Espectros atómicos.
Cuando a los elementos en estado
gaseoso se les suministra energía (descarga eléctrica, calentamiento...)
éstos emiten radiaciones de determinadas longitudes de onda.
Estas radiaciones dispersadas en
un prisma de un espectroscopio se ven como una serie de rayas, y el conjunto
de las mismas es lo que se conoce como
espectro de emisión.
Igualmente, si una luz continua
atraviesa una sustancia, ésta absorbe unas determinadas radiaciones que
aparecen como rayas negras en el fondo continuo (espectro
de absorción).
Series espectrales.
Las diferentes líneas que
aparecieron en el espectro del hidrógeno se podían agrupan en diferentes
series cuya longitud de onda es más parecida:
·
Serie Lyman:
zona ultravioleta del espectro.
·
Serie Balmer:
zona visible del espectro.
·
Serie Paschen
zona infrarroja del espectro.
·
Serie Bracket:
zona infrarroja del espectro.
·
Serie Pfund:
zona infrarroja del espectro.
Ley de Rydberg. ·
La relación entre las longitudes de onda de las
distintas rayas del espectro del hidrógeno viene dada por la expresión:
1/l
= RH ·
[(1/n12) - (1/n22)]
Donde n1 y n2 son números
naturales, cumpliéndose siempre que n2 > n1, con lo
que el paréntesis queda positivo. R es una constante llamada constante de
Rydberg cuyo valor es: R = 1,0968 x 107
m–1.
·
Si n1 = 1; n2 = 2, 3, 4, 5,
... Serie Lyman
·
Si n1 = 2; n2 = 3, 4, 5, 6,
... Serie Balmer
·
Si n1 = 3; n2 = 4, 5, 6, 7,
... Serie Paschen
·
Si n1 = 4; n2 = 5, 6, 7, 8,
... Serie Bracket
·
Si n1 = 5; n2 = 6, 7, 8, 9,
... Serie Pfund
.
Solución A.3
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Es un proceso
de emisión de energía, pues nf < ni . Cómo ni
= 2, esta transición da lugar a una línea espectral de la serie de Balmer en
la región del visible.
Böhr, basándose
en la interacción electrostática y en las leyes del movimiento de Newton
demostró que la energía que tiene el electrón en el átomo de hidrógeno viene
dado por: |
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La variación de energía de una transición vendrá dada,
según la ecuación de Plank por:
Donde RH la constante de Rydberg tiene un
valor de 2,18·10-18 J |
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Sustituyendo obtenemos que: |
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Con lo que la longitud de onda correspondiente a dicha transición, vendrá
dada por:
Solución: l= 434 nm
La cual corresponde a la región visible de la radiación electromagnética
Espectros de emisión y espectros de absorción:
Cuando un elemento irradia energía no lo hace en todas
las longitudes de onda. Solamente en aquellas de las que está “provisto”.
Esas longitudes de onda sirven para caracterizar, por tanto, a cada
elemento. También ocurre que cuando un elemento recibe energía no absorbe
todas las longitudes de onda, sino solo aquellas de las que es capaz de
“proveerse”. Coinciden por tanto, las bandas del espectro en las que emite
radiación con los huecos o líneas negras del espectro de absorción de la
radiación, como si un espectro fuera el negativo del otro.
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Se acostumbra a llamar “cuerpo negro” al cuerpo ideal que
absorbe todas las longitudes de onda y, por consiguiente, emite radiación
también a todas las longitudes de onda. Sería, en definitiva, un emisor
perfecto de radiación. A cada temperatura emitiría una cantidad definida de
energía por cada longitud de onda.
El fracaso en el intento de explicar la radiación del
cuerpo negro desde los conceptos de la física condujo al descubrimiento de
Planck de que la emisión de energía es un múltiplo de la frecuencia de a
radiación:
E = h.
n
Los espectros de
absorción:
Y también los cuerpos absorben radiación
emitida desde otros cuerpos, eliminando del espectro de
radiación que reciben aquellas bandas absorbidas, que quedan de
color negro. Son lo que se llaman “rayas negras” o simplemente
“rayas” del espectro.
También ocurre con la absorción, que unos
cuerpos absorben la radiación de unas determinadas longitudes de
onda y no absorben la radiación de otras longitudes de onda, por
lo que cada cuerpo, cada elemento químico en realidad, tiene su
propio espectro de absorción, correspondiéndose con su espectro
de emisión, cual si fuera el negativo con el positivo de una
película.
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Los espectros de emisión:
Todos los cuerpos emiten energía a ciertas
temperaturas. El espectro de la radiación energética emitida es
su espectro de emisión. Todos los cuerpos no tienen el mismo
espectro de emisión. Esto es, hay cuerpos que emiten en el
infrarrojo, por ejemplo, y otros cuerpos no.
En realidad, cada uno de los elementos
químicos tiene su propio espectro de emisión. Y esto sirve para
identificarlo y conocer de su existencia en objetos lejanos,
inaccesibles para nosotros, como son las estrellas.
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Espectro de absorción y de
emisión del Hidrógeno
Espectro de absorción y de
emisión del Neón
Espectroscopios:
Son aparatos que dispersan la radiación incidente, lo
cual se puede realizar por refracción en los llamados espectroscopios de
prisma o bien por difracción, en los espectroscopios de red.
El espectroscopio de prisma fue desarrollado a partir de
1859 por los alemanes Kirchoff y Bunsen.
En el espectroscopio de red se consigue dispersar la
radiación mediante una superficie reflectante sobre la cual se han trazado
miles de surcos paralelos muy finos. Un CD ROM , y debido a sus líneas, es
un ejemplo elemental de espectroscopio de red.
E
spectrógrafos:
Son instrumentos que registran fotográficamente, o por
medio de detectores fotosensibles, las diferentes componentes del espectro.
Su estructura es similar a la del espectroscopio, sustituyendo el ocular por
una placa fotográfica o un detector.
Las siguientes imágenes corresponden a tipos diferentes
de espectrógrafos:
Espectrómetros:
Se ha desarrollado comercialmente una gran variedad de
tipos de espectrómetros, prácticamente, existe un espectrómetro
especializado en
cada tipo de medición.
Podemos encontrar fácilmente en la red la características
de muchos tipos de espectrómetros:
Espectrómetro de
rayos gamma,
con
diferentes tipos utilizados en Astrofísica para detectar esta forma de
radiación.
Espectrómetros de
emisión óptica.
Espectrómetro de masas.
Espectrómetro de masas de alta
resolución.
Espectrómetro de masas de baja
resolución.
Especializados en radiación térmica
infrarroja.
También se pueden encontrar en la red Applets que
permiten simular pruebas de experimentación del espectrógrafo de masas , con carácter educativo.
Espectrómetro de
neutrones
, utilizado en
trabajos de investigación lunar.
Espectrofotómetro: Se basan en la absorción, emisión o
fluorescencia por átomos o iones elementales
),
la frecuencia (
)
y la velocidad de propagación:(
)
de la luz en el vacío::
)y
la permeabilidad: (
)::
