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COLORES
ESPECTRALES DE GASES ATÓMICOS |
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En
este apartado
del tema sobre Estructura del átomo
se explica que en el
siglo XIX se desarrolló el espectroscopio y se utilizó
para analizar luz generada en laboratorio por
calentamiento de diversas fuentes: gases, metales,
sales, etc. Aquellos estudios pusieron de manifiesto por
primera vez que cada átomo
produce un espectro de emisión característico y
discontinuo. |
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Los
laboratorios escolares suelen tener
dotación de electroscopios sencillos y
de tubos espectrales, para que los
estudiantes puedan observar espectros
producidos por algunos gases a baja
presión cuando se les somete a descargas
eléctricas. Puede resultar muy
instructivo construir también en clase
un espectroscopio escolar casero, como
el que se muestra en la fotografía
adjunta, que construyó el profesor
Francisco Savall usando los
siguientes materiales: una caja de
zapatos (una buena alternativa es una
caja de folios) con la que se hizo el receptáculo; un CD
del que se obtuvo (cortando un
rectángulo) la red de difracción; papel milimetrado,
sobre el que se construyó la escala de
medida de las longitudes de
onda. |
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El espectroscopio cuantitativo como
instrumento para la construcción y uso
de modelos de emisión y absorción de
radiación en física cuántica
(Artículo de F. Savall-Alemany, J.L.
Domenech y J. Martínez Torregrosa, 2014)
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Sea con
un electroscopio de elaboración propia, como el
anterior, o con los que se puedan tener en la dotación del laboratorio, los
alumnos pueden comprobar inmediatamente que la parte
visible de los
espectros producidos por algunos gases atómicos en los
procesos de des-excitación, que ocurren cuando se les somete
a una descarga eléctrica, tiene unas
determinadas líneas coloreadas, únicas e
invariables para cada gas. |
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La
observación de espectros como el anterior es una muy
buena actividad para que los estudiantes asignen a los
colores de las líneas espectrales observadas las
longitudes de onda (y frecuencias) que les
corresponden. Han de recordar que las emisiones que
provocan la obtención de esas líneas se producen porque
el gas está siendo excitado (en este caso mediante la
aplicación de descargas eléctricas). En la actividad, se constata también la cuantificación de los niveles
energéticos de la materia.
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Dependiendo de los conocimientos de física cuántica
que posean los
alumnos, la
observación y el análisis en clase de espectros de gases atómicos,
como el anterior, se
puede utilizar además para: a)
Predecir líneas espectrales de un gas, conocidos los valores
de sus niveles energéticos. b) Interpretar el
hecho de que las líneas espectrales son siempre las
mismas, independientemente de la intensidad de la
descarga eléctrica (mientras esa intensidad de la descarga sí influye
sobre la intensidad de la luz emitida) c) Relacionar
el espesor de las líneas con el principio de
incertidumbre (si no, las líneas tendrían que ser
totalmente finas, independientemente de su intensidad).
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Hay que recordar que la materia tiene
generalmente una estructura más simple
cuando se trata de elementos y en estado gaseoso. Por eso, los espectros atómicos de los gases son los más
sencillos, revelando
un número menor de niveles de energía. |
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En la
fotografía adjunta se puede ver que el espectro del
Helio gaseoso se asemeja al anteriormente mostrado de Hidrógeno
gaseoso en el hecho de que ambos tienen sólo unas pocas líneas
bastante separadas entre sí. Ello se debe a que son los dos elementos de la tabla
periódica de menor número atómico, Z, por lo que tienen
pocos niveles energéticos, dando lugar a pocas
transiciones electrónicas.
Al ir
aumentando el número atómico, Z, se multiplica el número
de niveles lo que tiene la consecuencia de dar lugar a
unos espectros con muchas más rayas y que pueden estar
cada vez más juntas. En la fotografía adjunta pueden
verse, a modo de ejemplo de ello, los espectros de
oxígeno gaseoso (Z=8) y de neón gaseoso (Z=10). Aunque
todavía se nos aparecen como discontinuos, se observa un
aumento notable de la cantidad de líneas espectrales, lo
que les provoca que estén mucho más juntas entre sí. |
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Ordinariamente
la materia presenta estructuras mucho más complejas
y, por otro lado, las formas de excitarla
pueden ser muy variadas (por ejemplo, térmica, eléctrica, química,
óptica,..). Todo ello
abre un amplísimo campo para un estudio de muy variadas formas
de producir colores. |
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