15. Какую скорость приобретет первоначально покоившийся атом водорода при испускании фотона, соответствующего головной линии: I) серии Лаймана, г) серии Бальмера? Rλ =1,097 *107 I/м, Мн=1,67 • Ю-27 кг, h =6,63*10-34 Дж*с.
I6. Определить порядковый номер элемента в таблице Менделеева, если К, L, и М оболочки и 4S подоболочка заполнены полностью, а 4р подоболочка заполнена электронами наполовину?
17. Получите выражение, связывающее максимальное число электронов в атоме, которые могут иметь одинаковые главные квантовые числа n, с этим квантовым числом.
18. Каково максимальное число электронов в атоме, которые могут иметь одинаковые квантовые числа: I) n, 2) n, l, 3) n, l,m, 4) n, l,m, ms? Получите выражения для числа электронов в 1-м и 2-м случаях.
19. Сколько ориентации может иметь орбитальный механический момент электрона, находящегося в состоянии 2р? Чему они равны? Выразить проекции в единицах ħ.
20. Чему равен спин (собственный механический момент) электрона? Выразить спин через величину ħ. Вычислить также это числовое значение и указать, в каких единицах в СИ он измеряется. Как надо понимать часто употребляемую фразу: "Спин электрона равен 1/2"?
21. Валентный электрон атома Nа находится в состояния с главным квантовым числом n =3, имея при этом максимально возможный механический орбитальный момент. Чему равен при этом
это магнитный орбитальный момент? Выразить магнитный момент через магнетон Бора μБ.
22. При каком значении орбитального квантового числа магнитный орбитальный момент электрона в атоме 
раз больше магнетона Бора?
23. Чему равен орбитальный магнитный момент электрона, находящегося в атоме в состоянии 3d? Выразить момент через магнетон Бopa μБ.
24. Напишите выражение для магнетона Бора. Что это за величина? В каких единицах в СИ она измеряется?
25. Сколько значений может иметь орбитальный магнитный момент электрона, находящегося в атоме в состоянии с главным квантовым числом n=3? Чему они равны? Выразить моменты через магнетон Бopa μБ.
26. Некоторый электрон в атоме характеризуется главным квантовым числом n =2 и орбитальным квантовым числом l=I. Чему равна максимально возможная величина проекции магнитного орбитального момента этого электрона на направление внешнего поля? Выразите ее через магнетон Бopa μБ.
Лабораторная работа 347
ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОВ ПОГЛОЩЕНИЯ МОЛЕКУЛ В ЖИДКОСТЯХ
I. Цель и содержание работы
Целью работы является ознакомление о особенностями молекулярного поглощения света в жидких веществах. Содержание работы состоит в определении энергии электронного возбуждения молекул и проведении качественного спектрального анализа вещества.
II. Краткая теория работы
1. См. Ч.1,Гл.4, §§ 1,6.
2. Дополнение к теории:
Изучение характеристик поглощения света в веществе - так называемый абсорбционный спектральный анализ - широко используется в практике научных и инженерных исследований. С его помощью можно выяснить химический состав вещества, определить многие электрические, механические и тепловые свойства.
В отличие от спектроскопии атомов, спектроскопия молекул практически никогда не бывает эмиссионной (основанной на испускании света). Это связано с тем, что возбуждение излучения сопряжено с применением "грубых" мер воздействия на вещество - нагрева до температур в тысячи градусов, помещения в пламя электрической дуги и т. д. Под влиянием подобного воздействия молекулы диссоциируют на составные атомы и теряют свои свойства.
В абсорбционной же спектроскопии воздействие на молекулу состоит в передаче ей при поглощении одного кванта света энергии, не превышающей долей или единиц электронвольта.
III. Приборы и принадлежности для выполнения работы
Измерения спектров поглощения в данной работе проводятся на универсальном фотометре ФМ-56. В работе используются также пронумерованные кюветы, содержащие исследуемые жидкости, и одна пустая кювета.
Принципиальная оптическая схема фотометра приведена на рис. 1, внешний вид фотометра показан на рис. 2. Источником света является лампа накаливания Л с вольфрамовой спиралью. Величину накала энергии можно регулировать с помощью выносного трансформатора. Лучи от нити лампы попадают на два плоских зеркала, отражаются от них и, пройдя через конденсаторы К, выходят из осветителя двумя параллельными пучками. Эти пучки, отражаясь от зеркала I, проходят сквозь диафрагмы 2 и 2а, связанные с измерительными барабанами 3 и За. При помощи объективов 4 и ромбических призм 5 эти два пучка сводятся вместе и, пройдя через один из сменных светофильтров 6 и окуляр 7, попадают в глаз наблюдателя, который видит поле зрения в форме круга, разделенного на две части, имеющие различную яркость (а иногда и несколько различную окраску). Яркость левой части поля определяется световым потоком, проходящим через правую диафрагму, а яркость правой части поля - световым потоком, проходящим через левую диафрагму. Если световой поток попадает на диафрагмы прямо из осветителя и обе диафрагмы в одинаковой мере раскрыты, то яркости обеих половин поля зрения будут одинаковыми.
Если на пути одного из световых пучков поставить кювету с исследуемым веществом, поглощающим свет, то равновесие нарушится, и яркость одного из полей зрения уменьшится. Для того чтобы уравнять яркости, полей, необходимо уменьшить яркость второго поля. Это уменьшение яркости осуществляется изменением отверстия диафрагмы, через которую проходит непоглощенный световой пучок. На измерительных барабанах, связанных с диафрагмами, нанесено (черная шкала) отношение в процентах площади диафрагмы при данном ее раскрытии к площади при максимальном раскрытии. Так как световой поток равномерного пучка света, проходящего сквозь диафрагму, пропорционален площади ее отверстия, то отношение площадей отверстий диафрагм дают отношение световых потоков обоих пучков. Вводя в поле зрения светофильтры, это отношение можно измерить для различных длин волн света.
Рис.1. Принципиальная оптическая схема фотометра
.
Рис.2. Общий вид фотометра
При проведении измерений с жидкими и газообразными веществами их обычно помещают в прозрачную кювету. Зависимость интенсивности света, прошедшего через кювету, от длины волны определяется не только поглощающими свойствами исследуемого вещества, но и характеристиками излучения источника света, а также поглощением в материале кюветы:
Iпр(λ)=Iист(λ)*Ккюв(λ)*Рвещ(λ)
где Iпр(λ) - функция, описывающая спектр прошедшего света; Iист(λ) - спектральная характеристика источника ; К(λ) и Р(λ) - функции, описывающие спектры поглощения в материале кюветы и исследуемом веществе.
Использование в работе прибора с двумя световыми пучками и наличие пустой кюветы позволяет получить вид функции Рвещ(λ) (то есть спектр исследуемого вещества) в чистом виде. Для этого сравнивают интенсивности пучка света, прошедшего сквозь кювету с исследуемым веществом:
Iпр(λ)=Iист(λ)*Ккюв(λ)*Рвещ(λ)
и пучка света, прошедшего сквозь пустую кювету:
I’пр(λ)=Iист(λ)*Ккюв(λ)
Сравнение производят при различных длинах волн, выделяемых сменными светофильтрами. Отношение интенсивностей пучков, называемое коэффициентом пропускания вещества:
- в точности повторяет форму исследуемого спектра поглощения.
Как уже показано, сравнение интенсивностей производился путем уравнивания яркостей двух половин поля зрения фотометр и считывания показания (до черной шкале) измерительных барабанов, связанных о диафрагмами. Если напрмер, отсчеты по шкалам равны n1 =23 деления и n2 =74 деления, то это означает, что d окуляр попадает 23% интенсивности первого пупа, прошедшего сквозь пустую кювету, и 74% интенсивности второго пучка. Тогда коэффициент пропускания вещества (для данного светофильтра, выделяющего длину волны λ ) будет равен:
Удобно шкалу барабана, изменяющего интенсивность пучка света, проходящего через кювету с исследуемым веществом, установить на деление n2 =100 и уравнивать интенсивности пучков только путем вращения другого барабана. В этом случае
то есть отсчет по шкале второго барабана будет сразу давать численное значение коэффициента пропускания (в процентах).
Меняя светофильтры, установленные на пути пучков, можно измерить значения коэффициента пропускания для различных длин волн и построить спектр поглощения исследуемого вещества.
IV. Порядок выполнения работы
1. С помощью тумблера, расположенного на выносном транс
форматоре, включить лампу осветителя.
2. Убрав со столика прибора кюветы и установив оба измерительных барабана на деления n1=n2=100, проверить равенство яркости обеих половин поля зрения прибора, Если яркости не одинаковы, осуществить регулировку положения лампы осветителя. Регулировку производить только с помощью лаборанта или преподавателя.
3. Поместить над одним из отверстий в столике прибора пустую кювету, над другим отверстием - одну из кювет с исследуемым веществом. Установить шкалу барабана над кюветой с исследуемым веществом на деление 100. Это положение барабана при выполнении измерений не изменять.
4. Установить первый светофильтр, обеспечивающий измерения для длины волны 726 нм (цифра I видна в окошке верхнего диска фотометра). Вращая измерительный барабан, находящийся над пусто кюветой добиться одинаковой яркости обеих половин поля зрения окуляра* и по черной шкале этого барабана взять отсчет коэффициента пропускания вещества для данной длины волны. Результат
занести в таблицу. Подобные измерения повторить для светофильтров № 2, ...,№ 8.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
