Struttura fine: spettri uno e due elettroni

Vantaggi

• Determinazione della lunghezza d’onda degli spettri ottici con alta precisione
• Configurazione semplice
• Lettura di un nonio

Principio

Per determinare la lunghezza d’onda, viene utilizzato uno spettrometro-goniometro. È costituito da un elemento dispersivo, che devia la luce di un angolo dipendente dalla lunghezza d’onda, e da un goniometro per determinare l’angolo di deflessione del fascio luminoso. Come elementi dispersivi vengono utilizzati un reticolo e un prisma di selce. Nel caso di spettri a singolo elettrone l’accoppiamento spin-orbita produce spettri doppietti. Per misurare la scissione dei livelli 2P di sodio nell’intervallo in nm, si osservano doppie linee dalle transizioni che coinvolgono questi livelli con un reticolo di dispersione. Per gli spettri dei due elettroni è importante la transizione dall’accoppiamento LS a jj che avviene dagli elementi più leggeri a quelli più pesanti, facendo apparire linee “proibite” con gli elementi più pesanti aventi numero atomico Z maggiore. Qui le linee più deboli possono essere osservate utilizzando un prisma di dispersione che consente una minore risoluzione spettrale ma una migliore visibilità a causa della minore luce dispersa.

Attivita’ proposte

Spettri di un elettrone:

1. Impostare lo spettrometro come spettrometro a reticolo e determinare la costante del reticolo utilizzando i valori della letteratura per le linee spettrali visibili da una lampada a elio.
2. Con la costante reticolare determinata misurare le lunghezze d’onda delle linee spettrali del sodio osservabili appartenenti al livello diviso 3 ²P, determinare la differenza di energia tra il livello 3 ²P1/2 e 3 ²P3/2

Spettri a due elettroni:

1. Impostare lo spettrometro come spettrometro a prisma e determinare la funzione di dispersione del prisma di selce utilizzando i valori della letteratura per le linee spettrali visibili da una lampada a elio.
2. Determinare le lunghezze d’onda delle linee spettrali di zinco, cadmio e mercurio. Osservare l’aumento delle transizioni triplette-singulette all’aumentare del numero atomico.

Obiettivi formativi

• Spettrometro a reticolo e prisma
• Livello energetico
• Energia di eccitazione
• Regole di selezione per transizioni ottiche
• Spin dell’elettrone
• Momento angolare orbitale
• Momento magnetico di rotazione
• Momento magnetico orbitale
• Interazione spin-orbita
• Molteplicità
• Doppietti
• Para-elio
• Orto-elio
• Scambiare energia
• Serie di canottiere
• Serie tripletta
• Transizioni proibite