Feinstruktur: Ein- und Zweielektronen-Spektrum

Prinzip

Mit Hilfe eines Spektro-Goniometers wird die Wellenlänge bestimmt. Dies besteht aus einem dispersiven Element, welches das Licht in Abhängigkeit von der Wellenlänge um einen Winkel ablenkt, und einem genauen Winkelmesser, mit dem dieser Winkel bestimmt wird. Als dispersive Elemente werden hier ein optisches Gitter und ein Flintglasprisma benutzt. Im Fall von Einelektronenspektren erzeugt die Spin-Bahn-Kopplung Linien-Doubletts. Um den Wellenlängenabstand im nm-Bereich zu messen, den Doppellinien von Übergängen zeigen, welche von Natrium 2P -Niveaus ausgehen oder dort enden, wird ein Dispersionsgitter verwendet. Bei Zweielektronenspektren ist der Übergang von LS- nach jj-Kopplung interessant, der mit steigender Kernladungszahl der Elemente auftritt. Dieser ermöglicht bei den schwereren Elementen "verbotene" Übergänge. Um auch schwächere Übergänge beobachten zu können, wird ein Dispersionsprisma eingesetzt, das zwar geringere spektrale Auflösung hat, dafür aber einen größeren Teil des Lichts wie gewünscht ablenkt.

Aufgaben

Ein-Elektronenspektren:

1. Justiere das Spektro-Goniometer als Gitterspektrometer und bestimme die Gitterkonstante des verwendeten Gitters mit Hilfe der Literaturwerte für die Wellenlängen der sichtbaren Spektrallinien einer Helium-Spektrallampe.
2. Mit der so bestimmten Gitterkonstante miss die Wellenlängen der beobachtbaren Natrium-Spektrallinien. Aus den Wellenlängendifferenzen der Doppellinien, die zu Übergängen gehören, bei denen die aufgespaltenen 3 ²P-Niveaus beteiligt sind, bestimme die Energieaufspaltung der 3 ²P1/2 - und 3 ²P3/2 -Zustände.

3. Zwei-Elektronenspektren:

4. Justiere das Spektro-Goniometer als Prismenspektrometer und bestimme die Dispersionsfunktion des Flintglasprismas mit Hilfe der Literaturwerte für die Wellenlängen der sichtbaren Spektrallinien einer Helium-Spektrallampe.
5. Bestimme die Wellenlängen der Spektrallinien von Zink, Kadmium und Quecksilber. Beobachte die Zunahme "verbotener" Singulett-Tripplett-Übergänge mit wachsender Kernladungszahl.

Lernziele

• Gitter- und Prismenspektrometer
• Energieniveau
• Anregungsenergie
• Auswahlregeln für strahlende Übergänge 
• Elektronenspin Bahndrehimpuls
• Spinmagnetisches Moment
• magnetisches Bahnmoment 
• Spin-Bahn-Wechselwirkung 
• Multiplizität 
• Doppellinien 
• Para-Helium
• Ortho-Helium 
• Austauschwechselwirkung
• Singulett-Reihe
• Triplett-Reihe
• Verbotene Übergänge

(Bitte beachten: Versuchsbeschreibung ist nur in englischer Sprache erhältlich)