Espectros de emision DELR

BENEMERITA UNIVERSIDAD AUTONOMA DE PUEBLA
FACULTAD DE CIENCIAS FISICO-MATEMATICAS
FISICA MODERNA CON LABORATORIO
ESPECTROS DE EMISIÓN
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ARJONA SUDEK RODRIGO
MIGUEL CHUMACERO ELIANE
PATIÑO VILLAGOMEZ DANIEL ALBERTO
TEPANECATL FUENTES LAURA ALEJANDRA
Otoño 2011
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Introducción
Mucha gente piensa que Newton descubrió que un prisma produce un espectro de la luz del
sol, pero el trabajo de Newton con los prismas es famoso porque él identificó la fuente de los
colores.
Al principio, Newton no tenia forma de saber si el prisma estaba creando colores a partir de la
luz blanca o si los separaba, así postuló distintas hipótesis que no funcionaron, hasta que llegó
a la de que los distintos colores estaban presentes todo el tiempo en la luz blanca, pero se
refractaba de distintos modos. Para probarlo, Newton realizó lo que él llamo un experimento
crucial. Perforó un orificio en dos cartones, colocó el primero con el orificio cerca de la
ventana, y el segundo a unos 3m. Utilizo dos prismas, a cada lado del segundo cartón. Coloco
al primer prisma de modo que solo dejara pasar por el orificio del segundo luz roja y observo
que esta incidía en la pared, después de pasar por el segundo prisma en un punto (P).
Posteriormente, sin mover el segundo prisma giro al que estaba cerca de la ventana hasta
dejar que solo pasara luz violeta atreves del orificio del segundo cartón. Si la hipótesis era
correcta, el segundo prisma debería desviar más la luz violeta que lo que desvío la luz roja y la
mancha luminosa sobre la pared debería estar mas bajo. Esto fue lo que ocurrió. De éste
experimento y de otros, Newton concluyó que:
1. La luz blanca no es de un solo color, sino de una mezcla de muchos colores.
2. En un prisma los colores ya existen en la luz blanca. No crea colores.
3. Cada color se refracta con un ángulo diferente debido al prisma y esto produce un
espectro.
La distribución ordenada de longitudes de onda que puede observarse directamente con el ojo
mediante un espectroscopio se denomina espectro, así el espectro es la gamma total de
radiación electromagnética con diferentes longitudes de onda y frecuencia.
Sabemos de lo anterior, que si hacemos pasar luz blanca a través de un prisma ocurre el efecto
de dispersión, que consiste en la separación de las longitudes de onda que forman el rayo
incidente, la luz blanca al descomponerse produce un espectro continuo que contiene a la
gama de colores de las longitudes de onda que la conforman
Las longitudes de onda de la luz emitida por sólidos o gases calientes dependen de la
naturaleza de la sustancia emisora y de su temperatura. Los elementos químicos en estado
gaseoso sometidos a temperaturas elevadas, altas presiones y ser expuestos a descargas
eléctricas emiten fotones al provocar saltos entre niveles energéticos de los electrones y
producen espectros discontinuos en los que aparecen líneas que corresponden a emisiones de
sólo algunas longitudes de onda. Al ser pasada ésta luz por un prisma o rejilla de difracción es
posible separar los colores del espectro electromagnético que la compone. El conjunto de
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líneas espectrales que se obtiene para un elemento concreto es siempre el mismo, y cada
elemento produce su propio espectro, diferente al de cualquier otro.
La energía para que se logren emitir dichas longitudes de onda para cada elemento está
relacionada con
𝐸𝑓𝑜𝑡𝑜𝑛 = ℎ𝜈
Dónde 𝐸 es la energía, ℎ es la constante de Plank y 𝜈 es la frecuencia la cual se relaciona con:
𝑐
𝜆
Dónde c es la velocidad de la luz en el vacío y 𝜆 la longitud de onda.
𝜈=
Por otro lado, si hacemos pasar luz blanca a través de una sustancia antes de atravesar el
prisma sólo pasarán aquellas longitudes de onda que no hayan sido absorbidas por la sustancia
y se obtiene un espectro de absorción.
Cuando se compara un espectro de emisión de un elemento con el de absorción del mismo se
ve que éstos se complementan.
Objetivo
Determinar a qué gases pertenecen los espectros de emisión de los tubos espectrales
observados a través de una rejilla de difracción en el laboratorio comparándolos con los
espectros ya conocidos.
Desarrollo experimental
1. Materiales:
-Rejilla de difracción
-Lámparas con diferentes elementos químicos gaseosos. (Tubos espectrales)
-Kit para colocar las lámparas.
-Fuente de voltaje
-variac
2. Montaje experimental
Se utilizó el kit para colocar las lámparas, es decir el soporte dónde con ayuda de la
fuente de voltaje y el variac se elevó su temperatura. Luego, se utilizaron las rejillas de
difracción para la observación. El montaje experimental se ve en la siguiente figura:
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Ilustración 1. Montaje experimental
3. Procedimiento experimental
Para lograr ver el espectro de emisión de diferentes gases, es decir las lineas de emisión
correspondientes a cada elemento, se colocaron las lámparas que contenían distintos
elementos químicos gaseosos en la base especial como se muestra en el punto dos del
montaje experimental.
Esperamos algunos minutos para que se incrementara la temperatura de dichos gases y con
ayuda de las rejillas de difracción observamos hacía las lámparas para poder ver los colores
que emitían, que como se explicó en la introducción son característicos de cada elemento.
Hicimos las anotaciones pertinentes a las observaciones para después con base en ellas y las
fotografías tomadas poder hacer un análisis espectral y determinar el elemento
correspondiente a cada espectro.
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Resultados
A continuación se muestran las anotaciones que nuestro equipo realizó en cada observación
el orden es secuencial relacionado con el orden en que se fue colocando cada tubo espectral.
También se muestra la fotografía correspondiente a cada caso.
1. Azul, verde, amarillo, rojo/naranja
2. Violeta, verde, amarillo, rojo, naranja
3. Violeta, azul, verde, amarillo, rojo
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4. Violeta, azul, verde, naranja, rojo
5. Violeta, verde, amarillo, rojo
Análisis
Debido a que el objetivo es determinar el gas que corresponde al espectro de emisión
observado en cada caso, con base en los resultados y a través de un análisis del equipo
tenemos que cada observación corresponde a lo siguiente:
1. Las líneas de emisión más sobresalientes de lo observado corresponden al espectro del
hidrógeno.
2. El espectro de emisión del segundo gas es el de el argón el cual muestra una gama
amplia de líneas de emisión
Argón
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3. El tercer gas nos muestra el espectro del neón, a continuación presentamos el
espectro aceptado para una mejor comparación.
Neón
4. Después de un análisis de la distribución, recurrencia y colores de las líneas de emisión
del cuarto gas de la siguiente figura en comparación con la fotografía del experimento,
vemos que corresponde al oxígeno.
Oxígeno
5. Finalmente, a continuación mostramos la imagen aceptada del espectro de emisión
del mercurio, que nos sirvió para concluir que el quinto gas se trataba de éste. Lo que
lleva a esta conclusión principalmente es que como se puede observar el la figura del
quinto gas de la parte de resultados las líneas de emisión de la parte azul del espectro
sobresalen mucho.
Mercurio
Conclusión
Consideramos importante la actividad realizada en éste experimento pues en muchas áreas de
la ciencia se usa la espectrometría para reconocer los elementos de los cuales está compuesta
alguna sustancia o por ejemplo, en el caso de la astronomía un cuerpo celeste, a través de los
espectros de emisión o de absorción que se han observado ha sido posible determinar los
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componentes del sol, de los planetas de nuestro sistema solar e incluso de estrellas o
nebulosas lejanas.
El reconocimiento de los elementos a través del espectro ya sea de absorción o de emisión, no
es una tarea sencilla pues requiere de observación, análisis y mucha práctica para evitar
confusiones, al ser éste nuestro primer acercamiento con un trabajo de éste tipo y al ser las
condiciones de observación no las más optimas, pues hoy en día existen espectrómetros más
avanzados para ésta tarea, podemos concluir que puede haber un cierto error en nuestras
observaciones, no obstante hay algunos elementos claves de nuestro análisis que ayudados
con las fotografías que se tomaron en la práctica grupal nos dieron la certeza de concluir que
los gases observados son los que se mencionan el la parte de análisis.
Bibliografía
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Harvey E. White, Física Moderna, Limusa, Volumen 1, 2001, pp 660-673.
http://herramientas.educa.madrid.org/tabla/espectros/spespectro.html
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