Espectro de absorcion y emision del hidrogeno

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Espectro de absorcion y emision del hidrogeno

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El espectro de emisión del hidrógeno atómico se ha dividido en varias series espectrales, cuyas longitudes de onda vienen dadas por la fórmula de Rydberg. Estas líneas espectrales observadas se deben a que el electrón realiza transiciones entre dos niveles de energía en el átomo. La clasificación de las series mediante la fórmula de Rydberg fue importante en el desarrollo de la mecánica cuántica. Las series espectrales son importantes en la espectroscopia astronómica para detectar la presencia de hidrógeno y calcular los desplazamientos al rojo.

Un átomo de hidrógeno está formado por un electrón que orbita alrededor de su núcleo. La fuerza electromagnética entre el electrón y el protón nuclear conduce a un conjunto de estados cuánticos para el electrón, cada uno con su propia energía. Estos estados fueron visualizados por el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno como órbitas distintas alrededor del núcleo. Cada nivel de energía, o capa de electrones, u órbita, se designa con un número entero, n, como se muestra en la figura. El modelo de Bohr fue sustituido posteriormente por la mecánica cuántica, en la que el electrón ocupa un orbital atómico en lugar de una órbita, pero los niveles de energía permitidos del átomo de hidrógeno siguen siendo los mismos que en la teoría anterior.

líneas de absorción

Esta página presenta el espectro de emisión del hidrógeno atómico, mostrando cómo surge de los movimientos de los electrones entre los niveles de energía dentro del átomo. También se explica cómo puede utilizarse el espectro para determinar la energía de ionización del hidrógeno.

Un tubo de descarga de hidrógeno es un tubo delgado que contiene gas de hidrógeno a baja presión con un electrodo en cada extremo. Si se le aplica un alto voltaje (por ejemplo, 5.000 voltios), el tubo se ilumina con un brillo rosado.

Si la luz pasa por un prisma o una rejilla de difracción, se divide en sus distintos colores. Lo que se ve es una pequeña parte del espectro de emisión del hidrógeno. La mayor parte del espectro es invisible para el ojo porque se encuentra en el infrarrojo o en el ultravioleta.

La fotografía muestra parte de un tubo de descarga de hidrógeno a la izquierda, y las tres líneas más fáciles de ver en la parte visible del espectro a la derecha. (No hay que tener en cuenta la «mancha», sobre todo a la izquierda de la línea roja. Esto se debe a defectos en la forma en que se tomó la fotografía. Véase la nota más abajo).

espectro de emisión

Podemos utilizar el modelo de Bohr del átomo para entender cómo se forman las líneas espectrales. El concepto de niveles de energía para las órbitas de los electrones en un átomo conduce naturalmente a una explicación de por qué los átomos absorben o emiten sólo energías o longitudes de onda específicas de la luz.

Veamos el átomo de hidrógeno desde la perspectiva del modelo de Bohr. Supongamos que un haz de luz blanca (que consiste en fotones de todas las longitudes de onda visibles) atraviesa un gas de hidrógeno atómico. Un fotón de longitud de onda 656 nanómetros tiene la energía justa para elevar un electrón de un átomo de hidrógeno de la segunda a la tercera órbita. Así, como todos los fotones de diferentes energías (o longitudes de onda o colores) pasan por los átomos de hidrógeno, los fotones con esta longitud de onda concreta pueden ser absorbidos por aquellos átomos cuyos electrones están orbitando en el segundo nivel. Al ser absorbidos, los electrones del segundo nivel pasarán al tercer nivel, y un número de fotones de esta longitud de onda y energía desaparecerá del flujo general de luz blanca.

explicación del espectro de línea del hidrógeno

Volvamos a los espectros de absorción y emisión simples. Podemos utilizar el espectro de absorción de una estrella para averiguar de qué elementos está compuesta en función de los colores de luz que absorbe. Podemos utilizar el espectro de emisión de una nebulosa brillante para averiguar de qué gases está compuesta en función de los colores que emite. Podemos hacer ambas cosas porque cada elemento tiene su propio espectro.

Un átomo de hidrógeno es muy simple. Está formado por un solo protón en el núcleo y un electrón que orbita alrededor del núcleo. Cuando un átomo de hidrógeno está en reposo sin mucha energía, su electrón está en el nivel de energía más bajo. Cuando el átomo absorbe luz, el electrón salta a un nivel de energía superior (un «estado excitado»). Puede saltar un nivel o varios niveles dependiendo de la energía que absorba.

Lo interesante es que el electrón sólo puede pasar de un nivel energético a otro. No puede pasar de un nivel a otro. Además, se necesita una cantidad muy discreta de energía -ni más ni menos- para que el electrón pase de un nivel a otro.