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
-
Режим работы генератора – повторно кратковременный: 5 минут работы, 2 минуты перерыва. При непрерывной работе генератор выходит из строя.
-
Не включать генератор без заземления.
-
Работу со стилоскопом следует проводить в резиновых перчатках и иметь под ногами резиновый коврик.
-
При включенном токе не прикасаться к головке прибора и к электроду стилоскопа. Смена электродов может проводится только при отключенном генераторе.
-
Не оставлять установку под током в перерывах между анализами окончании работы.
-
ЗАПРЕЩАЕТСЯ работать с влажным генератором и стилоскопом после пребывания их под дождем или после отпотевания от температурных изменений.
-
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.
-
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 ms равно: (-1/2) или (+1/2). Для электронов справедлив принцип Паули: в состоянии с заданными значениями четырех квантовых чисел n, l, m, ms 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 |
|