10-espectroscopia-optica

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ESPECTROSCOPIA OPTICA 
 
 
 
 
 
 
FISICA III 
 
 
 
 
INFORME DE LABORATORIO 
 
 
 
 
ALEXANDER RINCON 
 
 
 
 
 
 
LINA MERCEDES CASTRO 
COD 42152671 
JORGE IVAN VALENCIA 
COD 84051410962 
ANA MARIA PEREZ LONDOÑO 
COD 42018523 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA 
FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS 
PEREIRA ABRIL 10 DE 2003 
 
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OBJETIVOS 
 
 
➢ Utilizar el espectroscopio como herramienta para la identificación de elementos 
desconocidos por medio de su espectro de emisión 
 
➢ A través del estudio del espectro de emisión del hidrógeno, verificar la teoría de 
Bohr sobre el átomo de hidrógeno mediante la determinación de la constante 
de Rydberg. 
 
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MARCO TEORICO 
 
 
 
La espectroscopia es una rama de la Física y la Química que estudia la interacción 
de la luz, o de cualquier radiación electromagnética, como las ondas de radio, con 
la materia. Diferentes ondas portan diferentes cantidades de energía y conducen a 
diferentes interacciones. La espectroscopia es una herramienta muy poderosa 
para detectar y analizar moléculas por varias razones. La espectroscopia: 
 
• es sensible y por lo general requiere cantidades diminutas de una sustancia 
para poder identificarla. 
• puede realizarse con muestras que se hallen muy lejos, por lo que se utiliza 
en la astronomía. 
• es en su mayor parte, un método no destructivo para analizar sustancias. 
• puede arrojar información espacial y temporal detallada. 
 
En realidad, el ojo es un "instrumento" espectroscópico porque puede detectar 
diferencias de color, pero los equipos científicos pueden ver objetos muy opacos y 
pueden ver la luz en los diminutos detalles que nosotros y los animales no 
podemos. 
 
Para la medición de longitudes de onda asociadas a las líneas de los espectros de 
emisión se usara un espectrómetro, como el mostrado en la figura. 
 
Este consiste de un colimador con una rendija ajustable de entrada y un telescopio 
para la observación. El propósito del colimador es proyectar un haz de luz 
paralelo. 
 
 
 
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MATERIALES 
 
 
• Espectrómetro óptico. 
• Tubos espectrales de cadmio, mercurio, neón, helio, potasio. (Ca, Hg, 
Ne, He, k). 
• Fuente de alimentación para tubos espectrales. 
• Tubo espectral de hidrógeno (H). 
• Fuente de alimentación para tubo espectral de hidrógeno (Carrete de 
inducción). 
• Soportes para tubos espectrales y cilindro protector. 
• Cables de conexión 
• Lámpara de Reuter 
 
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PROCEDIMIENTO 
 
 
1. Encendimos la lámpara de Reuter necesaria para la visualización de la escala 
del espectrómetro. Montamos el tubo de Cadmio en el soporte para tubos 
espectrales y verificamos la posición correcta del cable conector del tubo. 
 
2. Colocamos el cilindro protector de tubos, de tal forma que la abertura esta 
dirigida hacia la ranura del colimador C1 y Energizamos la fuente de 
alimentación para tubos espectrales. 
 
3. Mirando por la lente del anteojo graduamos la nitidez del espectro, utilizando 
para ello un tornillo ubicado en el extremo del colimador C1 el cual regula la 
abertura de la ranura ajustable. 
 
4. Buscamos en la tabla 1 de la guía los colores espectrales correspondientes al 
neón. Observamos cada línea espectral definida y anotamos su ubicación en 
la escala graduada. 
 
5. Realizamos los pasos del 2 al 4 para cada uno de los tubos espectrales. 
 
6. Con los datos tomados en la parte 4 y 5 construimos un gráfico de longitud de 
onda (en Amstrogn), versus la escala (ss’), la cual se llama Curva de 
Calibración. 
 
7. Se reemplazo la fuente para tubos géiser, por la fuente para alimentar el tubo 
de hidrógeno. 
 
8. Se anotaron las posiciones para las líneas espectrales del hidrógeno y por 
medio de la curva de calibración, se determinaron la longitud de onda roja, 
verde azul y violeta correspondiente con cada línea espectral. 
 
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ANALISIS DE DATOS 
 
 
En la siguiente tabla se presenta la ubicación de los espectros observados para 
cada elemento en la escala del espectroscopio y sus respectivas longitudes de 
onda de acuerdo a la tabla No1 de la guía de laboratorio. 
 
Tabla 1 
 
Elemento Espectro 
(color) 
Intensidad Ubicación en 
la escala ss’ 
Longitud 
De onda λ (Å) 
Cadmio Cd Rojo Fuerte 5.2 6 438 
 Verde Fuerte 7.0 5 382 
 Azul Fuerte 7.5 4 800 
 Violeta Fuerte 8.5 3 729 
Helio He Rojo oscuro Débil 3.9 7 065 
 Rojo Fuerte 4.2 6 678 
Amarillo Fuerte 5.2 5 876 
Verde Débil 6.8 5 048 
Verde Mediano 7.0 5 016 
Verde azul Mediano 7.6 4 922 
Azul Débil 7.6 4 713 
Azul Fuerte 7.8 4 471 
Violeta Débil 8.5 4 390 
Neón Ne Rojo Fuerte 4.5 6 532 
 Rojo Fuerte 4.8 6 402 
Naranja Fuerte 5.0 5 902 
Naranja Fuerte 5.1 5 872 
Amarillo Fuerte 5.2 5 804 
Verde Débil 6.0 5 080 
Verde Débil 6.2 5 052 
Mercurio Hg Amarillo Muy fuerte 5.3 5 791 
 Amarillo Muy fuerte 5.5 5 770 
Verde Fuerte 5.8 5 461 
Verde-azul Mediano 5.9 4 916 
Azul Fuerte 7.2 4 358 
Violeta Mediano 9.0 4 078 
Violeta Mediano 10.6 4 047 
Telurio Te Rojo Fuerte 4.0 
 Naranja Fuerte 5.0 
Verde Fuerte 6.1 
 
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Para hallar la ecuación de la curva de calibración realizamos la siguiente regresión 
de potencias con los datos anteriores: 
 
 
y se obtuvo: 
=AXB 
 
A=16592 
B= -0.6301 
 
La ecuación de la curva de calibración queda entonces: 
 
=16592X-0.6301 
 
En la tabla siguiente, se muestran las posiciones de las líneas espectrales del 
hidrógeno obtenidas experimentalmente. 
 
Tabla 2 
 
Elemento Espectro 
(color) 
Intensidad Ubicación en 
la escala ss’ 
Longitud 
De onda λ (Å) 
Hidrógeno H Rojo λα 
Verde-Azul λβ 
Violeta λγ 
Fuerte 
Mediano 
Mediano 
4.5 
7.3 
9.2 
6 563 
4 861 
4 340 
 
 
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 m 
2 
𝖩 
De acuerdo a la ecuación encontrada anteriormente las longitudes de onda λα, λβ y λγ 
son: 
 
 
ELEMENTO COLOR UBICACIÓN LONGITUD DE 
ONDA 
VALOR 
CALCULADO (nm) 
LONGITUD DE 
ONDA 
VALOR TEÓRICO 
(nm) 
H Rojo 4.7 6079.59 6563 
Hidrógeno Verde azul 7.7 3833.33 4861 
 Violeta 8.4 3534.07 4340 
 
Con base en la ecuación: 
1 
=R
 1 
- 
1 
 
 
 
∣ 
n 2 
∣ 
 
con n=2 y m=3 Para rojo 
n=2 y m=4 Para verdeazul 
n=2 y m=5 Para violeta 
 
Y las longitudes de onda para cada espectro del hidrogeno se muestra la siguiente 
figura: 
 
 
Con los datos anteriores se pudo calcular la pendiente de la curva que es para 
nosotros la constante de Rydberg = 0.001096*107m-1 
 
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Constante de Rydberg según los libros: 
 
 
 
 
 
 
Porcentaje de error para la aproximación de R. 
Con el valor obtenido de R* y el valor suministrado por los libros 
(RH=1.0973732*107)m-1 se procede a calcular el error porcentual: 
 
Error = 
Rteorica - Restimada *100% = 
1.0973732 - 1.001096 
*100% =8.77%
 
RTeorica 1.0973732 
 
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PREGUNTAS 
 
 
1. Se puede con la ecuación (10.4) Hallar la constante de Rydberg 
utilizando cualquier elemento de emisión conocido? 
 
Se puede calcular la constante de Rydberg para cualquier elemento ya que 
cada uno tiene sus propias líneas espectrales, es necesario también 
conocer el estado energético inicial y final para cada uno. 
 
 
2. Existen líneas espectrales de algunos elementos, que no sean visibles 
para el ojo humano? 
 
Si cada cada elemento tiene sus propias líneas espectrales el ojo humano 
solo puede visualizar aquellas cuyas longitudes de onda se encuentren 
entre 780 nm y 380 nm. 
 
 
3. Consulte aplicaciones. 
 
En la medicina la espectroscopia óptica es utilizada para hacer biopsias 
ópticas basadas en técnicas de fluorescencia. Es un análisis espectral que 
permite identificar la naturaleza de los depósitos ocurridos junto a las 
parades coronarias. 
 
En la astronomía para detectar planetasextrapolares, determinando 
conjuntos completos de elementos orbitales. 
 
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CONCLUSIONES 
 
 
1. Observando la incandescencia de ciertos elementos conocidos, y conocidas 
también sus longitudes de onda, podemos, "leer" sus espectros de emisión y 
formar un patrón que nos sirva de medida. A través de algunos tratamientos 
matemáticos vemos el comportamiento de los espectros emitidos y así, 
estaremos en capacidad de "leer" elementos desconocidos. 
 
2. Se muestra como al hallar una ecuación, por medios matemáticos, la mayoría de 
los puntos que se generan en la gráfica de longitud de onda versus. X 
(ubicación ), quedan contenidos o por lo menos quedan circundantes, 
asegurándonos que la ecuación es bastante confiable. 
 
3. Se emite una raya espectral cuando un átomo pasa de un lado excitado a otro 
inferior. El único medio atado hasta ahora para llevar átomos del estado natural 
a un estado excitado a sido utilizar una descarga eléctrica. 
 
4. Para obtener datos aceptables de este experimento es fundamental la 
graduación de la ranura del extremo del colimador C1 porque de este depende 
que se observen lo mas definido posible las líneas del espectro a analizar. 
 
5. Se da importancia a la absorción o emisión de energía de los electrones de los 
átomos cuando estos cambian de una órbita a otra, esto lo demostró Plank en 
su teoría cuántica, adicionando también Bohr con su teoría de estados 
estacionarios. 
 
6. Debido al valor tan aproximado de la constante, se verifica experimentalmente 
que la teoría de Bohr es válida para el átomo de hidrógeno. 
 
7. La medida de R será más precisa en la medida en que se tenga un buen 
espectro, además el valor de ésta depende en gran parte de la curva de 
calibración trazada. 
 
8. A pesar de que el espectroscopio es una buena herramienta para identificar 
elementos, este no es 100% confiable mientras no se utilice bajo condiciones 
ideales. 
 
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BIBLIOGRAFIA 
 
 
1. ALONSO, Marcelo y FINN. Campos y Ondas Vol.2 México : Fondo 
Educativo Interamericano 1987 
 
2. DEPARTAMENTO DE FISICA UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE 
PEREIRA. Física Experimental III 
 
 
3. Paginas Web