El átomo y sus partículas subatómicas

1.1 El átomo y sus partículas (subatómicas)…………………………….11.1.1 Rayos Catódicos y Rayos anódicos……………………………………21.1.2 Radiactividad……………………………………………………………31.2 Base experimental de la teoría cuántica. ………………………………..61.2.1 Teoría ondulatoria de la luz…………………………………………….71.2.2 Radiación del cuerpo negro y teoría de Planck. ………………………81.2.3 Efecto fotoeléctrico. …………………………………………………..101.2.4 Espectros de emisión y series espectrales…………………………...11

EL ATOMO Y SUS PARTICULAS SUBATOMICAS 2012

22/11/2012

INVESTIGACION QUIMICA UNIDAD I

I.S.C.


1.1El átomo y sus partículas (subatómicas)

La palabra átomo proviene del idioma griego y significa “no divisible o indivisible” por lo que el átomo se consideraría la partícula más pequeña de la materia que no se puede dividir. Este concepto fue inventado por Demócrito en el400a.c.yen aquella época se creía que el átomo era efectivamente la partícula más pequeña posible de la materia (lo cual no es cierto ya que hay partículas subatómicas) En los átomos se reconoce la existencia de partículas con carga eléctrica negativa, llamados electrones, los cuales giran en diversas "órbitas" o niveles de energía, alrededor de un núcleo central con carga eléctrica positiva. El átomo en su conjunto y sin la presencia de perturbaciones externas es eléctricamente neutro. Centro del núcleo se encuentran otras partículas, los protones, que poseen carga eléctrica positiva, y los neutrones que no poseen carga eléctrica. Así pues dentro del átomo encontramos: EL ELECTRÓN: Es una partícula elemental con carga eléctrica negativa igual a1,602x10-19 Coulomb y masa igual a9,1083x10-28 g, que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos EL NEUTRÓN: Es una partícula elemental eléctricamente neutra y masa ligeramente superior a la del protón, que se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos EL PROTÓN: Es una partícula elemental con carga eléctrica positiva igual a 1,602x10-19 Coulomb y cuya masa es 1837 veces mayor que la del electrón. La misma se encuentra formando parte de los átomos de todos los elementos. En un átomo de un elemento cualquiera se tiene la misma cantidad de protones y de electrones. Esta cantidad recibe el nombre de número atómico, y se designa por la letra "Z". A la cantidad total de protones más neutrones presentes en un núcleo atómico se denominan número másico y se designa por la letra "A".

Si designamos por "X" a un elemento químico cualquiera, su número atómico y másico se

representa por la siguiente simbología: AX zPor ejemplo, para el Sodio tenemos:


Así el número de neutrones resulta de la ecuación neutrones (n) = A – Z

1.1.1 Rayos Catódicos y Rayos anódicos Rayos catódicos:

Los rayos catódicos se descubrieron mediante, un experimento mediante lo que se llamó tubo de descarga, un tubo hermético donde se encierra un gas enrarecido, y dos electrodos en los extremos, cátodos (-) y ánodo (+), unidos a una corriente alto voltaje. El paso de corriente iba acompañado de una luminiscente en el extremo opuesto al cátodo.

Este experimento demostró la existencia de los rayos catódicos y que se alejaban del cátodo en línea recta ya que en él la parte del ánodo se reflejaba una luz. Por eso se supo que eran de naturaleza negativa.

Si se introduce en un campo magnético un cátodo, todo ello dentro de un tubo hermético donde se introduce un gas enrarecido, la luz de los rayos catódicos se dirigía hacia la placa positiva del campo magnético, por lo que se comprobó que se comportaban como una corriente eléctrica de carga negativa. A partir del descubrimiento de los rayos catódicos J.J. Thompson llegó a la conclusión de que las partículas de los rayos catódicos debían de ser partículas constituyentes fundamentales de toda la materia:

Los electrones Carga negativa La masa del electrón es minúscula, por eso seda como inexistente.

Rayos canales o rayos anódicos:


El físico E. Goltein para estudiar el fenómeno del tubo de descarga uso un cátodo perforado e introdujo H2 gas enrarecido. Esto produjo una radiación que se reflejaba detrás del cátodo lo indicaba que procedían del ánodo. A estas radiaciones las llamó rayos canales o rayos anódicos.

Este experimento demostró la existencia de los rayos canales, y que tienen una naturaleza positiva ya que salen del ánodo. Si se introduce en un campo magnético un ánodo, todo ello dentro de un tubo hermético donde se introduce un gas enrarecido, la luz de los rayos catódicos

Se dirigía hacia la placa negativa del campo magnético, por lo que se comprobó que se comportaban como una corriente eléctrica de carga positiva. Las partículas de los rayos anódicos debían de ser otras partículas constituyentes fundamentales de toda la materia, y esa partícula distinta del electrón coincidía con el núcleo delH2 que era el gas que se encontraba dentro del tubo de descarga, esa partícula es él: Protón Carga positiva Masa1840 veces mayor que la del electrón, su masa es de1u.m.a

1.1.2 Radiactividad

Radioactividad natural: Fue una casualidad que hizo que Becquerel que tenía una placa fotográfica en un cajón se le veló y se preguntó ¿por qué?, creyó que se debía a que tenía un metal que emitía unas radiaciones penetrantes. Hizo ensayos con uranio en frió, caliente, pulverizado disuelto en ácido y comprobó que la intensidad de la reacción es siempre la misma. La radioactividad no depende de la forma física del cuerpo radioactivo sino que es una cualidad que radica en el interior del cuerpo, solo se origina en el núcleo del átomo, la causa que se cree que ocurre es, la relación entre el número de protones y neutrones del núcleo. Los núcleos estables la relación entre número de protones y de neutrones es más o menos 1, pero en los radioactivos puede llegar a 1,6. Posteriormente a Becquerel los esposos Curie descubrieron otros dos elementos más radioactivos que le uranio, el polonio y el radio, se conoce en la actualidad más de 100 isótopos radioactivos naturales, son pesados con el numero atómico elevado (+80). Los objetos radiactivos emiten radiaciones: alfa (), beta (), gamma ().


Partículas ALFA: son partículas de helio, son de naturaleza positiva y se desplazan al lado negativo. No traspasan una hoja de papel o la piel, su excesivo tamaño hace que su velocidad sea menor que las otras al igual que su penetración. Partículas BETA: son electrones, tienen masa 0 y car ga-1, mucha menos mas a que las partículas alfa y mucho más rápidas y con mucho mayor poder de penetración por la desintegración de los neutrones. Radiaciones GAMMA: es una onda electromagnética, es como la luz pero con menor longitud de onda, no tiene carga, se propaga a la velocidad de la luz, tiene laque más poder de penetración tiene.

Leyes de Soddy y Fajans o de la desintegración radiactiva:

Cuando UN núcleo radiactivo emite una partícula alfa se convierte en UN núcleo con una masa y UN número atómico de2unidadesmenor.

Cuando UN núcleo radiactivo emite una radiación beta se transforma en UN núcleo distinto que tiene la misma masa y el número atómico aumenta en 1.

Cuando un núcleo radiactivo emite radiación gamma no altera ni masa ni carga.

Periodo de semi desintegración de un cuerpo radiactivo Es el tiempo necesario para que el número atómico radiactivo de una muestra se reduzca a la mitad, cambia de uno sus elementos a otros, unos tardan días o años otros segundos. Se representa con la letra T. Vida media Se llama vida media de un cuerpo radiactivo a la media de la vida de todos os átomos presentes en muestra se obtiene sumando todas las vidas y dividiendo por el número de átomos radiactivos presentes en el momento inicial. Se representa con T'. Actividad radiactiva Es el número de desintegración que experimenta un elemento por segundo. La unidad de la actividad radiactiva es el curie. Radioactividad artificial: Se produce el bombardear ciertos núcleos estables con partículas apropiada, si la energía de


estas partículas tiene un valor adecuado, penetran dentro del núcleo, lo bombardean y forman un nuevo núcleo que en caso de ser inestable se desintegra radiactivamente de este modo se origina la radiactividad artificial. La descubrió los esposos Joliot "Curie, al bombardear aluminio y el boro con partículas alfa:

No siempre que se lleva acabo se consigue un isótopo radiactivo. Es frecuente cambiar un núcleo por otro cuando se produce el bombardeo se llama desintegración o transmutación atómica la primera la obtuvo Rutherford al bombardear:

Para conseguir que las partículas que se usan para bombardear penetren al núcleo tienen que tener una energía elevada por que han de salvar los campos eléctricos que poseen los electrones de la corteza y los protones del núcleo. Se usan: deuterios, neutrones (normalmente), electrones, protones, partículas alfa. Fisión nuclear Consiste en romper un núcleo pesado en otros más ligeros a la vez que se libera neutrones y grandes cantidades de energía, para ello hay que bombardear el núcleo, se usa el neutrón. A comienzos del siglo XX dos químicos alemanes rompieron el núcleo de U235al bombardearlo con neutrones y se rompe en bario, kriptón, 3 neutrones y grandes cantidades de energía, produciendo una reacción en cadena, en ella se produce una pérdida de masa que es la que se transforma en energía de acuerdo con la fórmula de Einstein. Para que se produzca una reacción en cadena tiene que haber cierto equilibrio en el conjunto de átomos fisionables por lo que es necesario una masa mínima que es la masa crítica. La enorme cantidad de energía que se obtiene se aprovecha par reactores nucleares que se usan hoy en las centrales nucleares para producir energía eléctrica. Pero a la vez que se usa para barcas, centrales también se usa mal, como la bomba atómica (Bomba A).En Nagasaki e Hiroshima al explotar la temperatura subió a millones y la presión también a millones, luego esta intentó bajar y creó una barrea de presión que destruyó todo a su paso para igualar la presión normal. Fusión Nuclear Consiste en la unión de núcleos ligeros para crear otros más pesados mientras se desprenden grandes cantidades de energía, desprenden más energía que la de fisión. Se usa el tritio y el deuterio para formar helio, pero se necesitan mucha energía para fusionarse, cosa que en el sol es algo normal. Puede ser bien o mal usada. Si se utiliza bien podría convertirse en la energía del futuro, aún es algo desconocida, pero si se usa mal se puede hacer la


Bomba H, más peligrosa que la A. La energía se mide en Megatones que es la energía que libera en su explosión un millón de toneladas de trinitrotolueno, también en kilotones.

1.2 Base experimental de la teoría cuántica.

Teoría cuántica, teoría física basada en la utilización del concepto de unidad cuántica para describir las propiedades dinámicas de las partículas subatómicas y las interacciones entre la materia y la radiación. Las bases de la teoría fueron sentadas por el físico alemán Max Planck, que en1900 postuló que la materia sólo puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades discretas llamadas cuantos. Otra contribución fundamental al desarrollo de la teoría fue el principio de incertidumbre, formulado por el físico alemán Werner Heisenbergen 1927, y que afirma que no es posible especificar con exactitud simultáneamente la posición y el momento lineal de una partícula subatómica. La teoría cuántica fue primeramente introducida por Planck, en1900.Max Planck, (1858 ± 1947) nacido en Kiel, Alemania el23 de abrilde1858. `Es el padre de la cuántica´. Planck dedujo la hipótesis de la discontinuidad de la energía y en el año de1900 Planck descubre los cuantos y formula la teoría que lo haría famoso, y quedaría nacimiento a un campo desconocido hasta entonces, la Mecánica Cuántica, la cual da una nueva y muy especial forma de ver los fenómenos físicos. Gracias a sus esfuerzos, y muy merecidamente, Planck recibió el premio Nobel de Física en1918.Max Planck muere el 4 deoctubrede1947. Planck retomó la teoría defendida hace tiempo por Newton, la cual en ese entonces ya no tenía validez alguna. Newton consideraba a la luz como un haz de corpúsculos que se propagaban en línea recta, al aparecer la teoría ondulatoria de Huygens (1678), la teoría de los corpúsculos de Newton se vio destruida, pero era retomada nuevamente por Plancken1900. La teoría cuántica básicamente nos dice que la luz no llega de una manera continua, sino que está compuesta por pequeños paquetes de energía, a los que llamamos cuantos. Estos cuantos de energía se llaman fotones. Toda luz que nos llega viene por pequeños paquetes, no es continua. Los fotones son las partículas `fundamentales´ de la luz, así como los electrones son las partículas fundamentales de la materia, esta analogía es la que sirvió para realizar el descubrimiento del carácter cuántico de la luz. Por esta misma analogía, años después, de Broglie desarrolló la teoría que formula que la materia también tiene un carácter ondulatorio. La carga eléctrica y la energía tienen una estructura granular (está formada por cuantos), al igual que la materia.

La teoría cuántica ha servido para demostrar los fenómenos que no se pudieron explicar con la teoría ondulatoria de la luz, pero hay fenómenos que no pueden ser explicados con la teoría cuántica, y además hay ciertos fenómenos que pueden ser explicados por ambas teorías.

1.2.1 Teoría ondulatoria de la luz


Propugnada por Christian Huygensen el año 1678, describe y explica lo que hoy se considera como leyes de reflexión y refracción. Define a la luz como un movimiento ondulatorio semejante al que se produce con el sonido. Ahora, como los físicos de la época consideraban que todas las ondas requerían de algún medio que las transportaran en el vacío, para las ondas lumínicas se postula como medio a una materia insustancial e invisible a la cual se le llamó éter (cuestión que es tratada con mayores detalles en la separata 4.03 de este mismo capítulo). Justamente la presencia del éter fue el principal medio cuestionador de la teoría ondulatoria. En ello, es necesario equiparar las vibraciones luminosas con las elásticas transversales de los sólidos sin que se transmitan, por lo tanto, vibraciones longitudinales. Aquí es donde se presenta la mayor contradicción en cuanto a la presencia del éter como medio de transporte de ondas, ya que se requeriría que éste reuniera alguna característica sólida pero que a su vez no opusiera resistencia al libre tránsito de los cuerpos sólidos. (Las ondas transversales sólo se propagan a través de medios sólidos.)En aquella época, la teoría de Huygens no fue muy considerada, fundamentalmente por el prestigio que alcanzó Newton. Pasó más de un siglo para que fuera tomada en cuenta la Teoría Ondulatoria de la luz. Los experimentos del médico inglés Thomas Young sobre los fenómenos de interferencias luminosas, y los del físico francés Auguste Jean Fresnel sobre la difracción fueron decisivos para que ello ocurriera y se colocara en la tabla de estudios de los físicos sobre la luz, la propuesta realizada en el siglo XVII por Huygens. Young demostró experimentalmente el hecho paradójico que sedaba en la teoría corpuscular de que la suma de dos fuentes luminosas puede producir menos luminosidad que por separado. En una pantalla negra practicados minúsculos agujeros muy próximos entre sí: al acercar la pantalla alojo, la luz de un pequeño y distante foco aparece en forma de anillos alternativamente brillantes y oscuros. ¿Cómo explicar el efecto de ambos agujeros que por separado darían un campo iluminado, y combinados producen sombra en ciertas zonas? Young

Logra explicar que la alternancia de las franjas por la imagen de las ondas acuáticas. Si las ondas suman sus crestas hallándose en concordancia de fase, la vibración resultante será intensa. Por el contrario, si la cresta de una onda coincide con el valle de la otra, la vibración resultante será nula. Deducción simple imputada a una interferencia y se embrión la idea de la luz como estado vibratorio de una materia insustancial e invisible, el éter, al cual se le resucita. Ahora bien, la colaboración de Auguste Fresnel para el rescate de la teoría ondulatoria de la luz estuvo dada por el a porte matemático que le dio rigor a las ideas propuestas por Young y la explicación que presentó sobre el fenómeno de la polarización al transformar el movimiento ondulatorio longitudinal, supuesto por Huygens y ratificado por Young, quien creía que las vibraciones luminosas se efectuaban


en dirección paralela a la propagación de la onda luminosa, en transversales. Pero aquí, y pese a las sagaces explicaciones que incluso rayan en las adivinanzas dadas por Fresnel, inmediatamente queda presentada una gran contradicción a esta doctrina, ya que no es posible que se pueda propagar en el éter la luz por medio de ondas transversales, debido a que éstas sólo se propagan en medios sólidos. En su trabajo, Fresnel explica una multiplicidad de fenómenos manifestados por la luz polarizada. Observa que dos rayos polarizados ubicados en un mismo plano se interfieren, pero no lo hacen si están polarizados entre sí cuando se encuentran per perpendicularmente. Este descubrimiento lo invita a pensar que en un rayo polarizado debe ocurrir algo perpendicularmente en dirección a la propagación y establece que ese algo no puede ser más que la propia vibración luminosa. La conclusión se impone: las vibraciones en la luz no pueden ser longitudinales, como Young lo propusiera, si no perpendiculares a la dirección de propagación, transversales. Las distintas investigaciones y estudios que se realizaron sobre la naturaleza de la luz, en la época en que nos encontramos de lo que va transcurrido del relato, engendraron aspiraciones de mayores conocimientos sobre la luz. Entre ellas, se encuentra la de lograr medir la velocidad de la luz con mayor exactitud que la permitida por las observación es astronómicas. Hippolyte F izeau (1819- 1896) concretó el proyecto en 1849 con un clásico experimento .Al hacer pasar la luz reflejada por dos espejos entre los intersticios de una rueda girando rápidamente, determinó la velocidad que podría tener la luz en su trayectoria, que estimó aproximadamente en 300.000 km. /s. Después de Fizeau, lo siguió León Foucault (1819 ± 1868) al medir la velocidad de propagación de la luz a través del agua. Ello fue de gran interés, ya que iba a servir de criterio entre la teoría

Corpuscular y la ondulatoria. La primera, como señalamos, requería que la velocidad fuese mayor en el agua que en el aire; lo contrario exigía, pues, la segunda. En sus experimentos, Foucault logró comprobar, en1851, que la velocidad de la luz cuando transcurre por el agua es inferior a la que desarrolla cuando transita por el aire. Con ello, la teoría ondulatoria adquiere cierta preeminencia sobre la corpuscular, y pavimenta el camino hacia la gran síntesis realizada por Maxwell.

1.2.2 Radiación del cuerpo negro y teoría de Planck.

Un cuerpo negro es un objeto teórico o ideal que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él. Nada de la radiación incidente se refleja o pasa a través del cuerpo negro. A pesar de su nombre, el cuerpo negro emite luz y constituye un modelo ideal físico para el estudio de la emisión de radiación electromagnética. El nombre Cuerpo negro fue introducido por Gustav Kirchhoff en 1862.La luz emitida por un cuerpo negro se denomina radiación de cuerpo negro. Todo cuerpo emite energía en forma de ondas


electromagnéticas, siendo esta radiación, que se emite incluso en el vacío, tanto más intensa cuando más elevada es la temperatura del emisor. La energía radiante emitida por un cuerpo a temperatura ambiente es escasa y corresponde a longitudes de onda superiores a las de la luz visible(es decir, de menor frecuencia).Al elevar la temperatura no sólo aumenta la energía emitida sino que lo hace a longitudes de onda más cortas; a esto se debe el cambio de color de un cuerpo cuando se calienta. Los cuerpos no emiten con igual intensidad a todas las frecuencias o longitudes de onda, sino que siguen la ley de Planck. A igualdad de temperatura, la energía emitida depende también de la naturaleza de la superficie; así, una superficie mateo negra tiene un poder emisor mayor que una superficie brillante. Así, la energía emitida por un filamento de carbón incandescente es mayor que la de un filamento de platino a la misma temperatura. La ley de Kirchhoff establece que un cuerpo que es buen emisor de energía es también buen absorbente de dicha energía. Así, los cuerpos de color negro son buenos absorbentes y el cuerpo negro es un cuerpo ideal, no existente en la naturaleza, que absorbe toda la energía.

Teoría de Planck:

En 1900 emitió una hipótesis que interpretaba los resultados experimentales satisfactoriamente como los cuerpos captaban o emitían energía. Según Planck, la energía emitida o captada por un cuerpo en forma de radiación electromagnética es siempre un múltiplo de la constante h, llamada posteriormente constante de Planck por la frecuencia v de la radiación. =nhvh=6, 62 10±34 J s, constante de Planck v=frecuencia de la radiación A hv le llamó cuanto de energía. Que un cuanto sea más energético que otro dependerá de su frecuencia. L terminar. Max Planck y la teoría cuántica Fue premiado con el Nobel y considerado el creador de la teoría cuántica. Albert Einstein dijo: `Era un hombre a quien le fue dado aportar al mundo una gran idea creadora´. De esa idea creadora nació la física moderna. Planck estudió en las universidades de Múnich y Berlín. Fue nombrado profesor de física en la Universidad de Kiel en1885, y desde1889 hasta1928ocupó el mismo cargo en la Universidad de Berlín.En1900 Planck formuló que la energía se radia en unidades pequeñas separadas denominadas cuantos. Avanzando en el desarrollo de esta teoría, descubrió una constante de naturaleza universal que se conoce como la constante de Planck. La ley de Planck establece que la energía de cada cuanto es igual a la frecuencia de la radiación multiplicada por la constante universal. Sus descubrimientos, sin embargo, no invalidaron la teoría de que la radiación se propagaba por ondas. Los físicos en la actualidad creen que la radiación electromagnética combina las propiedades de las ondas y de las partículas. Los descubrimientos de Planck, que fueron verificados posteriormente por otros científicos, fueron el nacimiento de un campo totalmente nuevo de la física, conocido como mecánica cuántica y proporcionaron los cimientos para la investigación en campos como el de la energía atómica. Reconoció


en1905 la importancia de las ideas sobre la cuantificación de la radiación electromagnética expuestas por Albert Einstein, con quien colaboró a lo largo de su carrera. El propio Planck nunca avanzó una interpretación significativa de sus quantums.En1905 Einstein, basándose en el trabajo de Planck, publicó su teoría sobre el fenómeno conocido como efecto fotoeléctrico. Dados los cálculos de Planck, Einstein demostró que las partículas cargadas absorbían y emitían energías en cuantos finitos que eran proporcionales a la frecuencia de la luz o radiación.En1930, los principios cuánticos formarían los fundamentos de la nueva física. Planck recibió muchos premios, especialmente, el Premio Nobel de Física, en1918.En1930 Planck fue elegido presidente de la Sociedad Káiser Guillermo para el Progreso de la Ciencia, la principal asociación de científicos alemanes, que después se llamó Sociedad Max Planck. Sus críticas abiertas al régimen nazi que había llegado al poder en Alemania en1933le forzaron a abandonar la Sociedad, de la que volvió a ser su presidente al acabar la II Guerra Mundial. La oposición de Max Planck al régimen nazi, lo enfrentó con Hitler. En varias ocasiones intercedió por sus colegas judíos ante el régimen nazi. Max Planck sufrió muchas tragedias personales después de la edad de 50 años. En 1909, su primera esposa murió después de 22 años de matrimonio, dejando dos hijos y dos hijas gemelas. Su hijo mayor murió en el frente de combate en la Primera Guerra Mundial en 1916; sus dos hijas murieron de parto. Durante la Segunda Guerra Mundial, su casa en Berlín fue destruida totalmente por las bombas en 1944 y su hijo más joven, Edwin, fue implicado en la tentativa contra la vida de Hitler que se efectuó el 20 de julio de 1944 murió de forma horrible en manos de laGestapoen1945. Todo este cúmulo de adversidades, aseguraba su discípulo Max vonLaue, las soportó sin una queja. Al finalizar la guerra, Planck, su segunda esposa y el hijo de ésta, se trasladaron a Göttingen donde él murió a los 90años, el4 de octubrede1947. Max Planck hizo descubrimientos brillantes en la física que revolucionaron la manera de pensar sobre los procesos atómicos y subatómicos. Su trabajo teórico fue respetado extensamente por sus colegas científicos. Entre sus obras más importantes se encuentran Introducción a la física teórica (5 volúmenes, 1932±1933) y Filosofía de la física (1936).

1.2.3 Efecto fotoeléctrico.

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material cuando se hace incidir sobre él radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general). El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultra violeta que cuando se deja en la oscuridad. La explicación teórica fue hecha por Albert Einstein, quien publicó en 1905 el revolucionario artículo `Heurística de la generación y conversión de la luz´, basando su formulación de la foto electricidad en una extensión del trabajo sobre los cuantos de Max Planck. Más tarde


Robert Andrews Millikan pasó diez años experimentando para demostrar que la teoría de Einstein no era correcta, para finalmente concluir que sí lo era. Eso permitió que Einstein y Millikan fueran condecorados con premios Nobel en 1921 y 1923, respectivamente.

1.2.4 Espectros de emisión y series espectrales

El espectro de emisión atómica de un elemento es un conjunto de frecuencias de las ondas electromagnéticas emitidas por átomos de ese elemento, en estado gaseoso, cuando se le comunica energía. El espectro de emisión de cada elemento es único y puede ser usado para determinar si ese elemento es parte de un compuesto desconocido. Si colocamos un tubo con hidrógeno calentado a alta temperatura, esto produce que emita radiaciones, y cuando éstas se hacen pasar a través de un prisma de cuarzo se refractan, y se desvían. Cuando salen del prisma, las radiaciones se encuentran separadas en la placa detectora. Las características del espectro de emisión de algunos elementos son claramente visibles al ojo descubierto cuando estos elementos son calentados. Por ejemplo, cuando un alambre de platino es bañado en una solución de nitrato de estroncio y después es introducido en una llama, los átomos de estroncio emiten color rojo. De manera

Similar, cuando el cobre es introducido en una llama, ésta se convierte en luz verde. Estas caracterizaciones determinadas permiten identificar los elementos mediante su espectro de emisión atómica. Líneas Espectrales es una línea oscura o brillante en un espectro uniforme y continuo, 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 una línea de emisión. En el caso de existir una carencia de fotones, se habla de una línea de absorción. El estudio de las líneas espectrales permite realizar un análisis químico de cuerpos lejanos, 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 son el resultado de la interacción entre un sistema cuántico “por lo general, átomos, pero algunas veces moléculas o núcleos atómicos” y fotones.


Cuando un fotón tiene una energía muy cercana a la necesaria para cambiar el estado de energía del sistema (en el caso del átomo el cambio de estado de energía sería un electrón cambiando de orbital), el fotón es absorbido. Tiempo después, será remitido, ya sea en la misma frecuencia “o0 longitud de onda” que originalmente tenía o en forma de cascada, es decir una serie de fotones de diferente frecuencia. La dirección en la que el nuevo fotón será remitido estará relacionada con la dirección de dónde provino el fotón original. Dependiendo del tipo de gas, la fuente luminosa y lo que arribe al detector, se pueden producir dos tipos de líneas: de emisión o de absorción. Si el gas se encuentra entre el detector y la fuente de luz “la cual, por lo general, se tratar á de una fuente con espectro continuo”, de tal forma que el detector pueda observar el espectro tanto del gas como de la fuente, se observar a una disminución de la intensidad de la luz en la frecuencia del fotón incidente, debido a que la mayor parte de los fotones remitidos saldrán en direcciones diferentes a las que poseían los fotones originales. En este caso se observará una línea de absorción. Por otro lado, si el detector es capaz de observar el gas, pero no puede ver la fuente de luz, se observarán solamente los fotones remitidos, resultando en líneas de emisión.

La posición de las líneas espectrales depende del átomo o molécula que las produzca. Debido a lo anterior, estas líneas son de gran utilidad para identificar la composición química de cualquier medio que permita pasar la luz a través de él. Varios elementos químicos se han descubierto gracias a la espectroscopia. Entre algunos de éstos están el helio, el talio y el cerio. Las líneas espectrales también dependen de las condiciones físicas del gas. Por esta razón, son comúnmente utilizadas para determinar las características físicas, además de la composición química, de estrellas y otros cuerpos celestes, para los cuales no existe ningún otro método de análisis.

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