ESPECTRO DE EMISION PRÁCTICA # 12
LABORATORIO DE FÍSICA II
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INDICE
OBJETIVO:.............................................................................................................. 3 MARCO TEÓRICO: ................................................................................................. 4 ESPECTROS .......................................................................................................... 4 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO ..................................................................... 7 MATERIALES Y EQUIPOS: .................................................................................... 8 PROCEDIMIENTO: ................................................................................................. 8 IMÁGENES SOBRE LA INTERFERENCIA DE ONDAS. ...................................... 11 IMÁGENES SOBRE USOS O INVENTOS DE LA INTERFERENCIA DE ONDAS. .............................................................................................................................. 12 BIOGRAFÍA DE THOMAS YOUNG ...................................................................... 13 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 14
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TEMA: ESPECTRO DE EMISION OBJETIVO: Observar el espectro de emisión de un elemento químico utilizando el espectrómetro del laboratorio, comprendiendo el fenómeno de los espectros de emisión y absorción.
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MARCO TEÓRICO: Espectros Si un haz de rayos luminosos atraviesa primero una rendija y después un prisma óptico, experimentará una descomposición en tantos rayos distintos como colores tenga la luz compleja inicial. Recogiendo en una pantalla, o en una placa fotográfica todos los rayos de luz que salen del prisma, se obtendrán una serie de rayas o bandas diversamente coloreadas que no son otra cosa que las imágenes de la rendija inicial. Estas imágenes reciben el nombre de rayas espectrales, y al conjunto de todas ellas se le denomina espectro. Según eso el espectro es el análisis de las distintas radiaciones o longitudes de onda emitidas por un foco luminoso.
CLASES DE ESPECTROS Los espectros pueden ser:
Emisión: si son originados por radiaciones emitidas por cuerpos incandescentes. Se dividen en:
Continuos: si poseen todos los colores de la luz blanca (rojo, anaranjado, amarillo, verde azul, índigo, y violeta.) En general los espectros continuos de emisión proceden de sólidos y líquidos incandescentes.
Discontinuos: si solamente contienen algunos colores de los siete que componen el espectro visible. Estos pueden ser: a) de bandas, si la franja coloreada es suficientemente ancha. Proceden de gases y vapores en forma molecular. b) de rayas, si la franja coloreada se reduce a una línea. Proceden de gases y vapores en forma atómica. En realidad, los espectros de bandas están constituidos por una serie de rayas muy próximas entre sí, pudiendo resolverse la banda si la dispersión es grande.
Absorción: son los obtenidos por absorción parcial de las radiaciones emitidas por un foco luminoso cuando la luz producida por él atraviesa una sustancia en estado 4
gaseoso, ya que todo gas o vapor absorbe, a cualquier temperatura, las mismas radiaciones que es capaz de emitir si estuviera incandescente. El estudio experimental de los espectros condujo a una serie de consecuencias, prácticas y teóricas, que resumimos seguidamente:
® Cada elemento químico, convenientemente excitado, emite siempre unas radiaciones características de él y que sirven, por lo tanto, para identificarlo.
® La presencia de tales radiaciones es independiente de que el elemento esté solo, mezclado, o combinado con otros elementos; sus rayas espectra les son siempre las mismas y ningún otro elemento las puede emitir.
® La intensidad de las radiaciones emitidas y, por lo tanto, la de las rayas espectrales; es decir, su mayor o menor colorido en la placa, depende del número de átomos excitados, y éste, de la mayor o menor concentración del elemento. El hecho de que cada elemento químico posea su propio espectro permite suponer que las longitudes de onda de las radiaciones emitidas por él, una vez excitado, estén relacionadas entre sí mediante alguna expresión matemática; lo que, en definitiva, vendría a demostrar que en el átomo solamente son posibles ciertos estados energéticos. Durante mucho tiempo, la ciencia trató de encontrar fórmulas que relacionaran entre sí las frecuencias o las longitudes de onda, de estas radiaciones, sin llegar a ningún resultado positivo. Fue en 1885 cuando el físico suizo Balmer, al estudiar el espectro del hidrógeno observó que la longitud de onda, expresada en cm de las radiaciones correspondientes a las rayas estudiadas, venía dada por : 1/l = R (1/4-1/n²) donde n es un número entero que puede tomar valores3, 4, 5,...y R es una constante, llamada constante de Rydberg, cuyo valor aproximadamente es 109740 cm̄¹.
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Al conjunto de rayas comprendidas en la zona visible del espectro del hidrógeno se le dio el nombre de serie de Balmer. El descubrimiento realizado por Balmer tuvo una importancia extraordinar ia por que confirmaba con toda seguridad la existencia de determinados niveles energéticos dentro del átomo; de este modo, la emisión de una cierta radiación definida por una concreta longitud de onda correspondería a la producción de un fotón cuya energía fuese igual a la diferencia entre esos dos estados energéticos del átomo. Rutherford en su modelo atómico supone que los electrones giran alrededor del núcleo. Ha de ser así para poder explicar que no se precipiten sobre el núcleo debido a la atracción electrostática, ya que moviéndose, la fuerza culombiana de atracción ejercería sobre el electrón una acción centrípeta, obligándole a describir una órbita alrededor del núcleo. Para evitar las dificultades que presenta el modelo atómico de Rutherford y con el fin de ofrecer una interpretación al porqué de los espectros atómicos, el físico danés Bohr propuso un nuevo modelo atómico basado en los siguientes postulados: Sólo son posibles unas órbitas determinadas, llamadas órbitas estacionarias, en las que el electrón situado en ellas no emite energía. En estas órbitas, además se cumplirá que el momento angular del electrón ha de ser un múltiplo entero de h/2p. El salto de un electrón desde una órbita estacionaria de mayor energía a otra órbita estacionaria de menor energía da lugar a la emisión de una radiación electromagnética de tal modo que el valor de la energía emitida es un fo tón o cuanto de luz. Evidentemente para que el salto sea posible, habrá que excitar al electrón previamente comunicándole energía para obligarle a subir a órbitas más energéticas.
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La aplicación de las leyes de la Física clásica y la de los postulados de Bhor al caso concreto del átomo de hidrógeno (átomo constituido por un protón en el núcleo y un electrón en la corteza) condujo a los siguientes resultados:
A) Respecto a los radios de las órbitas: los radios de las órbitas están relacionados entre sí como los cuadrados de los números naturales.
) Respecto a las frecuencias: Bohr generalizó la ley de Balmer a la siguiente
B
expresión:
1/l = R ( 1/J²-1/K² )
siendo K>J
De este modo se presenta la posibilidad de existencia de nuevas s eries espectrales correspondientes a radiaciones producidas al saltar el electrón desde órbitas superiores a órbitas cualesquiera más inferiores. Sabemos que los saltos a la órbita n=2 dan espectro visible, por lo tanto los saltos a la órbita n=1, n=3, n=4,... darán espectros situados en la zona del infrarrojo y del ultravioleta. En definitiva, el estudio de los espectros conduce a la existencia de diversos niveles energéticos dentro del átomo. Estos niveles corresponden a los posibles estados de distribución de los electrones en la corteza atómica.
Espectro Electromagnético Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden contemplar mediante espectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación. La longitud de una onda es el período espacial de la misma, es decir, la distancia que hay de pulso a pulso. 7
Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico. El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo aunque formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo. Para su estudio, el espectro electromagnético se divide en segmentos o bandas, aunque esta división es inexacta.
MATERIALES Y EQUIPOS:
fuente de energía.
Reóstato
Tubo de descarga de gases
Espectrómetro
PROCEDIMIENTO: 1. Montar el tubo de descarga de gases en los electrodos de la fuente de energía. 2. Conectar los extremos de los alambres de la fuente de energía al reóstato 3. Conectar el enchufe de la fuente de energía al tomacorriente. 4. Disponer el espectrómetro de manera que la ranura coincida con el tubo de descarga de gases. 5. Registrar las longitudes de ondas de las líneas espectrales que se forman por la emisión del elemento y registrado en la tabla de datos experimentales.
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FLUJOGRAMA 1. Montar
el
tubo
de
2. Conectar los extremos de los
descarga de gases en
alambres de la fuente de
los electrodos de la
energía al reóstato
fuente de energía. 4. Disponer el espectrómetro
3. Conectar el enchufe de la fuente
de manera que la ranura
de energía al tomacorriente
coincida con el tubo de descarga de gases.
5. Registrar las longitudes de ondas de las líneas espectrales que se forman
por
la
emisión
del
elemento y registrado en la tabla de datos experimentales.
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TABLA DE RESULTADOS: color
Longitud de onda (mm)
Tubo 1 2 3
elemento
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: Se ha logrado observar el espectro de emisión de un e lemento químico utilizando el espectrómetro del laboratorio, y se logró comprender el fenómeno de los espectros de emisión y absorción.
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Imágenes sobre la interferencia de ondas.
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Imágenes sobre usos o inventos de la interferencia de ondas.
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BIOGRAFÍA DE THOMAS YOUNG (Somersetshire, Gran Bretaña, 1773 - Londres, 1829) Científico británico. Nacido en el seno de una familia de cuáqueros, estudió medicina en Londres (1792), Edimburgo y Gotinga, donde se graduó. En 1797 pasó a ocupar una cátedra en la Universidad de Cambridge. De allí marchó a Londres (1799). En 1801-02 fue catedrático de filosofía natural de la "Royal Institution"; a pesar de ello, hasta 1814 siguió ejerciendo la medicina. Thomas Young, médico, científico y matemático, debe su fama, sobre todo, a sus trabajos acerca de la óptica física y de la fisiológica; es considerado el fundador de esta última: los resultados de las investigaciones que llevó a cabo en tal campo se hallan expuestos en sus Memorias sobre la luz y sobre el calor (1800-02), donde aparecen formuladas por vez primera las teorías de la interferencia de la luz y de su naturaleza ondulatoria. Esta hipótesis, presentada ya en 1691 por Christian Huyghens, provocó animadas protestas y discusiones, por cuanto se hallaba en contraste con la teoría newtoniana, que entonces dominaba. Resulta interesante, aun cuando al margen de la investigación netamente técnica, el Curso de conferen cias sobre la filosofía de la naturaleza. Young, que fue además un notable poliglota, alcanzó un mérito singular en un orden muy diverso de estudios e intereses: la egiptología, a la cual aportó una valiosa contribución, singularmente en cuanto a la lectura de los papiros y a la interpretación de los jeroglíficos. Acerca de tales materias escribió numerosas obras, entre las cuales cabe mencionar Notas sobre Egipto, los papiros y la inscripción de Rosetta (1815), el artículo Egipto de la Enciclopedia Británica (1819), Jeroglíficos (1823-29) y Rudimentos de un léxico egipcio (1831) (ruiza, s.f.).
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Bibliografía enciclopedia.
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