asyan.org
добавить свой файл
1

Лабораторна робота № 46



дослідження МОЛЕКУЛЯРНИХ СПЕКТРІВ ПОГЛИНАННЯ І Визначення сталої Планка


Мета роботи

Ознайомитись із структурою молекулярних спектрів поглинання водних розчинів , CuSO4, KMnO4 і визначити сталу Планка за молекулярним спектром поглинання водного розчину біхромату калію

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати серіальні закономірності формування спектра випромінювання атома водню (§4.1), вміти описати складові повної енергії молекул та особливості формування молекулярних спектрів поглинання (§4.4)

Прилади і обладнання

Монохроматор УМ – 2, неонова лампочка, кювети з водними розчинами , CuSO4, KMnO4, конденсорна лінза

Теоретичні відомості та опис установки

Для визначення сталої Планка в даній лабораторній роботі вивчають спектр поглинання водного розчину біхромату калію . Відомо, що кванти світла, які поглинаються цим розчином, викликають розпад іонів згідно рівняння

+. (1)

Найбільша довжина хвилі , яка здатна викликати розпад іона , відповідає початку поглинання в спектрі розчину і задовольняє умові

, (2)

де  стала Планка; – швидкість світла у вакуумі; – енергія, яку необхідно затратити для реакції розпаду іона .

Ця енергія дорівнює

, (3)

де  тепловий ефект реакції (для реакції (1) ),  число Авогадро.

Із співвідношень (2) і (3) отримуємо робочу формулу для знаходження сталої Планка

. (4)

Лабораторна установка для вивчення спектрів поглинання водних розчинів зібрана на базі монохроматора УМ-2, який використовується як спектроскоп. Оптична схема установки наведена на рис. 1, а її загальний вигляд – на рис. 2. На рис. 1 схематично виділені оптичні елементи, що входять до складу монохроматора.

Як видно з рис.1, сфокусоване конденсорною лінзою 3 світло проходить через досліджуваний розчин 4 і потрапляє на вхідну щілину 6 монохроматора. Далі, пройшовши дисперсійну призму 8, світловий промінь через об’єктив зорової труби 9 досягає окуляр 11.



Рис. 1

1 – джерело світла; 2 – захисний кожух джерела світла; 3 – конденсорна лінза; 4 – кювета з досліджуваним розчином; 5 – збиральна лінза; 6 – вхідна щілина; 7 – об’єктив коліматора;

8 – дисперсійна призма; 9 – об’єктив зорової труби; 10 – візир; 11 – окуляр.



Рис. 2

1 – джерело світла (лампочка розжарювання) в захисному кожусі;

2 – конденсорна лінза; 3 – неонова лампочка в захисному кожусі; 4 – кювета з досліджуваним розчином; 5 – монохроматор УМ–2; 6 – окуляр; 7; 8  регулювальні гвинти; 9 – барабан довжин хвиль; 10 – блок живлення установки.

Послідовність виконання роботи

ЗАВДАННЯ 1. Градуювання монохроматора

Для цього потрібно (див. рис. 2):

  1. Розмістити на оптичній лаві перед вхідною щілиною монохроматора конденсорну лінзу 2, а за нею – неонову лампочку 3 в захисному кожусі.

  2. Встановити ширину вхідної щілини монохроматора ~ 0,22 мм.

  3. Увімкнути неонову лампочку в мережу 220 В.

  4. Сфокусувати за допомогою конденсорної лінзи 2 випромінювання неонової лампочки на вхідну щілину монохроматора.

  5. Одержати чітке зображення спектральних ліній випромінювання неонової лампочки в окулярі 6 монохроматора 5 за допомогою регулювальних гвинтів 7 і 8, а оптимальну ширину ліній – незначним регулюванням ширини вхідної щілини монохроматора.

  6. Обертаючи барабан 9 довжин хвиль монохроматора, почергово встановлювати спектральні лінії неону, які зображені на робочому місці і одночасно видимі в окулярі 6, навпроти візира монохроматора і робити відліки положень спектральних ліній за шкалою барабана. Результати вимірювань записати в таблицю 1.

  7. Побудувати графік градуювання монохроматора. Для цього по осі абсцис необхідно відкласти значення довжин хвиль спектра випромінювання неону, а по осі ординат – відповідні їм значення відліків (у відносних кутових одиницях) за шкалою барабана 9 довжин хвиль монохроматора.

Таблиця 1

, Ǻ

























, відн.од.

























ЗАВДАННЯ 2. Вивчити спектри поглинання водних розчинів: мідного купоросу CuSO4,

біхромату калію K2Cr2O7, марганцевокислого калію KMnO4 та визначити

сталу Планка

Щоб охарактеризувати положення даної смуги або області поглинання в спектрі, вказують довжини хвиль початку і кінця поглинання, а також те місце в спектрі, де спостерігається найбільш сильне поглинання. Якщо смуга поглинання знаходиться не тільки у видимій області, але захоплює ультрафіолетову або інфрачервону області, то потрібно вказати лише початок або кінець області поглинання.

Для отримання спектрів поглинання водних розчинів: мідного купоросу CuSO4, біхромату калію K2Cr2O7, марганцевокислого калію KMnO4 необхідно (див. рис. 2):

  1. Розмістити на оптичній лаві конденсорну лінзу 3 і джерело світла 1.

  2. Між вхідною щілиною монохроматора і конденсорною лінзою 2 розмістити предметний столик.

  3. Увімкнути пульт живлення 10 монохроматора в мережу 220 В. Спостерігати випромінювання з джерела світла 1.

  4. Пересуваючи лінзу 3 по оптичній лаві, домогтися чіткого зображення нитки лампочки розжарення джерела світла на вхідній щілині монохроматора. При цьому, спостерігати спектр випромінювання лампочки в окулярі 6 монохроматора.

  5. Розмістити на предметному столику кювету 4 з досліджуваним розчином.

  6. Збільшуючи або зменшуючи ширину вхідної щілини монохроматора, домогтися найкращого зображення смуг поглинання.

  7. Зробити відліки за шкалою барабана довжин хвиль 9 у відносних кутових одиницях положень початку і кінця смуг поглинання (країв темних смуг поглинання на світлому фоні суцільного спектра), а також місце в спектрі, де спостерігається максимум поглинання. Результати вимірювань записати в таблицю 2.

  8. За кривою градуювання монохроматора, одержаною в ЗАВДАННІ 1, визначити значення довжин хвиль, які відповідають початку, кінцю і максимуму поглинання. Знайдені значення записати в таблицю 2.

  9. За знайденим значенням довжини хвилі початку поглинання біхромату калію за формулою (3) обчислити сталу Планка.

Таблиця 2

Назва

речови-ни

Спектральні смуги поглинання

1034,

Дж·с

Початок поглинання

Максимум поглинання

Кінець поглинання

, відн.од.

, Å

, відн.од.

, Å

, відн.од.

, Å




K2 CrO7



















CuSO4



















KMnO4



















Контрольні запитання

  1. Що називається спектром випромінювання і поглинання атомів і молекул?

  2. Які складові включає повна енергія молекули, що визначає її спектр?

  3. Назвіть типи молекулярних спектрів. Запишіть формулу, що визначає частоту фотона, який випромінюється молекулою, при зміні всіх видів енергії молекули.

  4. Поясніть методику визначення сталої Планка, що застосовується в даній лабораторній роботі.