Федеральное агентство по образованию

Муромский институт (филиал)

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

Владимирский государственный университет

Кафедра: «Физика»

Дисциплина: Физика

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.05

«Спектральный анализ сплавов»

Утверждена

на методическом

семинаре каф. физики

Зав. кафедрой ________

Муром 2005

Техника безопасности

1. Режим работы генератора – повторно кратковременный: 5 минут работы, 2 минуты перерыва. При непрерывной работе генератор выходит из строя.

2. Не включать генератор без заземления.

3. Работу со стилоскопом следует проводить в резиновых перчатках и иметь под ногами резиновый коврик.

4. При включенном токе не прикасаться к головке прибора и к электроду стилоскопа. Смена электродов может проводится только при отключенном генераторе.

5. Не оставлять установку под током в перерывах между анализами окончании работы.

6. ЗАПРЕЩАЕТСЯ работать с влажным генератором и стилоскопом после пребывания их под дождем или после отпотевания от температурных изменений.

7. Работа с приборами может производиться как на открытом воздухе под навесом при температуре от -40ºС до +35ºС и относительной влажности до 80%, так и в помещении при тех же условиях.

Лабораторная работа № 1.05 «Спектральный анализ сплавов»

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ:

1. Стилоскоп типа СЛП-1

2. Генератор высокой частоты ПДГ-1

3. Исследуемый электрод (образец)

Введение

Состояние электронов в атомах определяется значением четырех квантовых чисел.

1. n – главное квантовое число, принимающее значение 1, 2, 3,…

– азимутальное (орбитальное) квантовое число, принимающее значения 0, 1, 2,…(n-1)

m – магнитное квантовое число, связанное с ,равно 0, 1, 2,…

Данному значению соответствует 2 значений m. Четвертое квантовое число определяет внутреннюю степень свободы электрона, его спин и называется спиновым квантовым числом S, принимающим значение +1/2.

Магнитное спиновое квантовое число m_s равно: (-1/2) или (+1/2). Для электронов справедлив принцип Паули: в состоянии с заданными значениями четырех квантовых чисел n, l, m, m_s не может быть больше одного электрона.

2. На основании принципа Паули можно объяснить закономерности в строении электронных оболочек атомов. Будем считать, что электроны движутся вокруг атомного ядра и образуют электронное облако (такое название вполне справедливо из-за волновых свойств электронов).

В этом облаке можно выделить электронные слои или электронные оболочки, отличающиеся значением главного квантового числа.

Для n =1 соответствует К-оболочка. Для n=2 , -оболочка. Для n=3-М оболочка и т.д. n=4-N оболочка.

В каждой оболочке можно выделить электроны, отличающиеся значением квантового числа l , которые образуют электронные подоболочки. Электроны с l=0 называются S – электронами, с l=1 – p-электронами.

l=2 d – электронами, с l=3 f-электронами и т.д.

Легко убедиться в том, что данному значению l соответствует 2(2 l+1) электронов и т.д. Для l=0 – 2 электрона. Для l=1 – 6 электронов и т.д. Для данного значения n в атоме не может быть больше 2n электронов.

Полностью заполненная К-оболочка имеет 2 электрона, L-оболочка- 8 электронов, М-оболочка - 18 электронов и т. д.

На основании принципа Паули можно объяснить периодический закон Д.Н. Менделеева, который утверждает, что если расположить химические элементы в порядке возрастания их атомных весов, то их физические и химические свойства будут периодически повторяться.

В настоящее время установлено, что элементы в таблице Менделеева расположены в порядке возрастания величины заряда атомного ядра Z, выраженного в элементарных зарядах. Атомы химических элементов нейтральны. Значит, вокруг ядра с зарядом Z движется Z электронов, т.е. порядковый номер элемента в таблице Менделеева показывает также число электронов в атоме химического элемента. Электроны в атомах последовательно занимают такое состояние, чтобы энергия атома была наименьшей в основном состоянии атома.

3. Можно, начиная с атома Z =I (водород), проследить порядок заполнения электронных оболочек. Каждый последующий атом можно получить, увеличивая заряд ядра предыдущего атома на единицу и добавляя к нему один электрон, который должен занять доступное ему согласно принципу Паули, состояние с наименьшей энергией.

Можно ожидать, что имеется некоторая периодичность в строении электронных оболочек, в частности их внешних оболочек.

4.В настоящее время установлено, что многие физические и химические свойства веществ определяются строением внешних оболочек атомов, образующих данное вещество. Следовательно, должна наблюдаться периодичность в строении внешних оболочек атомов химических элементов. Это можно видеть из таблиц I , где показано распределение электронов в основных состояниях атомов химических элементов с №1 до №20.

Возьмем щелочные металлы Li ,K, Na. Во внешней оболочке этих атомов имеется по одному S – электрону. Эти элементы имеют тождественные химические и оптические свойства. В частности в их спектрах можно выделить одинаковые серии спектральных линий.

Однако длины волн отдельных линий даже в одинаковых сериях будут различными. Такое различие связано с различным числом электронов в атомах. Литий имеет 3- электрона, натрий-11 , калий-19. Внешний валентный электрон в различных атомах щелочных металлов будет двигаться в различных потенциальных полях и будет, естественно, обладать разной энергией. С этим связано и различие в длинах волн спектральных линий.

В спектре каждого химического элемента можно выделить линии, характерные только для данного элемента. По таким линиям можно обнаружить отдельные химические элементы в смеси веществ (в растворах, сплавах и т.д.), а это есть задача спектрального анализа.

Таблица 1

№	Элемент	К	L		M			N
		1S	2S	2P	3S	3P	3d	4S	4P
1	H	1
2	He	2
3	Li	2	1
4	Be	2	2
5	B	2	2	1
6	C	2	2	2
7	N	2	2	3
8	O	2	2	4
9	F	2	2	5
10	Ne	2	2	6
11	Na	2	2	6	1
12	Mg	2	2	6	2
13	Al	2	2	6	2	1
14	Si	2	2	6	2	2
15	P	2	2	6	2	3
16	S	2	2	6	2	4
17	Cl	2	2	6	2	5
18	Az	2	2	6	2	6
19	K	2	2	6	2	6	-	1
20	Ca	2	2	6	2	6	-	2