일반화학실험_원소의 스펙트럼 관찰

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일반화학실험_원소의 스펙트럼 관찰에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

현상은 거의 일어나지 않는다. 즉, 다른 원소의 흡수띠가 분석원소의 흡수 스펙트럼과 겹치는 경우는 드물다. 이러한 방해가 있을 때는 방해 물질을 제거하든지 다른 분석 파장을 이용해야만 한다. 또한 시료를 고온에서 처리할 때 일어나는 화학 반응은 대단히 복잡하며, 그로 인하여 직접 간접적으로 여러 가지의 방해 작용이 생길 수 있다. 방해 영향은 이론적으로 예측하기 곤란하며, 실험적으로 측정하여 조절해야 한다.
2) 물리적 방해
점도나 표면장력과 같은 물리적인 요인들로부터 방해를 받는 것으로서 매트릭스 효과라고도 한다. 일반적으로 기준 용액은 분석 원소만을 아주 낮은 농도(ppm수준)로 함유하고 있다. 그러나 시료 용액은 가용성 염류의 양이 ppm수준인 경우는 극히 드물고 대부분 많은 양의 염류를 함유하고 있고, 이로 인하여 물리적인 영향을 일으키게 된다. 이런 물리적인 방해를 제거하기 위해서는 기준 용액과 시료 용액의 조성을 똑같이 만들면 되지만 이는 대단히 어려운 일이며, 대부분 표준물 첨가법을 사용하여 물리적인 방해를 제거하고 있다.
3) 화학적 방해
기준 용액은 대부분 불꽃 내에서 해리하여 완전히 원자화 하지만, 시료 용액은 분석원소가 시료 용액 내의 양이온이나 음이온과 결합하여 열에 안정한 화합물을 만들어 원자화를 방해할 수도 있다. 이러한 때에는 해방제를 첨가하여 열에 안정한 화합물의 생성을 막거나 더 높은 온도의 불꽃을 사요하여 생성된 화합물을 분해시켜 원자화의 감소를 막는다. 하지만 더 뜨거운 불꽃을 사용함으로서 분석 원소의 이온화 방해를 야기시킬 수도 있다.
4) 이온화 방해
높은 온도의 불꽃에 의해 분석원소가 이온화를 일으켜 중성원자가 덜 생기는 방해이다. 이러한 경우에는 분석원소보다 이온화를 더 잘 일으키는 원소를 가해 줌으로써 막을 수 있다.
※ Cu, Ca, Na의 불꽃반응 스펙트럼
Cu의 불꽃반응 스펙트럼
-Cu spectrum의 자세한 part 별 스펙트럼
Na의 불꽃반응 스펙트럼
Ca의 불꽃반응 스펙트럼
실험 결과
관찰 결과
관찰 방법
관찰한 물질
그레이팅지
육안
빨간색, 파란색, 보라색
형광 분홍색
빨간색, 파란색, 보라색
분홍색
모든 색, 그 중 초록색과 파란색에 강한 빛
흰색
빨간색, 연두색, 노란색, 녹색, 보라색
연주황색
빨간색, 주황색, 노란색, 초록색, 보라색
주홍색
빨간색, 주황색, 노란색, 초록색, 보라색
주홍색
노란색, 연두색, 파란색
하늘색, 은색
주황색, 노란색, 초록색, 파란색, 보라색
흰색
Lab Junior 관찰 결과
결과 분석
① 다양한 물질의 선 스펙트럼 분석
1) 형광등과 태양빛의 스펙트럼 비교 및 분석
형광등(Figure 1.1)의 경우 연두색에서 강한 피크가 나오며 다른 가시광선 영역에서는 작은 피크가 조금씩 나옴을 알 수 있다. 반면, 태양빛(Figure 1.2)의 경우 모든 파장 대에서 골고루 방출 스펙트럼이 나타남을 알 수 있다.
2)
Figure 2.1은 방전관 사진이고, Figure 2.2는 을 그레이팅지를 이용하여 본 사진이다. 관찰 결과와 비슷하게 방전관에서는 하늘색과 은색에 가까운 빛이 방출됨을 알 수 있고, 그레이팅지를 이용한 빛은 노란색, 연두색, 파란색으로 갈라짐을 알 수 있다.
Figure 2.3은 의 스펙트럼이다. Figure 1.7로부터 보았을 때 623.4nm부근의 피크와 579nm 부근의 피크, 546.1nm 부근의 피크가 아주 강하게 보이며 502.5nm 부근의 피크는 잘 보이지 않음을 알 수 있다. 435.8nm 부근에 강한 피크가 발생하고, 407.8nm 부근에 약한 피크가 나타남을 알 수 있다. 즉, 의 관찰 결과는 알려져 있던 결과와 거의 일치함을 알 수 있다.
3)
Figure 3.1은 의 방출 스펙트럼이고, Figure 3.2는 그레이팅지로 을 본 사진이며, Figure 3.3은 방전관을 찍은 사진이다. 우리 조의 관찰 결과에 의하면 방전관을 육안으로 본 색깔은 주홍색인데 이는 Figure 3.3과 부합하는 결과임을 알 수 있다. 그레이팅지로 본 관찰결과는 빨간색, 주황색, 노란색, 초록색, 보라색으로, Figure 3.2와 부합하는 결과임을 알 수 있다. 마지막으로 Lab Junior로 본 결과인 Figure 1.8을 보았을 때 600nm와 700nm사이에 많은 피크가 있음을 알 수 있다. 이는 Figure 3.1과 같음을 알 수 있다. 따라서 우리가 를 관찰한 결과는 이론값과 거의 일치함을 알 수 있다.
② 스펙트럼 분석을 통한 리드베리 상수 구하기
의 경우 보어 모형을 이용하여 리드베리 상수를 구할 수 있다. 보어의 모형은 러더포드의 원자에 대한 행성 모형을 보충한 모델인데 이는 질량 의 전자가 고정된 핵 주위를 반지름 의 원궤도 상에서 움직인다는 가정에 기초한다. 수소의 원자 전체 에너지는 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.
이 식에 다음과 같은 식들을 대입해보자
즉, 이론적인 리드베리 상수는 임을 알 수 있다.
실험적인 리드베리 상수는 다음과 같은 식으로부터 얻을 수 있다.
(rydberg)
여기서 은 이번 실험의 경우에서는 가시광선 영역의 발머 계열에 대하여 계산한 것이므로 n=2이다.
Figure 1.4와 Figure 1.5에서 다음과 같은 실험결과를 알 수 있다.
H
654.494nm
484.61nm
D
654.894nm
485.928nm
이러한 방식으로 리드베리 상수를 구하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
H
D
따라서 오차는 다음과 같다.
H
0.31%
0.35%
D
0.24%
0.077%
모든 오차가 1% 이하인 것으로 보아 이론값과 실험값의 차이가 없다고 할 수 있다. 네 개의 값을 평균낸 값은 이다. 따라서 우리 조에서 알아낸 리드베리 상수 값은 이다.
③ 샘플 분석
우리 조에서 관찰한 2번 샘플의 스펙트럼은 위와 같다. 680~690nm에서 높은 피크 하나, 700nm에 가까운 부근에서 작은 피크가 하나 있음을 알 수 있다.
다음은 칼슘의 스펙트럼이다. 680~690nm에서 높은 피크 하나, 700nm 부근에서 작은 피크가 하나 있다. Cu와 Na의 경우 이런 피크가 존재하지 않는다. 따라서 2번 샘플은 칼슘임을 알 수 있다.

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