Balmerシリーズ

出典:米国ジョンズ・ホプキンス大学(米国メリーランド州)のSmaa Koraym

1. 水素、ヘリウム、ネオンのスペクトル輝線Expand

   この実験では、分光光度計を使用して、水素、ヘリウム、ネオンの電子緩和により、紫外および可視領域で放出される光の異なる波長を測定します。ラボを開始する前に、ラボノートに、分析する元素、ランプから観察する光の色、記録された波長の表を作成します。

   表1:発光波長

   要素	カラー	異なる波長、λ (nm)
   H
   彼は
   ネ

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   • まず、白衣、安全メガネ、ニトリル手袋を着用してください。この実験では、生徒がペアで作業することをお勧めします。
   • ハンドヘルド分光光度計の電源を入れ、水素放出スペクトルの新しいファイルを作成します。分光光度計は、サンプルの平均化を行わずに、200 msのサンプリング時間で発光強度を測定するように設定します。
   • インストラクターから呼ばれたら、分光光度計を水素ランプに持ってきてください。センサーを持っている生徒はランプに近づき、もう一人は分光光度計の取得を開始する準備ができている必要があります。
   • インストラクターがランプを点灯したら、センサーをランプの中央に保持して、スペクトルの表示を開始します。手記： スペクトルがクリアになり、ノイズが最小限に抑えられたら、すぐにスペクトルをキャプチャします。これは、ランプを一度に30秒以上点灯させておくことはできません。
   • 水素スペクトルを保存します。同じパラメータを使用して別の実験を設定し、ヘリウムのスペクトルを取得します。同じ方法でネオンのスペクトルを取得します。
   • 保存したデータをエクスポートし、分光光度計をオフにして片付けてください。
2. ResultsExpand
   • リュードベリの公式を設定して、バルマー級数の波長を計算します。注:n_{イニシャル}は励起された電子が開始するエネルギー準位の番号であり、_{nファイナル}は電子がリラックスするエネルギー準位です。_{n final} を 2 に設定します。

     表2:各波長の周波数とエネルギー

     リュードベリ定数 (m-1)	1.098 × 107
     C(メートル/秒)	2.998 × 108
     h (J・s)	6.626 × 10-34
     ni → nf	>λ計算値 (nm)	>λ測定 (nm)	v (THz)	E (eV)
     7 → 2
     6 → 2
     5 → 2
     4 → 2
     3 → 2

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   • レベル3からレベル2に緩和する電子が放出する光の波長を求めます。_RHのリュードベリ定数を埋め、1/λを解きます。手記：この値の逆数が波長であり、nmに変換できます。
   • エネルギーレベル4、5、6、7からの遷移を同じ方法で計算します。手記： データと計算の間には、適切な一致が見られるはずです。
   • 各波長について、次の式を使用してTHz単位の周波数とeV単位のエネルギーを計算します。ここで、cは光速、hはプランク定数です。

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   計算されたエネルギーを見てください。エネルギーレベルが追加されるたびに、エネルギーギャップの増加が少なくなる傾向が見られるはずです。これは、水素放出スペクトルのピークの間隔に反映されます。ヘリウムとネオンは、このエネルギーレベルの間隔の傾向を共有しています。

   ヘリウムスペクトルから、電子を1つでも追加すると、スペクトル列の計算と識別が難しくなります。これは、ヘリウムよりも電子が8つ多いネオンでさらに明らかです。