Practicum: Spectroscopie – atoomspectrum en energieniveaus – Klas 6 VWO

In dit examenpracticum voor 6 vwo analyseer je het emissiespectrum van een gasontladingslamp (helium of neon) met een tralie-spectrometer. Je koppelt de waargenomen lijnen aan energieniveauovergangen en berekent de bijbehorende fotonenergieën.

Leerdoel

Na dit practicum kun je golflengte en fotonenergie berekenen uit een tralie-spectrum via d × sin(θ) = n × λ, energieniveauovergangen van waterstof berekenen met ΔE = h × f = hc/λ en het atoomspectrum koppelen aan de kwantummechanische schillenstructuur van het atoom.

Cursusniveau en vakgebied

Niveau: VWO klas 6 (examenjaar) | Vak: Natuurkunde | Domein: E2 Elektromagnetische straling en materie | Atoomspectrum, emissielijnen, energieniveaus, fotonenergie, tralie-spectrometer, kwantumwereld

Benodigdheden

• Tralie-spectrometer (goniometer + optisch tralie met 600 lijnen/mm)
• Helium- of neon-gasontladingslamp (of waterstofbuis)
• Scherm/detector of visuele waarneming via oculair
• Energieniveaudiagram van helium/neon (BINAS tabel 25)
• Rekenmachine

Achtergrondinformatie

Een optisch tralie buigt licht via constructieve interferentie. Voor de n-de orde geldt: d × sin(θ) = n × λ, waarbij d de traliespatiering is (= 1/600 mm = 1,667 × 10⁻⁶ m). De energie van een foton: E = h × f = hc/λ (in eV: E[eV] = 1240/λ[nm]). Energieniveauovergang in waterstof: ΔE = E_n1 − E_n2 = hc/λ. Zichtbare emissie van waterstof (Balmer-serie): overgangen naar n = 2.

Werkwijze

1. Centreer de spectrometer op de lamp. Zoek de eerste orde (n = 1) emissiemax voor elke zichtbare kleur. Noteer de diffractiehoek θ voor elke lijn.
2. Bereken λ = d × sin(θ) / n voor elke lijn.
3. Bereken fotonenergie: E = hc/λ (in eV, met h = 4,136×10⁻¹⁵ eV·s, c = 3×10⁸ m/s).
4. Identificeer de lijnen via het energieniveaudiagram (BINAS). Noteer de betrokken niveaus.

Meettabel (tralie d = 1,667 × 10⁻⁶ m, n = 1)

Verwerkingsvragen

1. Bereken λ als θ = 23,0° in eerste orde (d = 1,667 × 10⁻⁶ m).
2. Bereken de fotonenergie in eV voor λ = 656 nm (rode H-lijn).
3. De rode lijn van waterstof correspondeert met de overgang n = 3 → n = 2. Bereken ΔE met E₃ = −1,51 eV en E₂ = −3,40 eV.

Uitwerking (waterstof Balmer-lijnen)

V1: λ = d × sin(23,0°) = 1,667×10⁻⁶ × 0,3907 = 651 nm (overeenkomend met rode H-lijn ≈656 nm, kleine meetafwijking).

V2: E = hc/λ = (6,63×10⁻³⁴ × 3,0×10⁸)/(656×10⁻⁹) = 3,03×10⁻¹⁹ J = 3,03×10⁻¹⁹/1,6×10⁻¹⁹ = 1,89 eV.

V3: ΔE = E₃ − E₂ = −1,51 − (−3,40) = 1,89 eV ✓ (overeen met berekening in V2).

Benodigde laboratoriumapparatuur van Labvakhandel

Labvakhandel levert tralie-spectrometers, optische tralies (600 en 1200 lijnen/mm), gasontladingslampen (waterstof, helium, neon) en goniometers voor spectroscopie-experimenten in het eindexamenjaar vwo.

Bekijk het assortiment natuurkunde materiaal of neem contact op voor advies.

Meer practicumopdrachten

Ontdek alle practica in de Labvakhandel kennisbank — voor biologie, scheikunde en natuurkunde.