2.1.3 Espectros de emisión y series espectrales.ESPECTROS DE EMISIÓN: Cuando a los elementos en estado gaseoso se les sumi...
comprender la estructura de los átomos.SERIES ESPECTRALESLínea espectra: Una línea espectral es una línea oscura o brillan...
lo anterior, estas líneas son de gran utilidad para identificar la composición química de cualquiermedio que permita pasar...
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Quimicaa

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  1. 1. 2.1.3 Espectros de emisión y series espectrales.ESPECTROS DE EMISIÓN: Cuando a los elementos en estado gaseoso se les suministraenergía (descarga eléctrica, calentamiento...) éstos emiten radiaciones de determinadaslongitudes de onda. Si se ilumina un prisma con la luz de una lámpara de las que se usan parailuminación pública en las calles o se vé la luz a través de una rejilla de difracción se verandiferentes líneas. Dos tipos comunes de lámpara usan vapores de sodio y mercurio en su interior.Cada una de estas luces tiene una diferente "firma espectral, y se puede identificar el tipo delámpara por sus líneas espectrales.Cuando hacemos pasar la luz a través de un prisma óptico se produce el efecto llamadodispersión que consiste en la separación de las distintas longitudes de onda que forman el rayoincidente.La luz blanca produce al descomponerla lo que llamamos un espectro continuo, que contiene elconjunto de colores que corresponde a la gama de longitudes de onda que la integran.Sin embargo, los elementos químicos en estado gaseoso y sometido a temperaturas elevadasproducen espectros discontinuos en los que se aprecia un conjunto de líneas que correspondena emisiones de sólo algunas longitudes de onda. El siguiente gráfico muestra el espectro deemisión del sodio:El conjunto de líneas espectrales que se obtiene para un elemento concreto es siempre el mismo,incluso si el elemento forma parte de un compuesto complejo. Esto significa que cada elementotiene su propia firma espectral.Si hacemos pasar la luz blanca por una sustancia antes de atravesar el prisma sólo pasaránaquellas longitudes de onda que no hayan sido absorbidas por dicha sustancia y obtendremos elespectro de absorción de dicha sustancia. El gráfico siguiente muestra el espectro de absorcióndel sodio:Observa que el sodio absorbe las mismas longitudes de onda que es capaz de emitir.La regularidad encontrada en los espectros discontinuos supone un apoyo muy importante para
  2. 2. comprender la estructura de los átomos.SERIES ESPECTRALESLínea espectra: Una línea espectral es una línea oscura o brillante en un espectro uniforme ycontinuo, resultado de un exceso o una carencia de fotones en un estrecho rango de frecuencias,comparado con las frecuencias cercanas. Cuando existe un exceso de fotones se habla de unalínea de emisión. En el caso de existir una carencia de fotones, se habla de una línea deabsorción. El estudio de las líneas espectrales permite realizar un análisis químico de cuerposlejanos, siendo la espectroscopia uno de los métodos fundamentales usados en la astrofísica,aunque es utilizada también en el estudio de la Tierra. Las líneas espectrales se detectan como líneas de absorción (A) o líneas de emisión (B) dependiendo de las posiciones del detector, el gas y la fuente luminosa.Tipos de líneas espectralesLas líneas espectrales son el resultado de la interacción entre un sistema cuántico —por logeneral, átomos, pero algunas veces moléculas o núcleos atómicos— y fotones. Cuando un fotóntiene una energía muy cercana a la necesaria para cambiar el estado de energía del sistema (enel caso del átomo el cambio de estado de energía sería un electrón cambiando de orbital), el fotónes absorbido. Tiempo después, será reemitido, ya sea en la misma frecuencia —o longitud deonda—1 que originalmente tenía, o en forma de cascada, es decir, una serie de fotones dediferente frecuencia. La dirección en la que el nuevo fotón será reemitido estará relacionada conla dirección de donde provino el fotón original.Dependiendo del tipo de gas, la fuente luminosa y lo que arribe al detector, se pueden producirdos tipos de líneas: de emisión o de absorción. Si el gas se encuentra entre el detector y la fuentede luz —la cual, por lo general, se tratará de una fuente con espectro continuo—, de tal forma queel detector pueda observar el espectro tanto del gas como de la fuente, se observará unadisminución de la intensidad de la luz en la frecuencia del fotón incidente, debido a que la mayorparte de los fotones reemitidos saldrán en direcciones diferentes a las que poseían los fotonesoriginales. En este caso se observará una línea de absorción. Por otro lado, si el detector escapaz de observar el gas, pero no puede ver la fuente de luz, se observarán solamente losfotones reemitidos, resultando en líneas de emisión.La posición de las líneas espectrales depende del átomo o molécula que las produzca. Debido a
  3. 3. lo anterior, estas líneas son de gran utilidad para identificar la composición química de cualquiermedio que permita pasar la luz a través de él. Varios elementos químicos se han descubiertogracias a la espectroscopia. Entre algunos de éstos están el helio, el talio y el cerio. Las líneasespectrales también dependen de las condiciones físicas del gas. Por esta razón, soncomúnmente utilizadas para determinar las características físicas, además de la composiciónquímica, de estrellas y otros cuerpos celestes, para los cuales no existe ningún otro método deanálisis.Existen otros mecanismos de producción de líneas espectrales, además de las interaccionesfotón-átomo. Dependiendo del tipo de interacción física (entre moléculas, átomos, etc.), lafrecuencia de los fotones resultantes puede ser muy diversa. Debido a esto, se pueden observarlíneas en cualquier región del espectro electromagnético, desde las ondas de radio hasta losrayos gamma.Ley de Rydberg. ·La Fórmula Rydberg es usada en la física atómica para describir las longitudes de ondas delas líneas espectrales de muchos elementos químicos. La fórmula fue inventada porel físicoJohannes Rydberg y presentada el 5 de Noviembre de 1888.En los años de 1880, Rydberg trabajó en una fórmula que describiera la relación entre laslongitudes de onda en las líneas espectrales de los metales alcalinos. El se dio cuenta que laslíneas venían en series y encontró que podía simplificar sus cálculos usando el número deonda (el número de ondas ocupando una unidad fijada de longitud, igual a 1/λ, la inversa dela longitud de onda) como unidad de medida. Representó las longitudes de onda de líneassucesivas en cada serie frente a números enteros consecutivos que representaban el orden delas líneas en esa serie particular. Encontrando que las curvas resultantes tenían formas similares,buscó una sola función capaz de generar todas esas curvas, cuando fuera usada la constanteapropiada.Primero intentó con la fórmula: , donde n es la longitud de onda de lalínea, n0 es el límite de la serie, m es el número ordinal de la línea en la serie, m es una constantediferente para diferentes series y C0 es una constante universal. Esto no funcionó muy bien.Rydberg estaba intentando: cuando vio la fórmula de Balmer para elespectro del hidrógeno λ=hm ²/(m ² − 4).

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