Espectroscopía atómica (I): Tipos de espectros atómicos

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Considérese el experimento que se ilustra en la figura que aparece sobre estas líneas. Cuando se hace pasar a través de un prisma luz blanca se obtiene en una pantalla o película fotográfica colocada detrás del prisma un patrón arco iris de franjas de color contiguas y con cierto grado de solapamiento. Es lo que se llama el espectro continuode la luz blanca.

Espectro de emisión

Por otro lado, cuando se pone una sustancia química determinada a la llama (o en el interior de un plasma) o se somete a una descarga eléctrica, la sustancia emite una luz característica, como se puede ver en la siguiente figura. El experimento consiste en observar la emisión de radiación por gotas de disoluciones de sales de sodio (luz amarilla), litio (roja) y bario (verde) depositadas en sendos alambres de platino.

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La luz emitida por cada elemento químico no es continua (si lo fura, la veríamos banca), pero tampoco es monocromática; es decir, no consiste en radiaciones de un solo color o longitud de onda, sino de varas o muchas. Esto se puede demostrar haciendo pasar a través de un prisma la luz emitida por un elemento químico excitado y colocando detrás del prisma una pantalla o una película fotográfica. Lo que se observa es una serie de líneas bien separadas una de otras que corresponden a radiaciones de diversos colores (en general, es más propio decir de diversas longitudes de onda), como se ejemplifica en la siguiente figura para el caso del hidrógeno.

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El patrón que se observa en la película se llama espectro de emisión del hidrógeno. En la siguiente imagen se muestran los espectros de emisión de otros elementos químicos:

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Los cuerpos emisores que contienen muchos elementos químicos dan muchas líneas de emisión que solapan unas con otras, por lo que en la práctica sus espectros pueden parecer continuos.

Espectro de absorción

Si en el esquema óptico de la primera figura se interpone un gas de átomos de hidrógeno, como se indica en la siguiente imagen; es decir, si se permite que la luz blanca pase a través del gas, en la película se observará un patrón parecido al espectro continuo de la luz blanca, con la única diferencia de que se verán unas líneas oscuras en las mismas posiciones en que aparecen las líneas coloreadas del espectro de emisión. Lo que ahora se obtiene se llama espectro de absorción.

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La aparición de las rayas negras se debe a que los átomos de hidrógeno han absorbido algunas radiaciones. Por razones cuánticas, el hidrógeno (y cualquier elemento) emite, en general, las mismas radiaciones que absorbe, y por esa razón los espectros de absorción y emisión son complementarios, como se muestra en la siguiente imagen para el caso del hidrógeno:

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Todo elemento químico tiene un espectro atómico de absorción y otro de emisión característicos, cualquiera de los cuales permite su identificación. El espectro atómico es, por tanto, en cierto modo, la huella dactilar de un elemento químico.

Algo más sobre el espectro del Sol

El Sol está compuesto fundamentalmente de hidrógeno. Según eso, podríamos pensar que la luz que nos llega del Sol debería estar formada por muy pocos tipos de fotones (los característicos del espectro de emisión del hidrógeno). Pero no es así; el espectro de la luz solar es casi continuo. Su continuidad se explica porque los cuerpos muy calientes suelen producir todo tipo de radiaciones, fenómeno que la física de los llamados cuerpos negros explica muy bien.

El hecho de que el espectro solar sea casi continuo y no continuo del todo tiene otra explicación. En la atmósfera solar hay muchos elementos químicos, aunque sea en pequeñas concentraciones. Esos elementos (y los de la atmósfera terrestre) absorben parte de la radiación continua del Sol. Es como si actuaran de filtros. Por eso, cuando se registra en la Tierra el espectro de la luz del Sol a muy alta resolución se observan numerosas líneas negras (miles de ellas). Estas líneas se llaman de Fraunhofer en honor del científico que las investigó en profundidad por primera vez hace ahora casi doscientos años.

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Como curiosidad, entre estas líneas se encontraron unas que nunca habían sido observadas en nuestro planeta. Se supuso (correctamente) que correspondían a un elemento que se encontraba en abundancia en el Sol y por eso se le dio el nombre de helio (por el dios del Sol griego). Años más tarde se descubrió helio también en la Tierra.

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Una respuesta para "Espectroscopía atómica (I): Tipos de espectros atómicos"

  1. Francisco Javier Zarzuela Martín   8 - Noviembre - 2012 at 15:48

    Oración :
    “Te pedimos Señor, en tu Infinita Misericordia, actúes por esta nuestra angustia de tus hijos queridos, en favor de nuestros profesores, para que conmoviendo sus entrañas, tengan a bien Ilustrar el libro de química como conviene”.
    Adjuntamos -véase arriba- modelo de intención.
    Tus UNED de Primero.

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