Espectroscopía de Emision

ESPECTROSCOPÍA DE EMISIÓN.
RESUMEN: El espectro de emisión es el conjunto de frecuencias emitidas por
un elemento durante el proceso de exitación y relajación debido al suministro
de grandes cantidades de energía sobre éste (generalmente eléctrica o térmica).
Las longitudes de onda que lo componen son características del elemento, es
decir , a cada elemento le corresponde un único espectrode emisión y este es
distinto para todos los elementos. En general, el experimento de espectroscopía
de emisión consiste en medir los ángulos de difracción que se producen cuando un
haz de luz emitido por un elemento en estado gaseoso, al cual se le suministra
una alta diferencia de potencial, pasa por una rejilla de difracción. A partir
de los ángulos medidos se calculan las longitudes deonda características del
espectro. El experimento se realizó para tres elementos, Mercurio (Hg), Helio
(He) y Argon (Ar).

1. INTRODUCCIÓN

La espectroscopía de emisión es de gran utilidad en la caracterización de
elementos químicos. El espectro de emisión de un elemento es único y es distinto
a los demás, por lo cual, debido al enorme crecimiento del analisis espectral en
europa entre 1860y 1900 se llegaron a impotantes resultados, como lo fueron el
desubrimiento de nuevos elementos y la prueba de que todos los meteoritos se
encuentran costituidos únicamente por elementos conocidos en la tierra. Además
de esto, la espectroscopía de emisión fue la antesala a la primera teoría cuántica
exitosa, el átomo de Börh.
En general, a diferencia del espectro de emisión de un sólido olíquido luminoso, el cual emite una distribución continua de longitudes de ondas, el espectro
de emisión de un gas produce una distribución discreta de longitudes de onda,
es decir, líneas de colores puros sobre un fondo negro (Figura 1). Esto es una
consecuencia directa de la cuantización de los niveles de energía en un átomo.
Al ser suministradas grandes cantidades de energía a un elemento enestado
1

gaseoso, connado a presión reducida, se consigue que sus electrones pasen de
su estado base a niveles más altos de energía. Posteriormente, durante el proceso de relajación del átomo, los electrones emiten un fotón cuya frecuencia se
relaciona con el cambio en la energía del átomo (Ecuación 1).
E = Ei − Ef = hf
(1)
La longitud de onda del fotón emitido durante el proceso derelajación se
encuentra al despejar λ en la relación de Planck:
hc
(2)
λ=
E

Donde h = 4.14 × 10−5 eV · s es la constante de Planck y c = 3 × 108 m la
s
velocidad de la luz.

Figura 1.

Comparación del espectro continuo de la luz blanca con los espectros de emisión
del sodio (Na) y el hidrógeno (H).

Un resultado con importantes implicaciones en el estudio de los espectros de
emisiónfue la formula empírica desarrollada por Johann Jakob Balmer en 1885,
la cual predecía correctamente las longitudes de onda de las cuatro líneas visibles
del espectro del hidrógeno (roja, verde, azul, violeta), previamente medidas por
el cientíco sueco Andres Amstrong. La ecuación hallada por Balmer fue:
λ (cm) = 3645.6 × 10−8

n2
n2 − 22

cm, n = 3, 4, 5...

(3)

Donde la constantec2 = 3645.6 × 10−8 , denominada límite de convergencia,
proporciona la longitud de onda con el valor n más grande. Al conjunto de las
cuatro longitudes de onda caracterizadas por Balmer de forma empírica se le
conoce como serie de Balmer. Adicional a esta serie, fruto del estudio sobre el
espectro del átomo de hidrógeno, también son conocidas las series de Lyman,
Paschen, Bracket y Pfund,sintetizadas posteriormente mediante el uso de la
constante de Rydberg (R = 1.0973732 × 107 m−1 ) y la ecuación:
1
=R
λ

1
1
− 2
n2
ni
f

(4)

A partir de la ecuación (4) se obtienen las series para el hidrógeno:
Serie de Lyman
Serie de Balmer
Serie de Paschen
Serie de Brackett
Serie de Pfund

nf
nf
nf
nf
nf

2

=1
=2
=3
=4
=5

ni
ni
ni
ni
ni

= 2, 3, 4,...