Laboratrio espectros atomicos

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ESPECTROS ATOMICOS
M. Torres1, W. Gamboa1,
1Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia
(Recibido xx de xxx.xxxx; Aceptado xx de xxx.xxxx; Publicado xx de xxx. xxxx)
Resumen
El proceso de medición de espectros atómicos consiste en aplicar una diferencia de potencial a una región en la cual se encuentra un determinado gas monoatómico, desprendiendo electrones ligados al átomo, es decir se presenta un proceso de ionización del gas. Ya que al producirse dicho fenómeno los átomos confinados en el tubo van a quedar cargados positivamente liberando su exceso de energía mediante la emisión de radiación electromagnética. Esta radiación se colima mediante una rendija de difracción donde se desprende en su espectro de longitudes de onda propias de cada elemento.
Palabras clave: espectros atomicos.
Abstract
The process of measurement of atomic spectra is to apply a voltage to a region in which a given gas is monatomic, releasing electrons bound to atoms, ie presents a process of ionization of the gas. Since this phenomenon to occur atoms confined in tube you will be releasing their positively charged exec emission energy by electromagnetic radiation. This radiation is collimated by a diffraction slit where it appears in the spectrum of wavelengths characteristic of each element.
Key Words: atomic spectra.
1. Introducción
REVISTA COLOMBIANA DE FÍSICA, VOL. 38, No. 2. 2006
REVISTA COLOMBIANA DE FÍSICA, VOL. 42, No. 1, 2012 
2
1
En la Figura 1 se muestra un aparato típico utilizado en la mediada de espectros atómico, la fuente consiste en una descarga eléctrica que pasa a través de una región que contiene un gas monoatómico. Algunos átomos en la descarga quedan en un estado en el que su energía total es mayor que la energía de un átomo normal. Al regresar a su estado de energía normal los átomos liberan su energía mediante la emisión de radiación electromagnética, esta radiación se colima mediante una rendija y pasa a través de un prisma donde se rompe en su espectro de longitudes de onda para registrarse posteriormente en una placa fotográfica.
 
Figura 1. Representación esquemática de un aparato para medir espectros atómicos. 
La naturaleza del espectro observado se observa en la placa fotográfica, en contrate con el espectro continuo de la radiación electromagnética emitida por ejemplo por la superficie de solidos a alta temperatura, la radiación electromagnética emitida por átomos libres se concentra en un numero de longitudes de onda discretas. La investigación de los espectros emitidos por diferentes tipos de átomos muestra que cada uno de ellos tiene su propio espectro característico. Este hecho es de gran importancia práctica ya que hace de la microscopia una técnica muy útil que viene sumándose a las técnicas usuales de análisis químico y caracterización de materiales [1].
Uno de los espectros que se pretende analizar es el del átomo de hidrogeno el cual es relativamente simple, y esto se debe a que es el átomo más sencillo debido a que posee solamente un electrón.
La Figura 2 representa la parte del espectro atómico del hidrogeno que cae aproximadamente dentro del intervalo de longitudes de onda visibles
Figura 2. Fotografía de la parte visible del espectro del átomo de hidrogeno.
El objetivo de esta práctica de laboratorio es por medio de un montaje experimental parecido al mostrado en la Figura 1, encontrar los espectros discretos de las longitudes de onda para diferentes elementos tales como el hidrogeno, mercurio, helio, nitrógeno y argón. Para observar el fenómeno se emplea una rendija de difracción por lo tanto para encontrar las diferentes longitudes de onda del espectro se utiliza la siguiente expresión:
 (1)
Con d el espaciamiento entre rendijas el cual es mm, 𝜆 la longitud de onda, n número del orden y que en la geometría de nuestro montaje es:
 (2)
En donde L es la distancia entre la rendija y donde se medía el espectro, x es la distancia donde se presentaban las diferentes líneas espectrales. Finalmente la longitud de onda estará dada por:
 (3)
2. Resultados y análisis:
2.1 Gas de Hidrogeno:
Con base en el fundamento teórico y el apropiado desarrollo de la práctica se pretende analizar las diferentes líneas espectrales para el espectro de emisión del hidrogeno en el cual se pudieron medir dos órdenes de frecuencias dados en la Tabla 1.
	Líneas Espectrales
	Orden
	X (cm)
	
	
	Izquierda
	Derecha
	Violeta
	1
	5,2
	5,4
	Verde
	1
	6,5
	6,0
	Naranja
	1
	6,9
	7,0
	 Rojo
	1
	8,2
	8,7
	Violeta 
	2
	13,3
	13,2
	Verde
	2
	14,7
	14,2
	Naranja
	2
	17
	17,5
	Rojo
	2
	20
	19
2
Tabla N 1. Líneas espectrales del hidrogeno y sus diferentes separaciones a diferentes órdenes con L = 19,7 cm.
Tabla N 2. Aplicación de métodos estadísticos a las diferentes longitudes de onda de las líneas espectrales del hidrogeno.
	Línea Espectral
	
 (cm)
	
Sλ
(cm)
	
Smλ
(cm)
	
 ± Smλ
(cm)
	
Violeta
 
	
 
	
	
	
	
Verde 
	
	
	
	
	
Naranja
	
	
	
	
	
Rojo
	
	
	
	
En el espectro teórico del átomo de hidrogeno se encuentra una línea espectral no observada en el experimento la cual se refiere a la línea azul, lo que indica que el gas que se encontraba dentro del tubo estaba contaminado por la existencia de otro gas diferente.
2.1 Gas de Mercurio:
Empleando el mismo procedimiento anterior para el espectro del hidrogeno, se obtendrán los valores del espectro de longitudes de onda para el mercurio. Con la expresión (3) y los datos obtenidos en la Tabla N 3:
Tabla N 3. Líneas espectrales del Mercurio y sus diferentes separaciones a diferentes órdenes con L = 16,2 cm.
	Líneas Espectrales 
	Orden
	X (cm)
	
	
	Izquierda
	Derecha
	Violeta
	1
	3,7
	4,3
	Azul
	1
	4,1
	4,5
	Verde
	1
	5,0
	5,5
	Naranja
	1
	5,2
	6,0
	Violeta
	2
	8,0
	8,5
	Azul
	2
	8,9
	9,5
	Verde
	2
	11,3
	12,0
	Naranja
	2
	11,5
	13,0
En el espectro teórico para el mercurio la línea espectral naranja obtenida debería ser el principio amarilla, esto nos indica que dentro del tubo se encontraba otro gas en menor cantidad el cual tiene una configuración electrónica diferente alterando el espectro de emisión. Aplicando métodos estadísticos al espectro de longitudes de onda se obtienen los resultados de la Tabla N 4.
Tabla N 4. Aplicación de métodos estadísticos a las diferentes longitudes de onda de las líneas espectrales del Mercurio.
	Línea Espectral
	
 (cm)
	
Sλ
(cm)
	
Smλ
(cm)
	
 ± Smλ
(cm)
	
Violeta 
	
 
	
	
	 
	
Azul
	
	
	
	 
	
Verde
	
	
	
	 
	
Naranja
	
	
	
	 
En la Tabla N 4. Se muestran los datos para los espectros de longitudes de onda tratados estadísticamente [2].
2.2 Gas de Helio:
Utilizando un gas con helio confinado en su interior se procede de igual manera que con los dos gases anteriores y se obtienen las diferentes líneas espectrales características de este gas observándose fácilmente dos diferentes órdenes.
Tabla N 5. Líneas espectrales del Helio y sus diferentes separaciones a diferentes órdenes con L = 17 cm.
	Líneas Espectrales
	Orden
	X (cm)
	
	
	Izquierda
	Derecha
	Violeta
	1
	4,5
	4,8
	Azul
	1
	4,8
	5,0
	Verde
	1
	5,0
	5,2
	Amarillo
	1
	5,2
	5,8
	Rojo
	1
	6,9
	6,8
	Violeta
	2
	9,2
	9,2
	Azul
	2
	9,6
	9,5
	Verde
	2
	9,9
	9,8
	Amarillo
	2
	12,2
	11,2
	Rojo
	2
	13,1
	12,6
En la Tabla N 5. Se pueden observar las diferentes líneas espectrales que presenta el Helio y en donde se pueden diferenciar fácilmente sus dos órdenes. Con base en la expresión (3) y aplicando criterios estadísticos podemos obtener su espectro de longitudes de onda con su correspondiente desviación estándar.
Tabla N 6. Aplicación de métodos estadísticos a las diferentes longitudes de onda de las líneas espectrales del Helio.
	Línea Espectral
	
(cm)
	
Sλ
(cm)
	
Smλ (cm)
	
 ± Smλ
(cm)
	
Violeta 
	 
	
	
	
	
Azul
	
	
	
	
	
Verde
	
	
	
	
	
Amarillo
	
	
	
	
	
Rojo
	
	
	
	
En la Tabla N 6. Se muestran los datos para los espectros de longitudesde onda tratados estadísticamente [2].
2.4 Gas de Nitrógeno:
Realizando los mismos procedimientos anteriores ahora para el nitrógeno, se obtienen las diferentes líneas espectrales características de este gas, pero en este caso solo se logró ver el primer orden de frecuencias ya que el segundo orden era muy difícil de identificar.
Tabla N 7. Líneas espectrales del Nitrógeno y sus diferentes separaciones con L = 35,5 cm.
	Líneas Espectrales
	Orden
	X (cm)
	
	
	Izquierda
	Derecha
	Violeta
	1
	9,0
	9,5
	Verde
	1
	11,8
	12,4
	Amarillo
	1
	12,5
	13,0
	Rojo
	1
	14,0
	15,0
En la Tabla N 7. Se pueden ver las diferentes líneas espectrales características para el nitrógeno, ahora con ayuda de la expresión (3) obtenemos el espectro de longitudes de onda, ya que no se observaron las líneas espectrales de segundo orden no aplicamos métodos estadísticos por falta de datos de medición.
Tabla N 8. Longitudes de onda de las líneas espectrales del Nitrógeno.
	
Línea Espectral
	
(cm)
	
Violeta 
	 
	
Verde
	
	
Amarillo
	
	
Rojo
	
En la Tabla N 8. Se observan las longitudes de onda de las diferentes líneas espectrales para el nitrógeno.
2.5 Gas de Argón:
Realizando los mismos procedimientos anteriores ahora para el gas de argón, se obtienen las diferentes líneas espectrales características de este gas, pero en este caso al igual que con el nitrógeno solo se logró ver el primer orden de frecuencias ya que el segundo orden era muy difícil de identificar.
Tabla N 9. Líneas espectrales del Argón y sus diferentes separaciones con L = 26,5 cm.
	Líneas Espectrales
	Orden
	X (cm)
	
	
	Izquierda
	Derecha
	Violeta
	1
	6,8
	7,0
	Azul
	1
	7,1
	7,3
	Verde
	1
	8,0
	8,0
	Amarillo
	1
	9,0
	8,4
	Naranja
	1
	10,3
	9,6
	Rojo
	1
	12,0
	11,9
En la Tabla N 9. Se pueden ver las diferentes líneas espectrales características para el nitrógeno, ahora con ayuda de la expresión (3) obtenemos el espectro de longitudes de onda, ya que no se observaron las líneas espectrales de segundo orden no aplicamos métodos estadísticos por falta de datos de medición. Ya que la línea espectral del naranja no corresponde al espectro característico del gas de argón se puede decir que en el tubo se encontraba otro gas que produjo este cambio en el espectro de emisión.
Tabla N 10. Longitudes de onda de las líneas espectrales del Argón.
	
Línea Espectral
	
(cm)
	
Violeta 
	 
	
Azul
	
	
Verde
	
	
Amarillo
	
	
Naranja
	
	
Rojo
	
En la Tabla N 10. Se observan las longitudes de onda obtenidas de las diferentes líneas espectrales para el argón.
3. Conclusiones
· La mayoría de líneas espectrales para los diferentes gases coinciden con las ya encontradas por medio de métodos más sofisticados, y las longitudes de onda se encuentran dentro del intervalo propuesto por dichos métodos.
· Algunas líneas espectrales las cuales no coinciden con el espectro original se deben en mayor parte a la contaminación del gas alojado en cada uno de los tubos, lo cual hace que se emita en longitudes de onda diferentes.
4. Referencias
· [1] Fundamentos de Física moderna Robert M. Eisberg ed. Limusa (1978)
· [2] D.C Baird, Experimentación teoría de mediciones y diseño experimental, Prentice Hall 
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