Прилади й обладнання

Мета роботи

Лабораторна робота № 66

Визначення енергії дисоціації молекул йоду

Вивчити спектр поглинання парів йоду і визначити енергію дисоціації молекул йоду J₂.

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: вміти описати складові повної енергії молекули та особливості формування молекулярних спектрів

поглинання (§4.4)

Монохроматор УМ – 2, неонова лампочка, кювета з кристалічним йодом, спиртівка

Теоретичні відомості та опис установки

Спектр поглинання парів йоду J₂складається із ряду серій електронно–коливальних смуг, які мають з однієї сторони різкий край (кант), що є згущенням ліній, з яких складається смуга. Смуги I–ої серії спектру поглинання молекули J₂лежать в межах λ= 5000 – 6000 Ǻ. При λ= 5434 Ǻ смуга має з короткохвильової сторони супутник λ =5432 Ǻ, з якого починається друга серія смуг. Реперною точкою є кант з λ =5480 Ǻ, для якого коливне квантове число рівне =25.

Енергію дисоціації молекули J₂можна визначити графічно, будуючи залежність різниці між кантами смуг від , і екстраполюючи пряму до перетину з осями координат (рис. 1). Площа, обмежена прямою і осями координат, визначає енергію дисоціації молекули J₂.

Лабораторна установка для вивчення спектрів поглинання розчинів йоду зібрана на базі монохроматора УМ–2, який використовується як спектроскоп. Оптична схема установки наведена на рис. 2, а її загальний вигляд – на рис. 3. На рис. 3 виділені оптичні елементи, що входять до складу монохроматора.

Як видно з рис. 2, сфокусоване конденсорною лінзою 3 світло проходить через досліджуваний розчин 4 і потрапляє на вхідну щілину 6 монохроматора. Далі, пройшовши дисперсійну призму 8, світловий промінь через об’єктив зорової труби 9 досягає окуляр 11.

Рис. 2

1 – джерело світла; 2 – захисний кожух джерела світла; 3 – конденсорна лінза; 4 – кювета з досліджуваним розчином; 5 – збиральна лінза; 6 – вхідна щілина; 7 – об’єктив коліматора;

8 – дисперсійна призма; 9 – об’єктив зорової труби; 10 – візир; 11 – окуляр.

Рис. 3

1 – джерело світла (лампочка розжарювання) в захисному кожусі;

2 – конденсорна лінза; 3 – неонова лампочка в захисному кожусі; 4 – кювета з досліджуваним розчином; 5 – монохроматор УМ–2; 6 – окуляр; 7; 8 - регулювальні гвинти; 9 – барабан довжин хвиль; 10 – блок живлення установки.

Послідовність виконання роботи

ЗАВДАННЯ 1. Градуювання монохроматора

Для цього потрібно (див. рис. 3):

1. Розмістити на оптичну лаву перед вхідною щілиною монохроматора конденсорну лінзу 2, а за нею – неонову лампочку 3 в захисному кожусі.

2. Встановити ширину вхідної щілини монохроматора ~ 0,22 мм.

3. Увімкнути неонову лампочку в мережу 220 В.

4. Сфокусувати за допомогою конденсорної лінзи 2 випромінювання неонової лампочки на вхідну щілину монохроматора.

5. Досягнути чітке зображення спектральних ліній випромінювання неонової лампочки в окулярі монохроматора 6 за допомогою регулювальних гвинтів 7 і 8, а оптимальну ширину ліній – незначним регулюванням ширини вхідної щілини монохроматора.

6. Обертаючи барабан 9 довжин хвиль монохроматора, почергово встановлювати спектральні лінії неону, які зображені на робочому місці і одночасно видимі в окулярі 6, навпроти візира монохроматора і робити відліки положень спектральних ліній за шкалою барабана. Результати вимірювань записати в таблицю 1.

7. Побудувати графік градуювання монохроматора. Для цього по осі абсцис необхідно відкласти значення довжин хвиль спектра випромінювання неону, а по осі ординат – відповідні їм значення відліків (у відносних кутових одиницях) за шкалою барабана 9 довжин хвиль монохроматора.

Таблиця 1

λ, Ǻ
, відн.од.

ЗАВДАННЯ 2. Визначення енергії дисоціації молекул йоду J₂

Для отримання спектрів поглинання молекул парів йоду необхідно (див. рис. 3):

1. Розмістити на оптичній лаві конденсорну лінзу 3 і джерело світла 1, яке знаходиться в захисному кожусі.

2. Увімкнути блок живлення 10 монохроматора в мережу 220 В. Спостерігати свічення джерела світла 1.

3. Пересуваючи лінзу 3 по оптичній лаві, домогтися чіткого зображення нитки розжарення лампочки джерела світла на вхідній щілині монохроматора. При цьому спостерігати суцільний спектр випромінювання джерела світла в окулярі 6 монохроматора.

4. Між вхідною щілиною і конденсорною лінзою 2 розмістити предметний столик.

5. Кювету з кристалічним йодом нагріти над спиртівкою протягом декількох секунд, дістаючи в кюветі пари йоду.

6. Поставити на предметний столик кювету.

7. Регулюючи вхідну щілину монохроматора, домогтися найкращого зображення положень кантів смуг поглинання в окулярі 6 монохроматора.

8. Зробити відліки положень кантів смуг поглинання (кожного темного канта на світлому фоні суцільного спектра) за шкалою барабана 9 довжин хвиль монохроматора у відносних кутових одиницях.

9. Визначити довжини хвиль , які відповідають кожному канту смуги поглинання, використовуючи графік градуювання монохроматора одержаного в ЗАВДАННІ 1.

10. Приймаючи до уваги, що смузі з кантом =5480 Ǻ відповідає коливне квантове число =25, знайти квантові числа для других кантів. При цьому необхідно врахувати, що із зменшенням довжини хвилі канта, збільшується на одиницю і навпаки.

11. Перевести довжини хвиль, що відповідають кантам, у хвильові числа ( = 1/ λ см^-1 ).

12. Знайти різницю для сусідніх кантів. Побудувати графік залежності як функцію від ) і екстраполювати криву до перетину з осями , .

13. Визначити площу обмежену осями , і кривою , яка і буде дорівнювати енергії дисоціації в см^-1.

14. Перевести одиниці вимірювання енергії дисоціації в електрон-вольти (1 еВ = 8047,5 см^-1).

15. Результати вимірювань і обчислень записати в таблицю 2.

Таблиця 2

Назва речовини	Відлік канта за барабаном довжин хвиль, відн.од.	Довжина хвилі канта, Ǻ	Коливне квантове число	Хвильове число канта , см^-1	, см^-1

Контрольні запитання

1. Який вигляд мають спектри поглинання молекул, і як пояснити складність молекулярних спектрів?

2. Які дискретні значення може приймати енергія молекули?

3. Коли відбувається зміна енергії молекули?

4. Що таке енергія дисоціації молекули?

5. Намалюйте схему розміщення електронних, коливальних і обертальних рівнів для двохатомної молекули.

Дата добавления: 2015-06-04