Serie Balmer

Fonte: Smaa Koraym presso la Johns Hopkins University, MD, USA

1. di idrogeno, elio e neonExpand

   In questo esperimento, utilizzerai uno spettrofotometro per misurare le distinte lunghezze d'onda della luce emessa nell'UV e nella gamma visibile dal rilassamento degli elettroni nell'idrogeno, nell'elio e nel neon. Prima di iniziare il laboratorio, crea una tabella nel tuo quaderno di laboratorio per gli elementi che analizzerai, il colore della luce che osservi dalle lampade e le lunghezze d'onda registrate.

   Tabella 1: Lunghezze d'onda di emissione

   Elementi	Colore	Lunghezze d'onda distinte, λ (nm)
   H
   Lui
   Ne

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   • Per prima cosa, indossa un camice da laboratorio, occhiali di sicurezza e guanti in nitrile. Suggeriamo agli studenti di lavorare in coppia per questo esperimento.
   • Accendi uno spettrofotometro portatile e crea un nuovo file per lo spettro di emissione dell'idrogeno. Configura lo spettrofotometro per misurare l'intensità dell'emissione con un tempo di campionamento di 200 ms, senza media del campione.
   • Quando l'istruttore ti chiama, porta lo spettrofotometro alla lampada a idrogeno. Lo studente che tiene il sensore dovrebbe avvicinarsi alla lampada e l'altro dovrebbe essere pronto per iniziare l'acquisizione dello spettrofotometro.
   • Quando l'istruttore accende la lampada, tieni il sensore al centro della lampada e inizia a visualizzare lo spettro. nota: Cattura lo spettro non appena è chiaro e ha un rumore minimo, poiché la lampada non può essere lasciata accesa per più di 30 s alla volta.
   • Salva lo spettro dell'idrogeno. Imposta un altro esperimento utilizzando gli stessi parametri e acquisisci lo spettro per l'elio. Acquisisci uno spettro di neon allo stesso modo.
   • Esporta i tuoi dati salvati, spegni lo spettrofotometro e mettilo via.
2. RisultatiEspandi
   • Imposta la formula di Rydberg per calcolare le lunghezze d'onda della serie di Balmer. Nota: n_iniziale è il numero del livello di energia da cui inizia l'elettrone eccitato e n_finale è il livello di energia a cui l'elettrone si rilassa. Impostare n_finale su 2.

     Tabella 2: Frequenza ed energia per ogni lunghezza d'onda

     Costante di Rydberg (m-1)	1.098 × 107
     C (m/s)	2.998 × 108
     h (J·s)	6.626 × 10-34
     ni → nf	λcalcolato (nm)	λmisurato (nm)	v (THz)	E (eV)
     7 → 2
     6 → 2
     5 → 2
     4 → 2
     3 → 2

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   • Trova la lunghezza d'onda della luce emessa da un elettrone che si rilassa dal livello 3 al livello 2. Riempi la costante di Rydberg per R_H e risolvi per 1/λ. nota: Il reciproco di questo valore è la lunghezza d'onda, che può essere convertita in nm.
   • Calcola le transizioni dai livelli di energia 4, 5, 6 e 7 allo stesso modo. nota: Dovresti vedere una buona corrispondenza tra i tuoi dati e i tuoi calcoli.
   • Per ogni lunghezza d'onda, calcola la frequenza in THz e l'energia in eV usando le seguenti equazioni, dove c è la velocità della luce e h è la costante di Planck.

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   Guardate le energie calcolate. Dovresti vedere una tendenza del divario energetico che aumenta di meno con ogni livello di energia aggiunto. Ciò si riflette nella spaziatura dei picchi nello spettro di emissione dell'idrogeno. L'elio e il neon condividono questa tendenza alla spaziatura dei livelli di energia.

   Dallo spettro dell'elio, l'aggiunta anche di un solo elettrone in più rende la serie spettrale più difficile da calcolare e identificare. Questo è ancora più evidente nel neon, che ha otto elettroni in più rispetto all'elio.