Série Balmer

ConceitosPreparação do InstrutorProtocolo do Estudante
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Fonte: Smaa Koraym na Universidade Johns Hopkins, MD, EUA

  1. Linhas de emissão espectral de hidrogênio, hélio e neon

    Neste experimento, você usará um espectrofotômetro para medir os comprimentos de onda distintos da luz emitida na faixa UV e visível por relaxamento de elétrons em hidrogênio, hélio e neônio. Antes de iniciar o laboratório, faça uma tabela em seu caderno de laboratório para os elementos que você analisará, a cor da luz que você observa das lâmpadas e os comprimentos de onda registrados.

    Tabela 1: Comprimentos de onda de emissão

    ElementsColorComprimentos de onda distintos, λ (nm)
    H
    Ele
    Ne

    Clique aqui para baixar a Tabela 1

    • Primeiro, coloque um jaleco, óculos de segurança e luvas de nitrilo. Sugerimos que os alunos trabalhem em pares para este experimento.
    • Ligue um espectrofotômetro portátil e crie um novo file para o espectro de emissão de hidrogênio. Configure o espectrofotômetro para medir a intensidade da emissão com um tempo de amostragem de 200 ms, sem média de amostragem.
    • Quando o instrutor ligar para você, leve o espectrofotômetro até a lâmpada de hidrogênio. O aluno que segura o sensor deve se aproximar da lâmpada e o outro deve estar pronto para iniciar a aquisição do espectrofotômetro.
    • Quando o instrutor acender a lâmpada, segure o sensor no centro da lâmpada e comece a exibir o espectro. nota: Capture o espectro assim que estiver claro e tiver o mínimo de ruído, pois a lâmpada não pode ser deixada acesa por mais de 30 s de cada vez.
    • Salvar o espectro de hidrogênio. Configure outro experimento usando os mesmos parâmetros e adquira o espectro para o hélio. Adquira um espectro de neon da mesma maneira.
    • Exporte seus dados salvos, desligue o espectrofotômetro e guarde-o.
  2. Results
    • Configure a fórmula de Rydberg para calcular os comprimentos de onda da série de Balmer. Nota: ninicial é o número do nível de energia onde o elétron excitado começa, e nfinal é o nível de energia para o qual o elétron relaxa. Defina nfinal como 2.

      Tabela 2: Frequência e energia para cada comprimento de onda

      Constante de Rydberg (m-1) 1.098 × 107
      c (m/s)2.998 × 108
      h (J·s)6.626 × 10-34
      ni → nfλcalculado (nm) λmedido (nm) v (THz) E (eV)
      7 → 2
      6 → 2
      5 → 2
      4 → 2
      3 → 2
      Clique aqui para baixar a Tabela 2
    • Encontre o comprimento de onda da luz emitida por um elétron relaxando do nível 3 para o nível 2. Preencha a constante de Rydberg para RH e resolva para 1/λ. nota: O recíproco desse valor é o comprimento de onda, que pode ser convertido em nm.
    • Calcule as transições dos níveis de energia 4, 5, 6 e 7 da mesma maneira. nota: Você deve ver uma boa correspondência entre seus dados e seus cálculos.
    • Para cada comprimento de onda, calcule a frequência em THz e a energia em eV usando as seguintes equações, onde c é a velocidade da luz e h é a constante de Planck.

    Olhe para as energias calculadas. Você deve ver uma tendência da lacuna de energia aumentando menos a cada nível de energia adicionado. Isso se reflete no espaçamento dos picos no espectro de emissão de hidrogênio. Hélio e neônio compartilham essa tendência de espaçamento do nível de energia.

    Do espectro de hélio, adicionar até mais um elétron torna a série espectral mais difícil de calcular e identificar. Isso é ainda mais aparente no neon, que tem oito elétrons a mais que o hélio.

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Espectro do Hidrogênio