..); Brakett (m = 4, n = 5,6,7 ..); Pfund (m = 5, n = 6,7,8 ..) va boshqalar. Formula (1) ga ko'ra, spektral chiziqlarning chastotalari ko'rib chiqilayotgan kvant o'tishlarining energiya darajalari orasidagi o'qlarning uzunliklariga proportsionaldir. Ko'rinib turibdiki, eng yuqori chastotalar (qisqa to'lqin uzunliklari) Lyman seriyasining chiziqlariga to'g'ri keladi. Lyman seriyasi butunlay elektromagnit to'lqin spektrining ultrabinafsha mintaqasida yotadi. Keyingi seriya - Balmer seriyasi (pastki chastotalar yoki uzunroq to'lqin uzunliklari) allaqachon spektrning yaqin ultrabinafsha va ko'rinadigan hududiga tushadi. Keyingi seriya - Paschen seriyasi (hatto pastroq chastotalar) yaqin infraqizil mintaqada va qolgan seriyalarning chiziqlari uzoq infraqizil diapazonda.

Vodorod atomining chiziqli spektrining ko'rinadigan qismi (Balmer seriyasi) bir qator chiziqlardan iborat bo'lib, ularning eng yorqini quyidagi uchta: qizil - H a (n = 3), ko'k - H b (n = 4) , binafsha - H g (n = 5).

Ushbu chiziqlarning to'lqin uzunliklarini (6) formulani hisobga olgan holda o'lchab, biz Ridberg doimiysining qiymatini eksperimental ravishda topishimiz mumkin. R:

R= (7)

Qabul qilingan qiymat R Formula (5) yordamida birinchi Bor radiusini hisoblash va vodorod atomining chiziqli o'lchamlarini baholash imkonini beradi ( l~ 2 r 1).

Bor nazariyasi atom tizimlarining xatti-harakatlarini tavsiflashda klassik fizika qonunlarini butunlay rad etmadi. U yadroning Kulon maydonidagi elektronlarning orbital harakati haqidagi g'oyalarni saqlab qoldi (vodorod atomi bo'lsa, elektron yadro atrofida aylana statsionar orbitalarda harakat qiladi). Shuning uchun Bor nazariyasi ba'zan yarim klassik deb ataladi. Biroq, u atom fizikasini yaratishda katta rol o'ynadi. Uning rivojlanish davrida (1913 - 1925) muhim kashfiyotlar, masalan, atom spektroskopiyasi sohasida amalga oshirildi. Biroq, kvant fizikasining xulosalari bilan mos keladigan vodorodga o'xshash atomlarning spektral naqshlarini muvaffaqiyatli tushuntirishga qaramay, Bor nazariyasi bir qator kamchiliklarga ega. Xususan, u murakkabroq atomlarning emissiya spektrlarini va spektral chiziqlarning turli intensivligini tushuntira olmaydi. Bu qiyinchiliklarni faqat kvant nazariyasi bilan yengib o‘tish mumkin, bunda klassik tushunchalarning mikroob’ektlarga nisbatan qo‘llanilmasligini hisobga oladi. Shu bilan birga, yuqoridagi formuladagi Bor postulatlari (elektronning yadro atrofida ma'lum orbitalarda aylanishini ko'rsatmasdan) zamonaviy fizika tushunchalariga zid emas va atomlardagi statsionar holatlar va kvant o'tishlarini aniq tasvirlab beradi.

AMALIY QISM

Spektroskopni kalibrlash

Yorug'likni spektral komponentlarga parchalash va spektrni vizual kuzatish uchun mo'ljallangan eng oddiy optik qurilma spektroskopdir. To'lqin uzunliklarini o'lchash uchun asboblar bilan jihozlangan zamonaviy spektroskoplar spektrometrlar deb ataladi.

Bu ishda foydalaniladigan spektroskop (3-rasm) kollimator (1) va stendga (2) o'rnatilgan teleskop (4) quvurlardan iborat; qopqoq ostidagi shisha prizma (3) va mikrometrik vint (5). Teleskopning oxirida joylashgan okulyar orqali spektral chiziqlar kuzatiladi.

Prizma spektroskopining sxematik diagrammasi 4-rasmda keltirilgan. O'rganilayotgan manbaning yorug'ligi bilan yoritilgan kollimator nayining O kirish tirqishi tor yorug'lik nurini chiqaradi. Kirish tirqishi kollimator linzalari O 1 fokusida joylashgan bo'lib, u dispers element - prizmaga tushadigan parallel nurlar dastasini hosil qiladi. Prizmadan o'tgan yorug'lik nurlari ikki marta sinadi, buning natijasida ular dastlabki yo'nalishidan chetga chiqadi. Prizmaning sindirish ko'rsatkichi tushayotgan nurlanishning to'lqin uzunligiga bog'liqligi (bu hodisa dispersiya deb ataladi) tufayli murakkab spektral tarkibdagi yorug'lik prizma tomonidan turli to'lqin uzunliklari turli yo'nalishlarda tarqaladigan bir nechta nurlarga parchalanadi. Bunday holda, to'lqin uzunligi qisqaroq bo'lgan nurlar (binafsha) prizma tomonidan o'zlarining dastlabki yo'nalishidan uzunroq to'lqin uzunligi (qizil) bo'lgan nurlarga qaraganda kuchliroq buriladi. Teleskopning 0 2 linzalari ushbu yorug'lik nurlarini fokuslaydi va fokus tekisligining turli nuqtalarida rangli chiziqlar hosil qiladi - kirish tirqishining tasvirlari. Bu chiziqlar o'rganilayotgan yorug'lik manbasini tashkil etuvchi atomlarning chiziqli emissiya spektrini tashkil qiladi. Ushbu chiziqlarning to'lqin uzunliklarini o'lchash va topilgan qiymatlarni turli xil kimyoviy elementlarning spektrlari bo'yicha jadval ma'lumotlari bilan taqqoslash orqali siz o'rganilayotgan spektr qaysi elementga tegishli ekanligini bilib olishingiz mumkin. Ushbu texnika emissiya spektral tahlilining asosidir.

Guruch. 3

Spektroskop bilan ishlash uni kalibrlashdan boshlanadi. Spektroskopni tugatish mikrometr vintli shkalasidagi ko'rsatkich va teleskopdagi ip (vizor) qarshisida joylashgan spektral chiziqning to'lqin uzunligi o'rtasida bog'lanish o'rnatiladigan jarayondir. Kalibrlash uchun spektrning barcha sohalarida chiziqlar bo'lgan mos yozuvlar yorug'lik manbai ishlatiladi. Ushbu chiziqlarning to'lqin uzunliklari yuqori aniqlik bilan ma'lum bo'lishi kerak. Kalibrlash natijalari grafiklar, jadvallar yoki yangi shkala shaklida taqdim etiladi.

Ushbu ishda mos yozuvlar yorug'lik manbai sifatida SVD-125 yoki DRSh tipidagi ultra yuqori bosimli simob chiroq ishlatiladi. Maxsus kvarts shishasidan yasalgan va simob bug'i bilan to'ldirilgan chiroq trubkasi yorug'likni juda keng diapazonda (shu jumladan spektrning ko'rinadigan va ultrabinafsha hududlarida) o'tkazadi. Chiroq trubkasi (ko'zlarni ultrabinafsha nurlaridan himoya qilish uchun) nurlanish chiqishi uchun kichik oynali yorug'lik o'tkazmaydigan korpusga joylashtiriladi.

Nur o'tkazmaydigan korpusning orqa panelida joylashgan o'tish tugmasi yordamida simob chiroqni yoqing. Chiroq 10 daqiqa ichida isishi kerak. Yoqilgan simob chiroqning chiqish oynasi spektroskopning kollimator trubasining kirish tirqishiga qarama-qarshi joylashgan bo'lishi kerak. An'anaviy shisha linzalar va spektroskop prizmasi ultrabinafsha nurlanishini bloklaydi, shuning uchun teleskopning ko'zga ko'rinadigan spektriga tegishli bo'lgan turli xil rang va intensivlikdagi faqat individual spektral chiziqlar ko'rinadi. Ko'zoynak orqali spektrni kuzatib, spektral chiziqlarning maksimal yorqinligiga erishish uchun simob chiroqni harakatlantiring. Mikrometr vintining aylanishi teleskopning vertikal o'q atrofida gorizontal tekislikda aylanishiga olib keladi va okulyarda (vizorda) joylashgan ip spektr bo'ylab harakatlanadi. Ipni sariqdan binafsha chiziqlarga o'tkazishda o'lchovlarni bajarish tavsiya etiladi. Vizörni simob spektral chizig'i bilan tekislang. Ko'zoynakni teleskop bo'ylab harakatlantirib, ushbu chiziqning eng aniq tasvirini oling. Agar kerak bo'lsa, mikrometr vintini qo'shimcha ravishda burang va ko'rishni chiziq bilan qayta tekislang. (Eng aniq o'lchovlarni olish uchun vizör har doim chiziqqa faqat bir tomondan, bizning holatlarimizda - o'ng tomondan yaqinlashishi kerak.) 1-jadvaldagi mos rang uchun mikrometr vintli shkalasida o'qishni yozing. vint barabandagi 50 ta kichik bo'linmaga to'g'ri keladi. Agar sizda 5 ta to'liq aylanish va 7 ta kichik bo'linma bo'lsa - kichik bo'linishlarning umumiy soni 257 bo'ladi.) Jadvaldagi simob spektral chiziqlarining to'lqin uzunligi nanometrlarda berilgan (1 nm = 10 -9 m). Boshqa chiziqlar uchun o'lchovlarni oling va jadvalni to'ldiring 1. Simob chiroqni o'chiring.

1-jadval

1-jadvaldagi ma'lumotlarga asoslanib, grafik qog'ozda kalibrlash grafigini (spektroskopni kalibrlash egri chizig'ini) tuzing. Simob spektral chiziqlarining to'lqin uzunliklari OY ordinata o'qi bo'ylab, mikrometr vintlari shkalasi bo'yicha tegishli ko'rsatkichlar OX abscissa o'qi bo'ylab chiziladi. Kalibrlash grafigi silliq monoton chiziq kabi ko'rinishi kerak. Uning yordami bilan har qanday boshqa nurlanishning spektral chiziqlari pozitsiyalarining (mikrovintlar shkalasi bo'linmalari) o'lchangan qiymatlaridan ularning to'lqin uzunliklarini aniqlash mumkin.

Vodorod atomining spektrini o'rganish

Ushbu ishda vodorod atomining Balmer seriyasining spektral chiziqlari o'rganiladi, chunki bu chiziqlarning bir qismi spektrning ko'rinadigan hududida joylashgan: qizil - H a, ko'k - H b, binafsha - H g. Ridberg konstantasini eksperimental ravishda aniqlash uchun ushbu spektral chiziqlarning to'lqin uzunliklarini o'lchash kerak.

Vodorod chiroqining quvvat manbasini yoqing. Chiroq va spektroskopning chiqish oynasini shunday joylashtiringki, vodorod atomining spektral chiziqlari eng yorqin bo'lsin. Mikrometr vintini aylantirib, okulyar ko'rishni Balmer seriyasining qizil chizig'i bilan tekislang. Ko'zoynakni teleskop bo'ylab harakatlantirish orqali ushbu spektral chiziqning eng aniq tasvirini oling. 2-jadvalga mikrometr vintidagi shkala ko'rsatkichlarini yozing. Vodorod atomining ko'k va binafsha chiziqlari uchun o'lchovlarni bajaring. Vodorod chiroqni o'chiring.

jadval 2

2-jadvalga mos keladigan spektral chiziqning emissiyasi bilan o'tish sodir bo'lgan energiya darajalarining kvant raqamlarini kiriting. Kalibrlash grafigidan ushbu chiziqlarning to'lqin uzunliklarini aniqlang va ularni SI tizimiga (metr) aylantiring.

(7) formuladan foydalanib, har bir to'lqin uzunligi uchun Ridberg doimiysining qiymatini toping. Ridberg doimiysining o'rtacha qiymatini hisoblang va eksperimental ma'lumotlarning tarqalishi bilan bog'liq tasodifiy xato: = 0,529 10 -10 m.Birinchi Bor radiusini aniqlashda nisbiy xatolikni hisoblang .

ISHNI BAJARISH TARTIBI

DIQQAT! Ishda ultrabinafsha nurlanishning kuchli manbai bo'lgan simob chiroq ishlatiladi. Simob chiroqining chiqish oynasiga to'g'ridan-to'g'ri qaramang., chunki yorug'likning ko'zlarga to'g'ridan-to'g'ri ta'siri retinaning kuyishiga olib kelishi mumkin.

1. Spektroskopning tuzilishi bilan tanishing.

2. Simob chiroqni yoqing va uni 10 daqiqa qizdiring.

3. Chiroqning chiqish oynasini spektroskopning kollimator nayining kirish oynasiga qarama-qarshi qo'ying.

4. Simob chiroqni harakatga keltirish orqali teleskopning okulyar orqali kuzatilgan spektral chiziqlarning maksimal yorqinligiga erishing.

5. Mikrometr vintini aylantirib, okulyar ko'rishni oldindan fokuslangan sariq simob chizig'i bilan tekislang. Mikrovintli shkala ko'rsatkichlarini yozib oling.

6. Boshqa simob chiziqlari uchun o'lchovlarni oling va jadvalni to'ldiring 1. Simob chiroqni o'chiring.

7. 1-jadvaldagi ma'lumotlarga asoslanib, kalibrlash grafigini tuzing - simobning spektral chiziqlari to'lqin uzunligining mikrometr vintli shkalasi ko'rsatkichlariga bog'liqligi.

8. Vodorod chiroqni yoqing va uni spektroskopning kirish oynasiga qo'ying.

9. Vodorod atomining Balmer qatori spektral chiziqlarining o'rnini aniqlang. Mikrometr vintli shkalasi ko'rsatkichlarini 2-jadvalga kiriting. Vodorod chiroqni o'chiring.

10. Kalibrlash grafigi yordamida vodorod atomining H a, H b va H g chiziqlarining to‘lqin uzunliklarini toping. 2-jadvalni to'ldiring.

11. (7) formuladan foydalanib, har bir o'lchangan to'lqin uzunligi uchun Ridberg doimiysining qiymatini toping.

12. Mos ravishda (8) va (9) formulalar yordamida Ridberg doimiysining o‘rtacha qiymatini hisoblang. va tasodifiy xato.

14. Birinchi Bor radiusini aniqlashda nisbiy xatolikni toping .

15. Xulosa va hisobot tuzing.

NAZORAT SAVOLLARI

1. Nur nima? U qanday xususiyatlarga ega? Bu xususiyatlar qanday tajribalarda amalga oshirilgan

kuzatildi?

2. Optik nurlanish tushunchasiga elektromagnit to‘lqinlar spektrining qaysi sohalari kiradi? Iltimos, ularning diapazonlarini ko'rsating.

3. Atom qanday tuzilgan?

4. Bor postulatlarini shakllantirish.

5. Chiqaruvchi yoki yutilgan yorug'lik kvantining chastotasi qanday?

6. Yorug`likning to`lqin uzunligi qanday topiladi?

7. Balmer formulasini yozing. Unga kiritilgan barcha miqdorlarni tushuntiring.

8. Birinchi Bor radiusi nima? Atomning chiziqli o'lchamlarini qanday baholash mumkin?

1. Savelyev I.V. Umumiy fizika kursi. Kvant optikasi. Atom fizikasi./ M.: Nauka, 1998. - 480 b. (3.1-§ - 3.6-§ 51-68)

Tegishli ma'lumotlar.