¿Qué es el epectro de emisión? (Con ejemplos)
El espectro de emisión es el espectro de longitudes de onda de la luz emitida por los átomos y moléculas al realizar una transición entre dos estados de energía. La luz blanca o la luz visible que incide en un prisma se descompone en diferentes colores con longitudes de onda específicas para cada color. El patrón de colores que se obtiene es el espectro de radiación visible de luz llamado espectro de emisión.
Los átomos, las moléculas y las sustancias también tienen un espectro de emisión debido a la emisión de luz cuando absorben la cantidad de energía adecuada del exterior para transitar entre dos estados de energía. Al hacer pasar esta luz a través de un prisma, se descompone en líneas de colores espectrales con diferentes longitudes de onda propias de cada elemento.
La importancia del espectro de emisión es que permite determinar la composición de sustancias desconocidas y de objetos astronómicos a través del análisis de sus líneas espectrales utilizando las técnicas de espectroscopia de emisión.
A continuación, se explica en qué consiste y cómo se interpreta el espectro de emisión, se mencionan algunos ejemplos y las diferencias que existen entre el espectro de emisión y el de absorción.
Índice del artículo
- 1 ¿Qué es un espectro de emisión?
- 2 Interpretación del espectro de emisión
- 3 Diferencia entre el espectro de emisión y el espectro de absorción.
- 4 Ejemplos de espectros de emisión de elementos químicos
- 5 Referencias
Los átomos de un elemento o de una sustancia poseen electrones y protones que se mantienen unidos gracias a la fuerza de atracción electromagnética. De acuerdo al modelo de Bohr los electrones están dispuestos de tal manera que la energía del átomo es la más baja posible. A este nivel de energía de energía se le llama estado fundamental del átomo.
Cuando los átomos adquieren energía del exterior los electrones se mueven hacia un nivel de energía superior y el átomo cambia su estado fundamental a un estado excitado.
En el estado excitado el tiempo de permanencia del electrón es muy pequeño (≈ 10-8 s) (1), el átomo es inestable y regresa al estado fundamental pasando, si es el caso, por niveles intermedios de energía.
En el proceso de transición de un estado excitado a un estado fundamental el átomo emite un fotón de luz con energía igual a la diferencia de energía entre los dos estados, siendo directamente proporcional a la frecuencia v e inversamente proporcional a su longitud de onda λ.
El fotón emitido se muestra como una línea brillante, llamada línea espectral (2), y la distribución espectral de energía de la colección de fotones emitidos en las transiciones del átomo es el espectro de emisión.
Algunas de las transiciones del átomo son causadas por aumento de temperatura o por la presencia de otras fuentes externas de energía tales como un rayo de luz, una corriente de electrones o una reacción química.
Si un gas como el hidrógeno se coloca en una cámara a baja presión y se hace pasar a través de la cámara una corriente eléctrica, el gas emitirá una luz con un color propio que lo diferenciara de otros gases.
Al hacer pasar la luz emitida, a través de un prisma, en lugar de obtener un arco iris de luz, se obtienen unidades discretas en forma de líneas de colores con longitudes de onda específicas, que transportan cantidades discretas de energía.
Las líneas del espectro de emisión son únicas en cada elemento y su uso a partir de la técnica de espectroscopia permite determinar la composición elemental de una sustancia desconocida así como la composición de objetos astronómicos, mediante el análisis de las longitudes de onda de los fotones emitidos durante la transición del átomo.
En los procesos de absorción y de emisión el átomo tiene transiciones entre dos estados de energía pero es en la absorción que gana energía del exterior y alcanza el estado de excitación.
La línea espectral de emisión es opuesta al espectro continuo de la luz blanca. En la primera la distribución espectral se observa en forma de líneas brillantes y en la segunda se observa una banda continua de colores.
Si un haz de luz blanca incide en un gas como el hidrógeno, encerrado en una cámara a presión baja, solo una porción de la luz será absorbida por el gas y el resto se transmitirá.
Cuando la luz transmitida atraviesa un prisma se descompone en líneas espectrales, cada una con longitud de onda diferente, conformando el espectro de absorción del gas.
El espectro de absorción es totalmente opuesto al de emisión y también es específico para cada elemento. Al comparar ambos espectros de un mismo elemento, se observa que las líneas espectrales de emisión son las que están faltando en el espectro de absorción (Figura 2).
a) Las líneas espectrales del átomo de hidrógeno, en la región visible del espectro, son una línea roja de 656.3 nm, una azul claro de 486.1nm, una azul oscuro de 434nm y una muy débil de color violeta de 410nm. Estas longitudes de onda se obtienen de la ecuación de Balmer – Rydberg en su versión moderna (3).
es el número de onda de la línea espectral
es la constante de Rydberg (109666.56 cm-1)
es el nivel más alto de energía
es el nivel más alto de energía
b) El espectro de emisión del helio tiene dos series de líneas principales, una en la región visible y otra cercana al ultravioleta. Peterson (4) utilizó el modelo de Bohr, para calcular una serie de líneas de emisión del helio en la porción visible del espectro, como resultado de varias transiciones simultáneas de dos electrones al estado n= 5, y obtuvo valores de la longitud de onda consistentes con los resultados experimentales. Las longitudes de onda que se obtuvieron son 468.8nm, 450.1nm, 426.3nm, 418.4nm, 412.2nm, 371.9nm.
c) El espectro de emisión del sodio tiene dos líneas muy brillantes de 589nm y 589.6nm llamadas líneas D (5). Las demás líneas son mucho más débiles que estas y, para propósitos prácticos, se considera que toda la luz del sodio proviene de las líneas D.
- Measurement of lifetimes of excited states of the hydrogen atom. V. A. Ankudinov, S. V. Bobashev, and E. P. Andreev. 1, 1965, Soviet Physics JETP, Vol. 21, pp. 26-32.
- Demtröder, W. Laser Spectroscopy 1. Kaiserslautern : Springer, 2014.
- D.K.Rai, S.N Thakur y. Atom, laser and spectroscopy. New Delhi : Phi Learning, 2010.
- Bohr Revisited: Model andespectral lines of helium. Peterson, C. 5, 2016, Journal of young investigators, Vol. 30, pp. 32-35.
- Journal of chemical Education. J.R. Appling, F. J. Yonke, R. A. Edgington, and S. Jacobs. 3, 1993, Vol. 70, pp. 250-251.