Изучение оптического спектра паров натрия

Строение атомов щелочных металлов напоминает строение водородоподобных ионов. У водородоподобных ионов единственный электрон движется в центральном поле ядра, а в атомах щелочных элементов последний, слабо связанный с атомом электрон движется в поле «атомного остатка», состоящего из ядра и (Z=1) электронов. Атомный остаток имеет структуру благородного газа и представляет собой очень устойчивое образование. Поэтому свойства атомов щелочных металлов и водородоподобными ионами имеется существенное различие. В атоме водорода электрон движется в поле точечного заряда, в то время как «атомный остаток» щелочных металлов никак не является точечным. Волновые функции валентного электрона, находящегося на внешней оболочке, в разных состояниях имеют различное пространственное распределение, поэтому энергия щелочных металлов зависит от орбитального квантового числа валентного электрона.

Для расчёта полной энергии уровней в щелочных металлах можно применять формулу

где R - постоянная Ридберга, h - постоянная Планка, c - скорость света, n - главное квантовое число валентного электрона, ∆ - поправка к главному квантовому числу. Поправка ∆ учитывает зависимость энергии уровней от орбитального квантового числа.

Порядок выполнения работы

1. Установить перед щелью коллиматора спектроскопа неоновую трубку, возбудить разряд и наблюдать цветной спектр.

2. Шкалу барабана проградуировать в длинах волн, наводя последовательно указатель в поле зрения трубы спектроскопа на различные линии спектра и записывая соответствующие деления на шкале барабана в таблицу 1.

3. По данным таблицы построить график: по оси абсцисс отложить число делений шкалы барабана, а по оси ординат – длины волн соответствующих линий (рис. 4).

4. Установить против щели коллиматора спектроскопа трубку с парами натрия, возбудить разряд, наблюдая при этом цветной спектр. Для наиболее ярких линий записать деления на шкале барабана и по градуированному графику найти соответствующие им длины волн.

5. Выбрать из полученных данных длину волны, соответствующую яркой жёлтой линии в спектре натрия и найти значение постоянной Ридберга из формулы

где σ₁ = 1,628; σ₂ = 1,37.

6. Вычислить абсолютную и относительную погрешности для найденного значения R.

7. Записать окончательное выражение для R в стандартной форме.

8. Вычислить массу электрона (17) и радиус первой орбиты электрона (4).