Todos los objetos emiten una radiación térmica, caracterizada por una distribución continua de longitudes de onda. En marcado contraste con este espectro de distribución continua, esta el espectro de línea discreto que se observa cuando un gas a baja presión se somete a una descarga eléctrica. La observación y el análisis de estas líneas espectrales se conoce como espectroscopia de emisión. Cuando la luz de una descarga de gas se examina usando un espectrómetro, es posible ver que esta constituida por algunas líneas brillantes de color sobre un fondo por lo general oscuro. Otra forma de la espectroscopia, es la espectroscopia de absorción. Se obtiene mediante un gas o una solución diluida del elemento que se esta analizando. Esta constituido por una serie de líneas oscuras superpuestas al espectro continuo de la fuente de luz, 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 859 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.
Las sustancias simples en estado gaseoso emiten luz de un color característico cuando son "excitadas" por medio de descargas eléctricas, estableciendo una corriente eléctrica entre los extremos de un tubo con el gas a baja presión (como en el caso de los tubos de neón) o cuando se calientan en una llama. Si esa luz se hace pasar por un prisma, se descompone en diferentes colores que al proyectarse sobre una pantalla forman una serie de rayas (aninación). Se pudo ver que cada gas daba una serie de rayas de colores característicos (se les denominó espectros de emisión). Ya sabemos que cuando hacemos pasar la luz a través de un prisma óptico se produce el efecto llamado dispersión que consiste en la separación de las distintas longitudes de onda que forman el rayo incidente. La luz blanca produce al descomponerla lo que llamamos un espectro continuo, que contiene el conjunto de colores que corresponde a la gama de longitudes de onda que la integran. Sin embargo, los elementos en estado gaseoso y sometidos a temperaturas elevadas producen espectros discontinuos en los que se aprecia un conjunto de líneas que corresponden a emisiones de sólo algunas longitudes de onda. El siguiente gráfico muestra el espectro de emisión del Na (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, y cada elemento produce su propio espectro diferente al de cualquier otro elemento. Esto significa que cada elemento tiene su propia firma espectral. Si hacemos pasar la luz blanca por una sustancia antes de atravesar el prisma sólo pasarán aquellas longitudes de onda que no hayan sido absorbidas por dicha sustancia y obtendremos el espectro de absorción de dicha sustancia. El gráfico siguiente muestra el espectro de absorción del 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 comprender la estructura de los átomos.
ESPECTROS DE EMISIÓN Producido por las radiaciones electromagnéticas que un cuerpo emite directamente. ESPECTROS DE ABSORCIÓN Indica las radiaciones electromagnéticas absorbidas por una sustancia.
En 885, un maestro de escuela suizo, Johann Jacob Balmer (85-898), descubrió una ecuación empírica que predecía correctamente las longitudes de onda de cuatro líneas de emisión visibles del hidrogeno: (rojo), (verde), (azul), y (violeta)
Johann Jakob Balmer (85-898) Matemático suizo y físico honorario, autor de la fórmula de su nombre, que permite obtener los números de onda de la serie espectral del átomo de hidrógeno. Estudió en la Universidad de Karlsruhe y en la Universidad de Berlín, luego completó su carrera como Doctor en Filosofía de la Universidad de Basilea en 849 con una disertación sobre la cicloide. Johann entonces pasó su vida entera en Basilea, donde dio clases en una escuela femenina. En 868 se casó con Christine Pauline Rinck a la edad de 43 años. La pareja tuvo un total de seis hijos. Él nació en Lausen, Suiza, el hijo de un Presidente de la Corte Suprema también llamado Johann Jakob Balmer. is mother was Elizabeth Rolle Balmer, and he was the oldest son. Su madre fue Elizabeth Rolle Balmer, y él era el hijo mayor. Balmer cráter en la Luna lleva su nombre Las longitudes de onda de estas líneas pueden describirse mediante la siguiente ecuación realizada por Johannes Rydberg (854-99) a la ecuación original de Balmer: R n Donde R = Constante de Rydberg =,097 373 0 7 m - n = 3,4,5,.... Otras líneas espectrales del hidrogeno fueron exploradas después del descubrimiento de Balmer. Las longitudes de onda de estas series puede calcularse al aplicar las siguientes ecuaciones empíricas. Serie de Lyman : n R n =,3,4,5,.... Theodore Lyman (874-954) Fue un físico estadounidense nacido en Boston. Se graduó de la Universidad de arvard en 897, donde recibió su PhD en 900. Fue profesor asistente de física en arvard, donde llegó a ser director del Jefferson Physical Laboratory (908-97). Lyman realizó importantes estudios sobre fenómenos como las
difracciones de las longitudes de onda de la luz ultravioleta extrema descubierta por Schumann, así como las propiedades de la luz de longitudes de onda extremadamente cortas, haciendo importantes contribuciones. Durante la Primera Guerra Mundial se enlistó en las Fuerzas de Expedición Norteamericanas que fueron a Francia, donde alcanzó el rango de mayor de ingeniería. Fue el epónimo de la serie de Lyman de las líneas espectrales. El cráter Lyman, un cráter de impacto del hemisferio sur del lado lejano de la Luna lleva su nombre en conmemoración. Físico americano cuyo trabajo se centró en la espectroscopia de la región extrema del ultravioleta. Cuando Lyman inició sus investigaciones, ya se había observado el extreme cercano del espectro ultravioleta encerrando al espectroscopio en una cámara al vacío con prisma y ventanas de fluorita. Lyman sustituyó al prisma de fluorita con una rejilla de difracción cóncava y descubrió un conjunto de líneas falsas en el ultravioleta que se debían a luz en la región visible. Estas líneas recibieron el nombre de fantasmas de Lyman. También estableció que el límite de transparencia de la fluorita era de 6 nm. acia 97 había extendido el espectro hasta 50 nm. La serie de líneas espectrales que descubrió en 94 lleva ahora el nombre de serie de Lyman y predijo que la primera de ellas debería observarse, como ocurre, en el espectro solar- En 90 realizó observaciones del espectro ultravioleta del helio, del aluminio, del magnesio y del neón. Publicó su ultimo artículo en 935 sobre la transparencia del aire en la región de 0 a 30 nm. Serie de Paschen : 3 n R n = 4,5,6,.... Friedrich Louis Carl einrich Paschen Louis Paschen (Alemania 865-947) Físico alemán dedicado a la espectroscopía. En 895 demostró que el espectro del helio mostraba líneas idénticas a las que habían observado Janssen y Lockyer en el espectro de la luz solar. En 908, descubrió las líneas espectrales del hidrógeno en el lejano infrarrojo que se producen en las transiciones electrónicas al nivel n = 3. Paschen, Friedrich (865-947). Físico alemán. Fue profesor de las universidades de Tubinga, Bonn y Berlín. Investigó en el campo de la espectroscopia, de la conducción eléctrica por los gases, etc., descubriendo la ley que lleva su nombre y que se refiere al potencial eléctrico explosivo entre electrodos planos y paralelos separados por un gas. En la zona infrarroja del espectro del hidrógeno encontró un conjunto de líneas cuyos números de onda cumplen una sencilla ecuación que más tarde dedujo teóricamente el físico danés Niels Bohr. Físico alemán. Considerado uno de los eternos perdedores del premio Nobel (fue propuesto 45 veces), fue un brillante físico, profesor de las universidades de Tubinga, Bonn y Berlín. Su nombre es conocido por denominar un conjunto de líneas del espectro luminoso del átomo de hidrógeno cuyos números de onda cumplen una relación espectroscópica que dedujo experimentalmente, y cuya explicación teórica por parte de Niels Bohr (transiciones electrónicas en las que se ve involucrado el segundo orbital electrónico) fue un triunfo de la incipiente física cuántica. Otras investigaciones suyas versaron sobre la conducción eléctrica en gases a baja presión y sus efectos explosivos. También se le debe un galvanómetro estático, derivado del ideado por Thomson.
Serie de Brackett : R 4 n n = 5,6,7.... Frederick Sumner Brackett (896-9??) Físico norteamericano que predijo las líneas de la región lejana del infrarrojo en el espectro del átomo de hidrógeno (transiciones electrónicas al nivel n = 5). No existe una base teórica para las ecuaciones anteriores, simplemente funcionan. R.SERWAY J. JEWWTT SOLUCIONARIO FISICA. Tomo II. 6º Edicion.005.Mexico.Cap. 0.Pag.688 Sección 0,. Sección 0, : Espectro atómicos de los gases. (a) Qué valor de n i se asocia con la línea espectral 94,96 nm en la serie de Lyman del hidrogeno (b) Qué pasaría si? Podría asociarse esta longitud de onda con la serie de Paschen o con la de Balmer? Solución (a) Serie de Lyman : n R n =,3,4,5,. Reemplazo : 94,960 Simplificando : n = 4,997 n = 5 n R 9 (b) Serie de Paschen : 3 n R n = 4,5,6,.... Reemplazo : 9 94,96 0 Simplificando : 0, 930 n 3 n R no existe raíces de números negativos Serie de Balmer: R n n = 3,4,5,....
Reemplazo : 9 94,96 0 Simplificando : 0, 7096 n n R no existe raíces de números negativos. (a)calcule la longitud de onda mas corta en cada caso de esta serie espectral de hidrogeno: Lyman, Balmer, Parchen y Brackett.(b) Calcule la energía (en electrón volts) del foton con la mas alta energía producida en cada serie. Solución Parte (a) Serie de Lyman : n R n =,3,4,5,. Serie de Balmer: n R R n R n = 3,4,5,.... 9,7 0 9,7nm 9 m n R R 4 364,5nm Serie de Paschen : 3 n R n = 4,5,6,.... n R R 3 9 80,4nm Serie de Brackett : 458,07nm R 4 n n = 5,6,7.... n R R 4 6 Parte (b) Serie de Lyman : n R n =,3,4,5,.
n R R Pero : hc E Serie de Balmer: hcr = 3,6 ev R n n = 3,4,5,.... n R R 4 Pero : hc E hcr 4 = 3,4 ev Serie de Paschen : 3 n R n = 4,5,6,.. n R R 3 9 Pero : hc E hcr 9 =,54 ev Serie de Brackett : R 4 n n = 5,6,7.... n R R 4 6 Pero : hc E hcr 6 = 0,85 ev