Wzorcowanie spektroskopu pryzmatycznego i analiza spektralna dostarczonych próbek gazów i soli.

1.     Budowa i działanie spektroskopu.

2.     Widmo optyczne.

3.     Analiza widmowa.

4.     Doświadczenie.

5.     Wniosek.

1.    
Budowa i działanie spektroskopu.

Spektroskop - jest to przyrząd służący do otrzymywania i badania widm. Składa się z pryzmatu (P), kolimatora (K), lunety (L) i rurki ze skalą (S’).

Kolimator - jest to rura wewnątrz poczerniona, zaopatrzona z jednej strony w szczelinę (S), której szerokość można regulować, z drugiej strony soczewkę skupiającą; szczelina znajduje się w ognisku soczewki. Szczelina (S) oświetlona badanym światłem ze źródła (Ź) jest dla spektroskopu przedmiotem świecącym; wysyła ona rozbieżną wiązkę światła, która po przejściu przez soczewkę zamienia się w równoległą i pada na pryzmat. Tu część światła ulega odbiciu, część wnika do wnętrza, zostaje załamana i rozszczepiona. Z pryzmatu zatem wychodzi szereg wiązek równoległych o różnych długościach fali, każda pod innym kątem. Najbardziej odchylona od pierwotnego kierunku są wiązki fioletowe, najmniej czerwone. Wiązki te padają na obiektyw lunety i dają w jego płaszczyźnie ogniskowej szereg rzeczywistych, pomniejszonych, odwróconych obrazów szczeliny uszeregowanych obok siebie, które oglądamy przez okular działający jak lupa. Obrazy te nazywają się widmem ciała świecącego.

Jeżeli źródło wysyła fale wszystkich długości, obrazy te leżą jeden tuż przy drugim, otrzymujemy stopniowe przejście jednej barwy w drugą tzw. widmo ciągłe. Jeżeli źródło wysyła fale tylko o pewnych długościach, to powstają pojedyncze obrazy szczeliny w pewnych odstępach od siebie, tzw. widmo liniowe.

2.     
Widmo optyczne.

Widmo optyczne – obraz uzyskany w wyniku rozszczepienia promieniowania optycznego światła optycznego na składowe o różnych długościach fali.

Widmo optyczne emisyjne – widmo światłą emitowanego przez daną substancję.

Widmo optyczne absorpcyjne – widmo światła przechodzącego przez substancję pochłaniającą (świecący gaz lub para pochłaniająca te rodzaje promieniowania, które są wysyłane) np.: linie Prawhofera, to linie absorpcyjne pojawiające się w widmie słońca.

Widmo optyczne dzielimy na:

·         Widmo ciągłe – widmo mające postać zespołu barw przechodzących płynnie jedna w drugą (np.: tęcza), dawana między innymi przez rozżarzone ciała stałe, ciekłe i gazy pod dużym ciśnieniem.

·         Widmo liniowe – widmo mające postać jasnych barwnych prążków (linii widmowych) na ciemnym tle lub ciemnych prążków na tle widma ciągłego. Widmo charakterystyczne dla atomów pierwiastka emitującego (pochłaniającego) dawane przez pary gazy.

·         Widmo pasmowe – widmo mające postać barwnych pasów (złożonych z bardzo gęsto rozmieszczonych linii widmowych) na ciemnym tle charakteryzujących cząsteczki chemiczne. Występuje wtedy, gdy molekuły gazu są pobudzone do świecenia.

3.      Analiza widmowa.

Z linii występujących w widmie jakiegoś nieznanego ciała można wywnioskować jakie pierwiastki wchodzą w skład ciała . Metoda ta nosi nazwę analizy widmowej.

Aby móc obserwować widmo świecącego gazu do wywołania jego świecenia używa się rurki do wyładowań. Jest to rura szklana, zwykle z przewężeniem w środku z wtopionymi na końcach elektrodami metalowymi. Rurkę wypełnia się gazem pod ciśnieniem. Gdy do elektrod przyłączymy źródło dostatecznie wysokiego napięcia (kilkaset do paru tysięcy Voltów) przez rurę zacznie przechodzić prąd elektryczny i gaz wewnątrz rurki zacznie świecić. Świecenie to jest szczególni silne w przewężonej części rurki, którą umieszczamy przy szczelinie spektroskopu. Również pary np.: parę rtęci można pobudzić do świecenia w podobny sposób.

Elektron o masie (m) i ładunku (-e) krąży po orbicie kołowej o promieniu (r) wokół niemolowego jądra (protonu) o masie (M) i ładunku (e).

Elektron porusza się pod wpływem centralnej siły elektrostatycznego przyciągania przez proton, której wartość wynosi:

z przyspieszeniem dośrodkowym:

Energia kinetyczna elektronu wynosi:

lub

Energia potencjalna atomu wynosi:

Całkowita energia atomu wynosi:

Całkowita energia równa jest połowie energii potencjalnych:

4.      Doświadczenie.

Widmo lampy rtęciowej, służące do wyskalowania spektroskopu.