Page 6 - XXIII_Studencka_Sesja_Plakatowa
P. 6
Wyznaczanie energii dysocjacji molekuły jodu
Ćwiczenie polegało na wyznaczeniu energii dysocjacji w elektronowym stanie podstawowym dwuatomowej cząsteczki jodu na podstawie pomiaru widma absorpcji
2
w obszarze widzialnym. W tym celu wyznaczono krzywą dyspersji monochromatora za pomocą lampy spektralnej Hg-Cd, wykonano pomiar widm absorpcyjnych
molekuły jodu dla różnych temperatur, a następnie metodą ekstrapolacji Birge-Sponer wyznaczono energię dysocjacji. Energia dysocjacji molekuły jodu wyznaczona
1
w temperaturze 40° wyniosła = 12277 ± 99 = 1,522 ± 0,013 , natomiast dla temperatury 70° energia dysocjacji wyniosła = ሺ12283 ±
0
0
0
1
98 ሻ = 1,523 ± 0,013 .
0
Wydział Fizyki,
Astronomii Całkowita energia molekuły jest opisana jako suma energii
i Informatyki związanej z jej stanami elektronowymi, oscylacyjnymi oraz Ekstrapolacja Birge-Sponer
rotacyjnymi. Stan elektronowy o najniższej energii nazywamy
Stosowanej stanem podstawowym, natomiast stany elektronowe o wyższej
energii są stanami wzbudzonymi. Energia dysocjacji jest W ćwiczeniu skorzystano z metody ekstrapolacji
zdefiniowana jako minimalna energia potrzebna do rozsepa- Birge-Sponer, która polega na graficznym wyzna-
II Pracownia rowania składników molekuły znajdującej się w stanie podsta- czeniu energii dysocjacji. Zależność pomiędzy
wowym [1].
Fizyczna energią dysocjacji molekuły jodu , a energią
0
dysocjacji ze stanu wzbudzonego jest wyra-
∗
0
żona wzorem:
Układ doświadczalny = + , (1)
∗
∗
XXIII 5 6 9 0 0
1
∗
Studencka 1 2 3 7 8 gdzie = 7603,15 jest energią pierwszego
wzbudzonego atomu jodu [2].
Sesja Wybierając linie absorpcyjną odpowiadającą prze-
Plakatowa 4 jściu z poziomu oscylacyjnego stanu podstawo-
wego = 0 na nisko leżący stan oscylacyjny
1. Żarówka halogenowa 2. Komórka absorpcyjna z jodem 3. Płytka światłodzieląca 4. Lampa spektralna Hg-Cd 5. stanu wzbudzonego = (z odpowiadającą mu
′
Soczewka skupiająca 6. Monochromator 7. Fotopowielacz 8. Przetwornik analogowocyfrowy 9. Komputer
31.05-04.06.2021 energią ) energię możemy zapisać jako:
∗
0
∗ (2)
plakat nr = + ,
0
Eliza Kalibracja monochromatora gdzie jest sumą wszystkich różnic energii
Kukowka 4 8 Hg 6000 = + pomiędzy sąsiednimi poziomami oscylacyjnymi
546,074 nm
leżącymi powyżej stanu = .
′
Hg Na podstawie zmierzonego wi- 5800 = 0,388 ± 0,001 Å można obliczyć jako pole pod
dma lampy spektralnej Hg-Cd
435,833 nm Cd = 4164 ± 1 Å Energię
6 479,991 nm oraz danych tablicowych ziden- 5600 wykresem zależności obliczonych odstępów ener-
Cd
Amplituda (V) py oraz wyznaczono krzywą dy- getycznych od liczby = + . Korzystając
autor: 508,582 nm tyfikowano linie widmowe lam- 5400 1
′
Eliza Kukowka 4 Cd spersji monochromatora. Długość fali [Å] 5200 z równań (1) i (2) energię dysocjacji molekuły
2
467,814 nm
opiekun: 5000 jodu można obliczyć ze wzoru
Nazywam się Eliza Kukowka, mam 22 lata i jestem stu- prof. dr hab. 2 Hg Cd 4800 = + − . (3)
∗
Hg
dentką 3. roku Fizyki Teoretycznej na Uniwersytecie Ja- Jarosław Koperski 576,960 nm 643,847 nm 4600 0
579,066 nm
4400
0
giellońskim. W ramach pracy licencjackiej, pisanej pod 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 4200
Numer pomiaru 0 1000 2000 3000 4000 5000
kierunkiem dr hab. Szymona Pustelnego, badam ewolu- Numer pomiaru
cje mieszaniny gazów spolaryzowanych spinowo za po-
mocą magnetometru optycznego. Moją pasją, oprócz Ekstrapolacja Birge-Sponer Widma absorpcyjne molekuły jodu Wyniki
fizyki oczywiście, są podróże, muzyka oraz fotografia.
W wolnym czasie lubię również obejrzeć dobry film, Wykres Birge-Sponer dla temperatury 40° Otrzymane widma absorpcyjne molekuły jodu 2 dla różnych temperatur Pole pod wykresem Birge-Sponer
zostały przedstawione na poniższym rysunku. Na rysunku zaznaczono również oraz energia
grać w gry planszowe, śpiewać na karaoke oraz chodzić obszary odpowiadające absorpcji z = 0, = 1 oraz = 2. Dla tempe- 1
ratury 70° zaznaczono wszystkie minima absorpcyjne wzięte do skonstruo- = 1726 ± 95
na długie spacery przy zachodzie słońca. 90 = −2,070 ± 0,095 1 40°
wania wykresu Birge-Sponer (czarne punkty). 1
= 18154 ± 2
80 1
= 84,530 ± 1,252
1
= 1725 ± 94
70 70°
ΔE [cm^-1] 60 = 18162 ± 2
1
50 oraz Energia dysocjacji stanu wzbudzonego
1 ∗
= ሺ + ሻ + ze stanu podstawowego 0
40 2
∗ 1
40° = 19880 ± 99
0
30
∗ 1
70° = 19886 ± 98
0
0 5 10 15 20 25
k+1/2
Energię dysocjacji stanu podstawowego
molekuły jodu 0
Wykres Birge-Sponer dla temperatury 70°
1
40° = 12277 ± 99 (4)
19000 17000 0
90 1 (5)
1 70° = 12283 ± 98
0
= −2,071 ± 0,094
80
1
= 84,507 ± 1,252
70
ΔE [cm^-1] 60 Podsumowanie i wnioski
50
Porównując otrzymane wyniki energii dysocjacji molekuły jodu z wynikami uzyskanymi w pracy [3], w której =
1 0
= ሺ + ሻ + 1 1
40 2 12137 ± 2 , widać, że energie dysocjacji uzyskane dla temperatury 40°: = 12277 ± 99 oraz dla temperatury
0
1
70° : = 12283 ± 98 , nawet po uwzględnieniu niepewności pomiarowych, nie są zgodne z wynikiem uzyskanym w
30 0
0 5 10 15 20 25 pracy [3]. Wyniki (4) oraz (5) są zawyżone o około 1%, co najprawdopodobniej jest spowodowane tym, że aproksymacja
k+1/2 Birge-Sponer daje na ogół większe od rzeczywistych wartości energii dysocjacji. Porównując widma absorpcyjne uzyskane dla
różnych temperatur można zauważyć różnice w ich kształcie – wraz ze wzrostem temperatury minima absorpcyjne dla = 1
oraz = 2 stają się większe i wyraźniejsze. Jest to spowodowane tym, że wraz ze wzrostem temperatury zwiększa się
[1] Dodatek 1 - teoria do ćwiczenia Z19.
[2] Dodatek 2 - opracowanie do ćwiczenia Z19. obsadzenie stanów oscylacyjnych ′′ = 1 oraz ′′ = 2 stanu podstawowego, co skutkuje wzrostem absorpcji z tych właśnie
[3] I. J. McNaught, The Electronic Spectrum of Iodine Revisited, Journal stanów.
Of Chemical Education 1980.
