espect hidrog

7/24/2019 Espect Hidrog

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Fs ico-qumica Experimental B I I semestre 2015

Espectro do tomo de Hidrognio

Uma vez que o tomo de hidrognio tem somente um eltron orbital circundado

um ncleo formado de um nico prton, seu espectro particularmente simples.

Nesta experincia, parte deste espectro ser determinada. As freqncias das

linhas observadas podem ento ser comparadas com os valores previstos pela

mecnica quntica.

TEORIA

Quando uma descarga eltrica de alta voltagem atravessa o hidrognio gasoso

baixa presso, muitas molculas so dissociadas em tomos p elo impacto dos

eltrons. Estes tomos em estados eletrnicos excitados sofrem espontaneamente

transies para estados eletrnicos de energia mais baixa com a emisso deradiao.

A mecnica quntica fornece uma expresso para os nveis de energia

eletrnicos permitidos de um tomo tipo hidrognio (um ncleo de carga Z

circundado por um nico eltron) em funo de um nico nmero quntico n.

2

2

22

0

4

8 n

Z

h

eE

n

(1)

onde

e = 1,602x10 -19 C (carga do eltron)h = 6,626x10-34 J s (constante de Planck)

0 = 8,854x10-12 J -1 C2 m -1 (permissividade do vcuo)

Z = nmero atmico

= massa r eduzida

A massa reduzida () dada em termos da massa do eltron m e da massa do

ncleo M (massa do prton, no caso do tomo de hidrognio).

Mm

mM

(2)

Sendo a massa do eltron = 9,109x10-3 1

kg

massa de prton = 1,672x10 -27 kg

No h uma regra de seleo para n, isto , podem ocorrer transies entre

quaisquer dos nveis dados pela equao 1.

Um diagrama dos nveis energticos para o tomo de hidrognio apresentado

na Figura da seguinte pgina. Transies de nveis de energia mais altos para

nveis mais baixos so mostradas pelas linhas verticais.

Estas transies formam diferentes sries de linhas espectrais dependendo do

nmero quntico do estado de energia mais baixo - n 2 .


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Por exemplo, para:

i) n2 = 1 Srie de Lyman - regio do ultravioleta

ii)

n2 = 2 Srie de Balmer) - regio do visvel

iii) n2 = 3 Srie de Paschen) -regio do infravermelho

Note que os nveis de energia convergem

em direo a um limite quando n tende aoinfinito. A regio em negrito para valores

de n muito grande na parte superior da

Figura 1 indica um contnuo de estados

energticos que correspondem a completa

separao do prton e do eltron.

Estamos interessados na srie de Balmer,

cujas raias encontram-se na regio visvel

do espectro eletromagntico. Utilizando

equao 1 possvel prever a freqncia da

radiao emitida em uma transio dequalquer estado de energia mais alta com

nmero quntico n1 para qualquer estado de

energia mais baixa com nmero quntico

n2, desde que:

E = E 1 - E 2 = hc= hc(1/) (3)

onde c - velocidade da luz,

- nmero de onda,

- o comprimento de onda do fton emitido.

Logo,

2

1

2

2

11

nnRH

(4)

Onde, a constante RH a Constante de Rydberg e igual a 109677 cm-1

.

Procedimento experimentalO comprimento de onda de cada raia espectral da srie de Balmer pode ser

determinada experimentalmente comparando o espectro do hidrognio com um

espectro de referncia para o qual os comprimentos de onda so bem

conhecidos. Os espectros do ferro ou do mercrio so comumente escolhidos

para espectro de referncia.

Nesta experincia, uma lmpada de vapor de Hg ser usada porque as linhas do

espectro do Hg podem ser identificadas facilmente.

A Figura a seguir apresenta um diagrama esquemtico do espectrmetro, o qualconsiste essencialmente de um suporte ao qual o tubo do colimador fixado. O

telescpio est disposto de tal forma que possa ser girado ao redor do eixo

vertical comum. Ambas as partes podem ser fixadas em qualquer posio


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desejada por meio de parafusos. Na

extremidade do terceiro tubo existe uma

microescala impressa em uma lmina de

vidro cuja imagem projetada sobre a

superfcie do prisma onde sofre reflexo

total e atravessa o tubo do telescpio.

Desta forma, as linhas espectrais e aimagem da escala podem ser vistas

simultaneamente na ocular do telescpio.

O colimador possui uma fenda em sua extremidade. A largura da fenda pode ser

ajustada com o parafuso micromtrico. O telescpio tem uma ocular ajustvel

com uma marca em forma de cruz que facilita a localizao das raias espectrais

na escala graduada.

Colimador e telescpio so ajustados com seus eixos ticos em ngulo reto em

relao ao eixo de rotao. Se o telescpio fixado, o parafuso micromtrico no

suporte do telescpio pode ser usado para ajustes finos na posio do telescpiode tal forma a colocar a linha vertical da ocular sobre uma raia espectral para

facilitar a leitura de sua posio na escala.

Operao

Colimador e telescpio devem ser ajustados para que a fenda e a marca em

forma de cruz da ocular estejam no foco das objetivas. Iluminando a escala com

uma lmpada, sua imagem ser refletida na superfcie do prisma e ser vista

simultaneamente com o espectro. Se necessrio, a escala deve ser focada

movendo-se a extremidade do tubo. A ocular do telescpio no deve, contudo,

ser mudada de posio.

Inicialmente posicione a lmpada de Hg em frente da fenda e ligue a fonte de

tenso, aguardando alguns minutos para o devido aquecimento da lmpada de

mercrio. O espectro do vapor de Hg ser observado.

Nesta experincia, a fenda deve ser bastante estreita, de forma que as l inhas

sejam finas, brilhantes e claramente visveis. Se necessrio ajuste a ocular.

Acenda a lmpada que ilumina a escala graduada e anote a posio das linhas do

espectro do Hg. Isto feito melhor fixando o telescpio e vagarosamente

rodando o suporte do telescpio usando o parafuso micromtrico.

Faa uma curva colocando os comprimentos de onda das raias que vocobserva (fornecidos na tabela abaixo) em funo do valor lido na escala paraa correspondente.

Principais raias do espectro de emisso do Hg na regio do visvel_______________________________________________Cor comprimento de onda (nm)

____________ ___________________________________

amarelo 579,1amarelo 577,0verde 546,1

azul-esverdeado 491,6azul 435,8vio le ta 407,8vio le ta 404,6

____________________________ ______ ______ ________


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Terminada esta etapa, desligue a fonte de tenso da lmpada de mercrio, afaste

o conjunto da lmpada e substitua pela lmpada de hidrognio.

Como a voltagem de operao da lmpada de H 2 extremamente alta, sejamuito cauteloso. Depois de ligada a fonte de tenso, no toque em partes

metlicas do suporte ou da lmpada.

As linhas espectrais so observadas colocando-se a parte central da lmpada de

hidrognio em frente fenda do colimador. O espectro observado pode no ser

muito claro, uma vez que alm das linhas de emisso atmicas, bandas de

transies moleculares tambm so vi sveis.

Anote a cor e a posio das raias na escala graduada. No grfico dos valores da

escala em funo do comprimento de onda que voc obteve anteriormente,

determine os comprimentos de onda das raias do espectro de hidrognio a partir

dos valores das escalas correspondentes.

QUESTIONRIO

1. A partir do grfico obtido com os comprimentos de onda das raias da

lmpada de mercrio e as escalas na ordenada, determine o comprimento

de onda de cada raia que voc observou com a lmpada de hidrognio.

2. Calcule o comprimento de onda para as diferentes raias da Srie de

Balmer e compare com os obtidos do procedimento utilizado na questo

anterior, relacionando qual transio corresponde a cada raia.

3. Faa um grfico de nmero de onda de cada raia em funo de 1/(n 1)2 . Da

inclinao desta linha, determine o valor experimental da constante RH.

Calcule o valor de RH a partir da equao 4. Qual foi o erro do valor que

voc obteve experimentalmente?

4. Em que regio do espectro eletromagntico aparecem as transies

eletrnicas conhecidas como srie de Lyman, Paschen e Brackett?

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