Скляров В.А
Лабораторна робота № 3-11
ВИВЧЕННЯ СПЕКТРА АТОМАРНОГО ВОДНЮ
Мета роботи: градуювання монохроматора УМ-2; вивчення спектра атомарного водню у видимій області;експериментальне визначення сталої Рідберга.
Обладнання: монохроматор УМ-2, ртутна лампа ДРШ-250, воднева лампа ДВС-4,блок живлення водневої лампи , блок живлення монохроматора ЕПС-111.
Контрольні запитання
1. Монохроматор- спектроскоп УМ-2.
Монохроматор - спектральний оптико-механічний прилад, призначений для виділення монохроматичного випромінювання. Принцип роботи заснований на дисперсії світла. Монохроматор УМ-2 призначений для проведення спектральних досліджень джерел світлового випромінювання, проведення якісного спектрального аналізу і вивчення спектральних залежностей коефіцієнтів відображення, прозорості і поглинання різних середовищ. Спектральний діапазон монохроматора УМ-2 становить від 400 до 1000 нм.
Монохроматор складається з двох труб і призменного блоку, розміщених на двох оптичних рейках. Труби монохроматора УМ-2 розташовані під кутом 90°, а оптичні осі вхідної і вихідної труб монохроматора йдуть паралельно рейкам.
2. Серіальні закономірності в атомних спектрах. Пояснити узагальнену формулу Бальмера.
Ізольовані атоми у вигляді розрідженого газу або парів металу випускають спектр, що складається з окремих спектральних ліній. Відповідно до цього спектр випускання атомів називається лінійчатим. Вивчення атомних спектрів послужило ключем до пізнання будови атомів. Насамперед було відмічено, що лінії в спектрах атомів розташовані не безладно, а об’єднуються в групи або, як їх називають, серії ліній. У спектроскопії прийнято характеризувати спектральні лінії НЕ частотою, а зворотної довжині хвилі величиною яку називають хвильовим числом (не змішувати з хвильовим числом k = 2л / л – зі / с!). Це викликано тим, що довжина хвилі (а отже і хвильове число) вимірюється в даний час з набагато більшою точністю ніж точність, з якою визначена швидкість світла с. Тому значення частоти не може бути настільки ж точним, як значення хвильового числа.
Швейцарський вчений І. Бальмер у 1885 р. встановив, що довжини хвиль відомих на той час дев’яти ліній спектра атома водню можна обчислити за формулою:
,де
, 
.Цю формулу записують в іншому вигляді:
, 
де
, 
– стала Рідберга.Оскільки
, то
,де
, яку також називають сталою Рідберга.Спектральні лінії, що відрізняються різними значеннями n, утворюють серію ліній, яка називається серією Бальмера. Із збільшенням n лінії серії зближуються; значення
визначає границю серії, до якої з боку більших частот прилягає суцільний спектр: 
. Крім того, виявляється, що зі збільшенням номера лінії її інтенсивність зменшується.На початку ХХ ст. у спектрі водню було виявлено ще декілька серій спектра випромінювання, які знаходяться у невидимій ділянці.
В ультрафіолетовій ділянці –
серія Лаймана:
, (
);в інфрачервоній області ділянці –
серія Пашена:
,(
);серія Брекета:
,(
);серія Пфунда:
,(
);серія Хемфрі:
,(
).Всі серії у спектрі водню можуть бути описані однією формулою, яка називається узагальненою формулою Бальмера:
,де
і визначає серію, а 
і визначає окремі лінії серії.3. Спектральні терми. Сформулювати комбінаційний принцип Рібдерга –Рітца.
ТЕРМИ СПЕКТРАЛЬНІ -рівнем енергії атома, іона або молекули, що характеризуються потужність. значеннями повного орбітального моменту L і повного спина S електронів. Терми позначаються символом 2S + 1L, де 2S + 1 - мультиплетність терма, а стану з L = 0, 1, 2, 3, 4, 5, ... позначаються S, P, D, F, G, H, .. . відповідно. Розрізняють T. с. синглетні (1S, 1P, 1D, ...; спин дорівнює 0), дублетні (2S, 2P, 2D, ...; спин дорівнює 1/2), триплетні (3S, 3P, ...; спин дорівнює 1) і т.д.
У наближенні центрально-симетричного поля (при обліку тільки взаємодії електронів з ядром) енергія атомної системи повністю визначається завданням електронної конфігурації, т. Е. Головними і орбітальними числами всіх її електронів.
{\displaystyle {\overline {\nu }}={\frac {1}{\lambda }}=T_{n_{1}}-T_{n_{2}}}
спектроскопі́я — різновид молекулярної оптичної спектроскопії, оснований на взаємодії речовини з електромагнітним випромінюванням в ІЧ діапазоні: між червоним краєм видимого спектра (хвильове число 14000 см−1) і початком короткохвильового радіодіапазону (20 см−1).
ІЧ спектри виникають при поглинанні ІЧ випромінення на частотах, що збігаються з деякими власними коливальними і обертальними частотами молекул або з частотами коливань кристалічної ґратки. ІЧ спектри отримують за допомогою спектрометрів різних типів, робочий діапазон яких знаходиться в межах так званої фундаментальної ІЧ області (400 см−1 — 4000 см−1).
4. Сформулювати постулати Бора; фізичний смисл спектральних термів.
1. Електрон в атомі водню може знаходитися лише на визначених дискретних орбітах, які називають стаціонарними. Рухаючись по стаціонарних орбітах з доцентровим прискоренням, електрон, всупереч класичній електродинаміці, не випромінює енергію.
2. Випромінювання (або поглинання) відбувається в разі переходу з однієї стаціонарної орбіти на іншу. При цьому випромінюється або поглинається один квант енергії: h En Em , де ν – частота випромінювання (або поглинання); En і Em – енергії електрона відповідно на n-й і m-й орбітах.
3. З усіх можливих орбіт в атомі можуть існувати лише ті, для яких момент імпульсу електрона є кратним – умова квантування орбіт: L m r n e v , де me – маса електрона; v – швидкість електрона; r – радіус орбіти; ћ – стала Планка.
6. Елементарна борівська теорія водневого атома (виведення формули для сталої Рідберга).
7. Оптична схема ти принцип дії експериментальної установки .
Оптична схема установки: 1– воднева лампа ДВС-4; 1’ – ртутна лампа ДРШ 250; 2, 2’ – захисні скельця; 3 – конденсорна лінза ; 4 – призма порівняння . Пунктиром виділено оптичну схему спектроскопа УМ-2.
Світло від водневої лампи 1 за допомогою конденсорної лінзи 3 фокусується на вхідній щілині спектроскопа; призма порівняння 4 дозволяє спостерігати паралельно з спектром водню еталонний спектр, джерелом якого є ртутна лампа ДРШ-250 (1’).