LABORATORINIS DARBAS
Kokybinė spektrinė analizė
1.DARBO TIKSLAS : atlikti kokybinę spektrinę analizę monochromatoriumi чм-
2.
2.TEORINĖ DALIS : nemonochromatinės šviesos spinduliui praėjus stiklinę prizmę, disprsijos dėka gaunamas spektras. Spektrai skirstomi į emisinius ir absorbcinius. Spektras vadinamas emisiniu, jei kūno spinduliuojama šviesa pakeliuj niekieno neabsorbuojama. Absorbciniu vadinamas spektras su tamsiomis linijomis arba ruožais, kurie atsiranda del kai kuriu šviesos bangų absorbcijos duotoje aplinkoje.Pvz., saulės ir žvaigždžių duodami spektrai yra absorbciniai.
Šiuo darbu tirsime tik emisinius spektrus, kurie skirstomi į ištisinius, juostinius ir linijinius.
Ištisiniame spektre spalvos pereina nuosekliai viena į kitą. Toks spektras yra tada, kai į prizmę patenkančią šviesą sudaro įvairaus ilgio bangos ( pvz., baltos šviesos atvėju ). Ištisinį spektrą duoda medžiagos, kuriose atstumai tarp molekulių maži, o molekulių sąveikos jėgos – didelės.
Tai visų skystų ir kietų kūnų spektrai.
Juostinį spektrą sudaro atskiros, įvairios spalvos, juostos.Gaunamas, kai išspinduliuotoje ir prizmėn patenkančioje šviesoje trūksta tam tikro ilgio šviesos bangų. Tokį spektrą duoda švytinčios daugiaatomės medžiagos (
dujos, garai ), kuriose atstumai tarp molekulių dideli, ir molekulinės sąveikos jėgos nežymios.
Linijinį spektrą sudaro atskiros, įvairios spalvos, spektrinės linijos, atskirtos tamsiais tarpais. Spektras gaunamas, šviesai, kurioje yra baigtinis fiksuotų bangos dažnių skaičius, patenkant prizmėn. Šį spektrą duoda švytinčios vienatomės medžiagos ( dujos, garai ), kuriose atstumai tarp atomų dideli, ir jų sąveikos jėgos nežymios. Emisiniai linijiniai spekrai naudojami medžiagų cheminei sudėčiai ištirti, t.y. nustatyti medžiagą sudarančių elementų rūšims ir kiekiams. Apie elemento kiekį sprendžiame iš linijinių spektrų intensyvumo.
Spektrinė analizė – tai medžiagos cheminės sudėties nustatymas, remiantis linijiniais spektrais.Jei spektrine analize nustatome tik medžiagą sudarančių elementų rūšį, bet netiriame jų kiekio, tai kalbame apie kokybinę spektrinę analizę.
Kodėl vienatomių dujų ir garų spektrai yra linijiniai?
Į šį klausimą atsako šviesos spinduliavimo kvantnė hipotezė. Ją iškėlė
M.Plankas. Pagal ją, šviesą spinduliuoja aplink atomą tam tikrais sluoksniais skriejantys eletronai. Izoliuotame atome elektrono energija yra kvantuota. Normaliai elektronas skrieja sluoksnyje, kuriame jo E ( aut.
past. – enerija ) duotomis sąlygomis mažiausia. Sužadinus atomą, jo elektronas peršoka į tolesnį nuo brandolio sluoksnį, kur jo E didesnė.
Sužadintoje būsenoje atomas būna labai trumpą laiką. Tuo metu elektrono E
yra W2. Po to elektronas grįžta į branduoliui artimesnį sluoksnį, kur jo E
yra W1. Kadangi W2 > W1, tai E porcija išspinduliuojama šviesos pavidalu.
Sakoma, kad atomas išspinduliuoja fotoną, kurio E pagal kvantinę hipotezę aprašoma sandauga hv ( kur h – Planko konstanta, o v – spinduliuojamos šviesos dažnis ).Energijos tvermės dėsnis :
hv = W2 – W1; ( 1 )
arba v = W2/h – W1/h; ( 2 )
Dėl ( 2 ) skirtumo vienatomių dujų ir garų spinduliuojama šviesa, praėjusi prizmę, duoda linijinį spektrą.
3.aparatūra :
Monochromatorius – tai spektrinis prietaisas, skirtas monochromatinei šviesai gauti. Jo pagrindinė dalis – Abės prizmė, kurią sudaro dvi stačiakampės prizmės D ir E, turinčios laužiamąjį 30 laipsnių kampą, ir lygiašonė prizmė C. Prizmės D ir E veikia kaip viena lygiašonė prizmė, kurios laužiamasis kampas lygus 60 laipsnių. Jos dėl šviesos dispersijos sudaro spektrą ir vadinamos dispersijos prizmėmis. Stačiakampė prizmė C
panaudota tik spindulių krypčiai pakeisti.
Šviesoso spindulio spektras stebimas žiūronu, kurio objektyvas surenka vienodo ilgio šviesoso bangas savo židinio plokštumoje ir sudaro joje kolimatoriaus plyšio atvaizdą spektrinės linijos pavidalu. Spektrines linijas matome žiūrono okuliare.
4.DARBO EIGA :
1.Sutvarkome monochromatoriaus žiūroną /4/.Okuliarą /1/ įstatome į apkabą
/2/.
2.Paruošiame monochromatorių darbui. Nuimame kolimatoriaus plyšio dangtelį
/10/, rankenėle /12/ pašaliname sklendę nuo spindulių kelio kolimatoriuje.
Sureguliuojame kolimatorių /9/ lygiagretiems spinduliams gauti ( rankena –
8 ). Viršutinė skalė – 7, apatinė – 10. Kolimatoriaus plyšį atidarome mikrometriniu sraigtu /11/. Šviesos šaltinį statatome 2 – 4 cm. atstumu nuo kolimatoriaus plyšio. Įjungiame jungiklį /17/ ir tuo apšviečiame žiūrono rodyklę. Apkabos /2/ pasukimu okuliare gauname ryškų rodyklės atvaizdą.
Rodyklės apšvietimą galime keisti rankena /15/. Rodyklės apšvietimo spalvą galima keisti, sukant revolverinį įtvarą /3/.
3.Gauname gyvsidabrio linijinį spekrą. Įjungę Geislerio vamzdelį, sukame matuojamąjį būgnelį /13/, kol žiūrono okuliare pamatome spektrines linijas.
Priešingu atvėju patikriname, ar pašalinta sklendė nuo spindulių kelio kolimatoriuje ir ar atidarytas jo plyšys. Be to įsitikiname, ar jis gerai apšviestas Geislerio vamzdeliu. Stebėdami linijinį spekrą, mikrometriniu sraigtu /11/ siauriname kolimatoriaus plyšį tol, kol gauname ryškias ir siauras spektrines linijas.
4.Atskaičiuojame matuojamo būgnelio padalas, atitinkančias atskiras gyvsidabrio spektrines linijas. Jungikliu /16/ įjungę būgnelio apšvietimo lemputę /6/, jo sukimu sutapdiname kraštinę spektrinę liniją ( raudoną arba voletinę ) su okuliare matoma rodykle ir atskaitome būgnelio padalą M1 virš indekso /14/. Po to šiek tiek pasukę būgnelį, pakartojame sutapatinimus.
Gauname M2. Tą patį atliekame su visomis spektrinėmis linijomis. Užpildome
(1) lentelę.
5.Tiriame nežinomo elemento linijinį spektrą. Atskaitome tiriamo spektro linijas, kurias atitinka padala matuojamame būgnelyje, du kartus tuo būdu, kuris aptartas 4-ame punkte. Apskaičiuojame dviejų ataskaitų aritmetinį vidurkį ir gautus duomenis surašome į (1) lentelę.
6.Nustatome šviesos bangų ilgį, atitinkantį nežinomo elemento spektrines linijas. Pagal gyvsidabrio spektrinių linijų duomenis nubraižome monochromatoriaus gradavimo kreivę m = f (л). Abscisių ašyje atidedame л (
pradžios tašku laikome 4350 Ǻ ), o ordinačių ašyje – matuojamo būgnelio padalas. Pagal šią kreivę nustatome tiriamoj spektro linijas atitinkančius bangos ilgius ir surašome juos į (1)
lentelę.
7. Nustatome nežinomus elementus, duodančius tiriamąjį linijinį spektrą.
Pagal knygoje duotą lentelę randame elementus, kurių spinduliuojamos šviesos bangos ilgis sutampa duotaisiais bangų ilgiais.
1 lentelė
|Linijinį |Spektrin|Spektrinės |Bangos |Matuojamo |
|spektrą |ės |linijos |ilgis л ( |būgnelio |
|duodantis |linijos |spalva |…Å ) |padalos m ( …(|
|el. |eil. nr.| | |) |
|Gyvsidabri| 1 |raudona 1 | 7100 | 3312 |
|s | | | | |
| | 2 |raudona 2 | 6234 | 3070 |
| | 3 |geltona 1 | 5791 | 2875 |
| | 4 |geltonai | 5461 | 2695 |
| | |žalia | | |
| | 5 |violetine 1| 4090 | 1612 |
| | 6 |violetine 2| 4047 | 1061 |
| | 7 |melsvai | 4350 | 2275 |
| | |violetinė | | |
|Nežinoma | 8 |geltona | 5890 | 2930|
|medžiaga | | | | |
5.DARBO REZULTATAI IR IŠVADOS :
Iš m = f (л) tiesinės priklausomybės grafiko nustatome nežinomos medžiagos geltoną spektrinę liniją atitinkantį bangos ilgį л = 5890 Ǻ. Iš duotos lentelės sužinome, kad tai natrio ( Na ) linijinis spektras.
6.NAUDOTA LITERATŪRA :
1. P.Tamulis, ‘Geometrinės ir banginės optikos laboratoriniai darbai’,
Kaunas, 1980;
2. A.Tamašauskas, J.Vosylius, ‘Fizika 2’, Vilnius ‘Mokslas’, 1989.