Спектр электромагнитных волн

Ход выполнения:

Исследуемый раствор должен содержать соли щелочных металлов. Если для исследования были даны соли других металлов, то перед систематическим ходом анализа необходимо удалить катионы тяжелых металлов.

· Предварительные испытания

1. Определите реакцию раствора. Каплю исследуемого раствора стеклянной палочкой перенесите на универсальную индикаторную бумагу и полученную окраску сравните со шкалой для определения рН. Если рН – величина близкая к 1, то S^2-, CO₃^2- отсутствуют. При рН от 3 до 5 в растворе исключается присутствие анионов-окислителей и анионов-восстановителей.

2. Проба на анионы-восстановители. Поместите в пробирку 2 – 3 мл исследуемого раствора, прибавьте 2 мл 3 н. раствора серной кислоты и 1 – 2 мл разбавленного раствора KMnO₄ (примерно 0,002 М). Хорошо перемешайте. Если раствор KMnO₄ обесцвечивается в течение нескольких секунд, то могут присутствовать ионы: S^2-, CO₃^2-, Cl^-,Br^-, I^-.

3. Проба на анионы-окислители. Поместите в пробирку 2 – 3 мл исследуемого раствора, прибавьте 2 мл 3 н. раствора уксусной кислоты и 2 – 3 мл раствора KI. Если выделяется I₂ (раствор буреет), то в растворе присутствует ион NO₃^-.

4. Реакция с хлоридом бария. Поместите в пробирку2 – 3 мл исследуемого раствора, прибавьте 3 – 4 мл раствора хлорида бария. Если раствор нейтральный или слабощелочной, то появление осадка указывает на присутствие анионов первой группы. Если осадок образуется в кислой среде, то это указывает на присутствие SO₄^2-.

5. Реакция с нитратом серебра. 2 – 3 мл исследуемого раствора поместите в пробирку, прибавьте 3 – 4 мл раствора азотной кислоты и 2 – 3 мл раствора AgNO₃. Появление осадка указывает на присутствие анионов второй аналитической группы.

6. Откройте NO₃^-. Поместите в пробирку 2 – 3 мл исследуемого раствора, прибавьте 3 – 4 мл 6 н. раствора уксусной кислоты и 2 мл раствора Ag₂SO₄ до прекращения выделения осадка. Все анионы, за исключением NO₃^-, выпадают в осадок. Осадок отделите центрифугированием. Отлейте 2 – 3 мл раствора и откройте NO₃^-.

7. Откройте CO₃^2-: Поместите 1 – 2 мл исследуемого раствора в одно колено двухколенной пробирки и откройте карбонат-ион.

8. Откройте СН₃СОО^- К 3-5 каплям исследуемого раствора прибавляют 3-5 капель этилового спирта и 3-5 капель концентрированной серной кислоты. Появление характерного запаха этилацетата указывает на присутствие СН₃СОО^-.

Выводы:

Обнаружены следующие анионы:

Качественные реакции на обнаруженные анионы:

Спектр электромагнитных волн

Таблица 1

Длины волн в метрах	Название диапазона
-	Радиоволны
	ИК - излучение
	Видимый свет
	УФ – излучение, мягкое рентгеновское излучение
-	Рентген, γ - излучение
-	γ - излучение

Существует целый ряд явлений, которые могут быть объяснены только волновой природой электромагнитного излучения. К ним относятся, например, интерференция и дифракция, дисперсия. С помощью волновой теории объясняются законы отражения и преломления света.

С другой, корпускулярной, точки зрения свет рассматривают как поток частиц фотонов – квантов электромагнитного излучения, которые обладают энергией, массой и импульсом (количеством движения).

Фотон – особая частица с массой покоя равной нулю. Это означает, что его нельзя остановить, он существует только в движении, а движется фотон со скоростью, равной скорости света «с». Энергия одного фотона равна:

ε = hν; (3),

где h = 6,62· Дж ·с - постоянная Планка,

ν; - частота света.

Корпускулярной природой света объясняется, например, внешний фотоэлектрический эффект. Явление фотоэффекта состоит в том, что свет, падая на поверхность металла, выбивает из него электроны. А.Эйнштейн создал теорию фотоэффекта, предположив, что фотон, попадая на поверхность металла, полностью передает свою энергию электрону. Именно благодаря этой энергии электрон и вылетает из металла. Кроме того, с помощью фотонной теории объясняются законы взаимодействия света с веществом: поглощение и рассеяние света электронами; люминесценция; излучение и поглощение света атомами.

Таким образом, свет обладает двойственностью свойств – квантовые и волновые свойства взаимно дополняют друг друга и характеризуют взаимосвязь закономерностей распространения света и его взаимодействия с веществом.

С практической точки зрения белым светом принято называть видимый диапазон электромагнитных волн: (400-720)· м = (400-720) нм.

Спектральные интервалы излучений и диапазоны энергий фотонов в электрон-вольтах (эВ) приведены в таблице 2.

Таблица 2

Целью настоящей работы является расчет энергии фотона по измеренной длине волны.

На экране компьютера представлен непрерывный (сплошной) спектр испускания от некоторого источника излучения. Человеческий глаз воспринимает в качестве определенного цвета фактически целый интервал длин волн сплошного спектра. Участок цвета в настоящей работе указывается преподавателем. Задача студента состоит в том, чтобы рассчитать среднюю энергию фотона «заданного цвета» и погрешность к этой величине.

Порядок выполнения работы

1. Щелкните мышкой на значке «Определение энергии фотона» на рабочем столе компьютера. На экране появится спектр видимого света со шкалой и металлический брусок.

2. Определите цену деления шкалы спектра.

3. По заданию преподавателя наведите курсор на данный Вам цвет спектра и щелкните клавишей мышки.

4. Запишите в таблицу длину волны фотона.

5. Определите 4 раза длину волны фотона для данного Вам цвета вблизи первого измерения, записывая результаты в таблицу измерений.

6. Рассчитайте по формуле (3) энергию фотона для каждого измерения.

7. Вычислите доверительную погрешность по алгоритму прямых многократных измерений (считая значения энергии фотона невоспроизводимыми косвенными измерениями).

8. Окончательно запишите результаты расчетов в виде:

ε; = (ε; ± Δ ε;) Дж

9. Перевести энергию фотонов в эВ и сопоставить с теоретическими

значениями, приведенными в таблице 2.

цвет…. Таблица измерений

Контрольные вопросы

1. В чем заключается смысл термина «корпускулярно-волновой дуализм»?

2. Что такое электромагнитные волны?

3. Какие явления подтверждают волновую природу света?

4. Какие явления свидетельствуют о корпускулярной природе света?

5. Что такое фотоны?

Спектр электромагнитных волн

Таблица 1

Длины волн в метрах	Название диапазона
-	Радиоволны
	ИК - излучение
	Видимый свет
	УФ – излучение, мягкое рентгеновское излучение
-	Рентген, γ - излучение
-	γ - излучение

Существует целый ряд явлений, которые могут быть объяснены только волновой природой электромагнитного излучения. К ним относятся, например, интерференция и дифракция, дисперсия. С помощью волновой теории объясняются законы отражения и преломления света.

С другой, корпускулярной, точки зрения свет рассматривают как поток частиц фотонов – квантов электромагнитного излучения, которые обладают энергией, массой и импульсом (количеством движения).

Фотон – особая частица с массой покоя равной нулю. Это означает, что его нельзя остановить, он существует только в движении, а движется фотон со скоростью, равной скорости света «с». Энергия одного фотона равна:

ε = hν; (3),

где h = 6,62· Дж ·с - постоянная Планка,

ν; - частота света.

Корпускулярной природой света объясняется, например, внешний фотоэлектрический эффект. Явление фотоэффекта состоит в том, что свет, падая на поверхность металла, выбивает из него электроны. А.Эйнштейн создал теорию фотоэффекта, предположив, что фотон, попадая на поверхность металла, полностью передает свою энергию электрону. Именно благодаря этой энергии электрон и вылетает из металла. Кроме того, с помощью фотонной теории объясняются законы взаимодействия света с веществом: поглощение и рассеяние света электронами; люминесценция; излучение и поглощение света атомами.

Таким образом, свет обладает двойственностью свойств – квантовые и волновые свойства взаимно дополняют друг друга и характеризуют взаимосвязь закономерностей распространения света и его взаимодействия с веществом.

С практической точки зрения белым светом принято называть видимый диапазон электромагнитных волн: (400-720)· м = (400-720) нм.

Спектральные интервалы излучений и диапазоны энергий фотонов в электрон-вольтах (эВ) приведены в таблице 2.

Таблица 2

Целью настоящей работы является расчет энергии фотона по измеренной длине волны.

На экране компьютера представлен непрерывный (сплошной) спектр испускания от некоторого источника излучения. Человеческий глаз воспринимает в качестве определенного цвета фактически целый интервал длин волн сплошного спектра. Участок цвета в настоящей работе указывается преподавателем. Задача студента состоит в том, чтобы рассчитать среднюю энергию фотона «заданного цвета» и погрешность к этой величине.

Порядок выполнения работы

1. Щелкните мышкой на значке «Определение энергии фотона» на рабочем столе компьютера. На экране появится спектр видимого света со шкалой и металлический брусок.

2. Определите цену деления шкалы спектра.

3. По заданию преподавателя наведите курсор на данный Вам цвет спектра и щелкните клавишей мышки.

4. Запишите в таблицу длину волны фотона.

5. Определите 4 раза длину волны фотона для данного Вам цвета вблизи первого измерения, записывая результаты в таблицу измерений.

6. Рассчитайте по формуле (3) энергию фотона для каждого измерения.

7. Вычислите доверительную погрешность по алгоритму прямых многократных измерений (считая значения энергии фотона невоспроизводимыми косвенными измерениями).

8. Окончательно запишите результаты расчетов в виде:

ε; = (ε; ± Δ ε;) Дж

9. Перевести энергию фотонов в эВ и сопоставить с теоретическими

значениями, приведенными в таблице 2.

цвет…. Таблица измерений

Контрольные вопросы

1. В чем заключается смысл термина «корпускулярно-волновой дуализм»?

2. Что такое электромагнитные волны?

3. Какие явления подтверждают волновую природу света?

4. Какие явления свидетельствуют о корпускулярной природе света?

5. Что такое фотоны?