ESPECTROS
Cuando hacemos pasar la luz a través de un prisma óptico se produce el
efecto llamado dispersión que consiste en la separación de las distintas
longitudes de onda que forman el rayo incidente.
La luz blanca produce al descomponerla lo que llamamos un espectro continuo, que contiene el
conjunto de colores que corresponde a la gama de longitudes de onda que la
integran.
Sin embargo, los elementos químicos en estado gaseoso y sometido a
temperaturas elevadas producen espectros
discontinuos en los que se aprecia un conjunto de líneas que
corresponden a emisiones de sólo algunas longitudes de onda.
El conjunto de líneas espectrales que se obtiene para un elemento
concreto es siempre el mismo, incluso si el elemento forma parte de un
compuesto complejo y cada elemento produce su propio espectro diferente al de
cualquier otro elemento. Esto significa que cada elemento tiene su propia firma
espectral.
Si hacemos pasar la luz blanca por una sustancia antes de atravesar el
prisma sólo pasarán aquellas longitudes de onda que no hayan sido absorbidas
por dicha sustancia y obtendremos el espectro de absorción de dicha sustancia.
La regularidad encontrada en los espectros discontinuos supone un apoyo
muy importante para comprender la estructura de los átomos.
Las técnicas espectroscópicas se empezaron a utilizar en el siglo XIX y
no tardaron en dar sus primeros frutos. Así en 1868 el astrónomo francés P.J.C.
Janssen se trasladó a la India con el objeto de observar un eclipse de sol y
utilizar el espectroscopio, desarrollado ocho años antes, para hacer un estudio
de la cromosfera solar.
Como resultado de sus observaciones anunció que había detectado una
nueva línea espectroscópica, de tono amarillo, que no pertenecía a ninguno de
los elementos conocidos hasta ese momento. En el mismo año, el químico
Frankland y el astrónomo Lockyer dedujeron que la citada línea correspondía a
un nuevo elemento al que llamaron Helio (del griego helios que significa Sol)
por encontrarse en el espectro solar.
Durante más de veinticinco años se pensó que el helio sólo existía en el
Sol, hasta que, en 1895 W. Ramsay lo descubriera en nuestro planeta.
Espectros de Absorción
Así como muchos importantes descubrimientos científicos, las
observaciones de Fraunhofer sobre las líneas espectrales del sol fue
completamente accidental. Fraunhofer no estaba observando nada de ese tipo;
simplemente estaba probando algunos modernos prismas que el había hecho. Cuando
la luz del sol pasó por una pequeña hendidura y luego a través del prisma,
formó un espectro con los colores del arco iris, tal como Fraunhofer
esperaba, pero para su sorpresa, el espectro contenía una serie de líneas
oscuras.
¿ Líneas oscuras? Eso es lo opuesto de todo lo que hemos venido hablando.
Usted me ha dicho que los diferentes elementos crean una serie de
líneas brillantes a determinadas longitudes de onda.
Eso es lo que ocurre cuando un elemento es calentado. En términos del modelo de Bohr, el calentar
los átomos una cierta energía extra, así que algunos electrones pueden saltar a
niveles superiores de energía. Entonces, cuando uno de estos electrones vuelve
al nivel inferior, emite un fotón--en una de las frecuencias especiales de ese
elemento, por supuesto. Y esos fotones crean las líneas brillantes en el
espectro que usted me mostró.
Exactamente--eso es lo que se llama espectro de emisión. Pero hay otra forma en que un elemento puede
producir un espectro. Suponga que en lugar de una muestra calentada de un elemento,
usted tiene ese mismo elemento en la forma de un gas relativamente frío. Ahora, digamos que una fuente de luz
blanca--conteniendo todas las longitudes de onda visibles--es dirigida al gas.
Cuando los fotones de la luz blanca pasan a través del gas, algunos de ellos
pueden interactuar con los átomos--siempre que tengan la frecuencia apropiada
para empujar un electrón de ese elemento hasta un nivel superior de energía.
Los fotones en esas frecuencias particulares son absorbidos por el gas. Sin embargo, como usted lo anotó
antes, los átomos son "transparentes" a los fotones de otras
frecuencias.
Entonces todas las otras frecuencias saldrían intactas del gas. Así, el
espectro de la luz que ha pasado a través del gas tendría algunos
"agujeros" en las frecuencias que fueron absorbidas.
Es correcto. El espectro con estas frecuencias faltantes se llama espectro de absorción. (Note que las
líneas oscuras en un espectro de absorción aparecen en las mismas exactas
frecuencias de las líneas brillantes en el correspondiente espectro de
emisión.)
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