Vi tittar på Na I, dvs neutral natrium. Grundtillståndet har elektronkonfigution 1s22s22p63s1, eller [Ne]3s, eller enkelt 3s. Rita ett energinivådiagram med energi i eV för elektronkonfigurationerna 3s, 4s, 5s, 3p, 3d, 4d, 5d, där nivåerna för olika orbitalmoment står i olika kolommer. Som källa för energierna kan du använda tabeller på NIST med energinivåerna (levels) i cm-1. Räkna ut kvantdefekten för 3s, 3p och 3d. (Här hittar du jonisationspotentialer.) Räkna ut våglängderna i nm för övergångarna 3s-3p, 3p-4d, 3p-5s och markera dessa i nivådiagrammet.
Rita scheman för de gula dublettövergångarna (natrium D-linjerna). Beräkna med hjälp av NIST-tabellerna våglängdsdifferensen. Ange de teoretiska intensitetsförhållanden.
Titta även på neutralt kalium. Beräkna kvantdefekten för 4s, 4p, 3d och 4f. Räkna ut våglängden för övergången 4s-4p och 4s-5p. Rita scheman för dublettövergångarna. Beräkna med hjälp av NIST-tabellerna våglängsdifferensen. Ange de teoretiska intensitetsförhållanden i dubletten.
Beräkna våglängder för möjliga övergångar i följande multipletter:
Gör multiplettschema till respektive övergång, notera teoretiska intensiteter och våglängdsvärden. Beräkna intervallen i multipletten och kontrollera med Lande's intervallregel.
Uppställningen är baserad på en MonoSpec50. Strålgången syns i figuren. En konkav spegel med fokalavstånd 50 cm fokusseras ljus från ingångsspalten på ett plant reflektionsgitter. Vissa våglängder komer då tillbaka till spegeln, och en av dessa våglängder fokusseras på utgångsspalten.
Gittret kan roteras så att man kan välja vilken våglängd kommer ut genom spalten. Men man kan också vrida en spegel i strålgången, så att ljuset faller på en "linear array" med 2048 CCD element. Den kan se ett helt våglängdsområde på ungefär 50 nm samtidigt. Den här kameran läses ut med hjälp av datorn. På PC-skärmen får man då ett våglängdsområde med den inställda våglängden i mitten.
För att få överblick över det hela synliga området finns en Starlab fickspektroskop. Med den lilla datorspektrometern kan man även mäta intensiteter från UV till röd. Upplösningen är 3 nm, betydligt sämre än den av den stora MonoSpec50 med 0,02 nm.
Spektrografens dispersion är konstant, dvs att skillnaden i våglängd mellan detektornkanalerna är oberoende av spektrografens våglängdsinställning. Vi kan kalibrera mätinstrumentet med hjälp av en kviksilverlampa. För att kalibrera spektrometern kan man använda två spektrallinjer med våglängder 313,17 och 312,567 nm. Man kan se dem i första och i andra ordningen, och så kan man justera spektrometern. Det behövs inte i den här laborationen.
För att kalibrera dispersionen över detektorn är det lämpligare att använda Hg-linjer som är starkare och ligger längre ifrån varandra. Som den ena linjen tar vi den kända gröna Hg-linjen på 546,074 nm (i vakuum). Börja med att veva monokromatorn för hand till 546 nm. Fokussera Hg-lampan på ingångsspalten. Ta av locket från monokromatorn, och kolla med en pappersbit att ljuset fallar på den konkave spegeln (det kan vara bra att öppna spalten). Om du håller pappersbiten framför CCD-detektorn, ska du se en grön linje. För att får det gröna ljuset ut ur monokromatorn, ska man fälla den plana spegeln ur strålgången. Ställ in ljuskällan och spegeln så att det gröna ljuset har hög intensitet.
Nu vi har hög intensitet, vevar vi monokromatorn till en position mellan
den gröna linjen på 5461 Å och de två gula vid 576,960 och 579,066 nm. Lägg
locket på, och mät ett spektrum med datorn. Använd dessa data för att
kalibrera instrumentets dispersion i nm/kanal.
Hur bred är en kanal fysisk, given monokromatorns specificerade dispersion av 16
Å/mm med 1200-gittret?
Ställ in dina beräknade spektrallinjerna med monokromatorn. Mät dublettuppspaltningar och intensitetsförhållanden i Na I och K I. Jämför med resultaten från förberedelseuppgiften. Kolla strömmens effekt på linjeprofilen; använd strömmar där självabsorption inte påverkar intensiteten för mycket.
Leta upp dina beräknade multipletter av Ca I och Cd I. Gör intensitetsmätningar och jämför med teorin.
