Seria Balmer

Źródło: Smaa Koraym z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa, MD, USA

1. Widmowe linie emisyjne wodoru, helu i neonuRozwiń

   W tym eksperymencie użyjesz spektrofotometru do zmierzenia różnych długości fal światła emitowanego w zakresie UV i widzialnym przez relaksację elektronów w wodorze, helu i neonie. Przed rozpoczęciem laboratorium zrób tabelę w zeszycie laboratoryjnym na elementy, które będziesz analizować, kolor światła, które obserwujesz z lamp oraz zarejestrowane długości fal.

   Tabela 1: Długości fal emisji

   Elementy	Kolor	Distinct wavelengths, λ (nm)
   H
   On
   Ne

   Kliknij tutaj, aby pobrać tabelę 1

   • Najpierw załóż fartuch laboratoryjny, okulary ochronne i rękawice nitrylowe. Sugerujemy, aby uczniowie pracowali w parach w tym eksperymencie.
   • Włącz ręczny spektrofotometr i utwórz nowy plik dla widma emisji wodoru. Skonfiguruj spektrofotometr do pomiaru intensywności emisji z czasem próbkowania wynoszącym 200 ms, bez uśredniania próbki.
   • Gdy instruktor Cię zawoła, przynieś spektrofotometr do lampy wodorowej. Uczeń trzymający czujnik powinien zbliżyć się do lampy, a drugi powinien być gotowy do rozpoczęcia akwizycji spektrofotometru.
   • Gdy instruktor włączy lampę, przytrzymaj czujnik w środku lampy i zacznij wyświetlać spektrum. nuta: Uchwyć widmo, gdy tylko jest czyste i ma minimalny szum, ponieważ lampa nie może być włączona na dłużej niż 30 sekund na raz.
   • Zapisz widmo wodoru. Skonfiguruj kolejny eksperyment przy użyciu tych samych parametrów i uzyskaj widmo helu. W ten sam sposób zdobądź widmo neonu.
   • Eksportuj zapisane dane, wyłącz spektrofotometr i odłóż go.
2. WynikiRozwiń
   • Ustaw formułę Rydberga, aby obliczyć długości fal serii Balmera. Uwaga: _{n początkowy} to numer poziomu energetycznego, na którym zaczyna się wzbudzony elektron, a n_końcowy to poziom energetyczny, do którego elektron się rozluźnia. Ustaw n_final na 2.

     Tabela 2: Częstotliwość i energia dla każdej długości fali

     Stała Rydberga (m-1)	1.098 × 107
     c (m/s)	2.998 × 108
     h (J·s)	6.626 × 10-34
     ni → nf	λobliczone (nm)	λmierzone (nm)	v (THz)	E (eV)
     7 → 2
     6 → 2
     5 → 2
     4 → 2
     3 → 2

     Kliknij tutaj, aby pobrać tabelę 2
   • Znajdź długość fali światła emitowanego przez elektron relaksujący się od poziomu 3 do poziomu 2. Wypełnij stałą Rydberga dla R_H i rozwiąż dla 1/λ. nuta: Odwrotnością tej wartości jest długość fali, którą można przekształcić na nm.
   • Oblicz przejścia z poziomów energii 4, 5, 6 i 7 w ten sam sposób. nuta: Powinno być widoczne dobre dopasowanie między danymi a obliczeniami.
   • Dla każdej długości fali, oblicz częstotliwość w THz i energię w eV, korzystając z następujących równań, gdzie c jest prędkością światła, a h jest stałą Plancka.

     • 
     • 

   Spójrz na obliczone energie. Powinieneś zauważyć tendencję do zmniejszania się luki energetycznej z każdym dodatkowym poziomem energii. Znajduje to odzwierciedlenie w rozstawie pików w widmie emisji wodoru. Hel i neon dzielą ten trend odstępów między poziomami energii.

   Z widma helu dodanie nawet jednego elektronu więcej sprawia, że szeregi widmowe są trudniejsze do obliczenia i zidentyfikowania. Jest to jeszcze bardziej widoczne w przypadku neonu, który ma o osiem elektronów więcej niż hel.