实验二十一利用原子发射光谱测定钠原子轨道能量
目的要求
(1) 摄取钠原子在可见光区的发射光谱。从所得光谱计算钠原子轨道能量。
(2) 了解原子发射光谱的概貌及其与原子中电子运动能级间的关系,对微观粒子运动的量子化现象有初步的感性认识。
(3) 了解WPS—1型平面光栅摄谱仪及6W阿贝比长仪的结构及使用方法。
2 基本原理
微观粒子运动的一个重要特征是经常明显地表现出量子现象。例如在原子中绕核运动的电子通常不可能具有任意的能量值和动量值,而只有某些特定的能量值和动量值的运动状态才是可出现的。
电子在同一原子中可以有许多不同的能级,电子从低能级跃迁至不同的高能级时要吸收不同能量的光能;反之,如从不同的高能级跃迁回不同的低能级时会发射不同的光能。而光能在实验上是以光谱中的波长位置来表征的,光能愈高,与之所对应的波长愈短;反之,光能愈低,则波长愈长,因此可以通过光谱实验来研究电子在能级间的跃迁规律。原子中的能级分布,以及电子在跃迁前后的运动状态等,这些都反映在光谱中谱线的位置、强弱、形态、分布规律和精细结构、超精细结构上,所以光谱至今仍是了解微观世界的重要窗口之一。
当原子中电子由较高能级跃迁回较低能级时,就发出一条谱线,其波长为:
其中h是普朗克常数,c是光速, 是用波数作单位时的能级值。
量子力学表明,当考虑电子相互作用时,组态的能量按谱项进行分裂,能量最低的谱项称为基谱项,决定基谱项可用洪特规则。而当进一步考虑旋轨偶合时,光谱项按光谱支项进行分裂,这就是光谱的精细结构,光谱支项能量的相对高低,可由洪特第二规则来确定。
从大量原子光谱实验得知,并非任意两个能级之间都可发生跃迁,只有满足下列条件的两个电子能级之间才能发生跃迁。
①两个能级的自旋相同,即△S=0。
②两个能级的角量子数L相差1,即△L=±1。
③两个能级的内量子数J相同或相差1,即△J=0、±1。
以上规律称为原子光谱的选择定则。
钠原子中最外层电子为电子,钠原子光谱主要就是3s电子在不同能级间跃迁所产生的,这些不同能级有等。根据前述选择定则可知,向能级跃迁的高能级只能是等一组能级;向
能级跃迁的高能级可能是等一组能级或等一组能级。所出现各光谱线的波数可归纳为下列三组谱线系,即:
3 仪器试剂
WPS—1型平面光栅摄谱仪 6W阿贝比长仪
汞灯钠灯
定时钟红快型感光板
D-19显影液 F-5酸性坚膜定影液
4 实验步骤
(1) 装感光板:在暗室中取一张红快型感光板,装入相板盒中,注重感光板的乳剂面应正对曝光方向,并相板盒装到摄谱仪上,第一次摄谱,可将板移放在20mm处。
(2)摄谱:
①选择摄谱条件:接通电源开关,此时电源指示和对光灯亮。(中心波长600nm),狭缝在5μm,光栏高度在2mm,板移距离2mm。抽开相板盒的挡光板,取下狭缝盖。
②标准汞谱:将汞灯直接放在摄谱仪狭缝前,调节曝光选择时间继电器为20s。点燃汞灯,预燃1min,按起动按钮,开始曝光,曝光结束后,相板盒自动移到所选定的位置。
③钠光谱:将钠灯放在狭缝前,点燃钠灯,预燃2min,控制曝光时间仍为20s,进行曝光。
④再摄谱:将板移下至40mm处,调节曝光选择
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