Энергия ионизации. Потенциал ионизации.

Чтобы найти значения E₁, E₂, E₃ и.т.д. надо определить какую энергию надо затратить, чтобы от атома, находящегося в определенных энергетических состояниях, полностью отделить электрон, т.е. задача о нахождении абсолютных значениях энергии E₁, E₂, E₃ … En совпадает с задачей об определении потенциала ионизации (энергии ионизации) в различных энергетических состояниях.

Под потенциалом ионизации понимается первый потенциал ионизации нейтрального атома, т.е. взятая с обратным знаком и деленная на заряд электрона разность энергии этого атома в основном состоянии и энергии соответствующего однозарядного положительного иона в основном состоянии. Пары ртути очень ядовиты, поэтому работать с ними нельзя в лаборатории и учебного заведения, поэтому используются газоразрядная трубка заполненная криптоном.

Характеристика криптона.

Криптон – инертный газ, состоит из одноатомных молекул.

Порядковый номер в таблице Менделеева 36, атомный вес 83,8 а.е.м.

Плотность газа ρ = 3,745 ²/л при T= 273 К, p = 760 мм. рт. ст.

Тройная точка T= 115,95 К,

p = 549 мм. рт. ст.

Атмосферный криптон состоит из 6-ти стабильных изотопов:

Кr⁷⁸, Кr⁸⁰, Кг⁸², Кг⁸³, Кг⁸⁴, Кг⁸⁶, ₃₆Кг⁸⁴ : Электронная конфигурация –

1S² 2S² 2P⁶ 3S² 3P⁶ 3d¹⁰ 4S² 4P⁶

Конфигурация внешних электронов 4S² 4P⁶.

Устройство и принцип работы установки.

Приборы и принадлежности:

Установка ФПК – 02, (ФПК – физический практический комплекс) объект исследования, осциллограф.

Цель работы: получить устойчивую осциллограмму на экране осциллографа: зависимость силы анодного тока от напряжения Uкс (между катодом и сеткой), рис. 3.

Вычислить резонансный потенциал возбуждения криптона.

Принципиальная схема подключения установки ФПК – 02 представлена на рис. 2.

Рис.2.

1. ОИ – объект исследования;

2. УИ - устройство измерения;

3. Осциллограф.

Объект исследования (ОИ) – представляет собой лампу (триод) ПМИ-2 с подогревным катодом, заполненную криптоном, которая используется для манометрических измерений. Лампа помещена в металлический корпус, который крепится к подставке.

УИ (устройство измерения) выполнено в виде конструктивного законченного устройства. На передней панели корпуса расположены ручки управления (НАКАЛ, ГРУБО, ТОЧНО), индикация напряжения Uкс (катод-сетка) и выходы для подключения осциллографа и его синхронизации. На задней сетке УИ расположены разъем для подключения ОИ, сетевой шнур и клемма заземления.

Для доказательства существования квантовых состояний атомов криптона в работе используется метод задерживающего потенциала для электронов, предложенный Франком и Герцем в опытах с атомами ртути. Изменяя задерживающую разность потенциала на сетке вблизи анода, можно наблюдать периодические изменения анодного тока от минимума до максимума. Если энергия электронов анодного тока совпадает с энергией атома криптона (или кратна), то упругие столкновения электронов и атомов переходят в неупругие, что будет приводить к уменьшению кинетической энергии электронов, обусловливающих анодный ток т.к. она пойдет на возбуждение электронного состояния атома. Минимум тока Ia на кривой зависимости от задерживающий разности потенциала соответствует минимальной кинетической энергии электронов, а расстояние между двумя последовательными минимумами будет равно резонансному потенциалу возбуждения атома криптона.