UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE GUADALAJARADepartamento de Química

Laboratorio de Química Inorgánica

ESPECTROS DE EMISIÒN DIANA PATRICIA GRANADOS Y OSCAR EDUARDO VEGA

Colors are the smiles of natureLos colores son la sonrisa de la naturaleza

Leigh Hunt

I.- PRELABORATORIO

1. ¿Qué es una onda?Una onda es una perturbación que se propaga desde el punto en que se produjo hacia el medio que rodea ese punto.Las ondas materiales (todas menos las electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse.El medio elástico se deforma y se recupera vibrando al paso de la onda.

2. ¿Cuáles son las propiedades de las ondas?Reflexión y reacción, polarización, difracción, Superposición e interferencia, dispersión, absorción.

3. ¿Qué es la radiación electromagnética? Da tres ejemplosCombinación de campos eléctricos y magnéticos, que se propagan a través del espacio en forma de ondas portadoras de energía.

La radiación gamma: Tipo de radiación electromagnética de muy alta frecuencia producida generalmente por elementos radioactivos o procesos subatómicos como la aniquilación de un par de electrón. Los rayos x: radiación electromagnética no perceptible por el ojo humano, a causa de su corta longitud de onda entre (0.1 y 10 nanómetros) pueden atrevesar cuerpos opacos e impresionar películas fotográficas. Tienen frecuencias que abarcan en el rango de 30 a 30.000 PetaHz (5.000 veces la frecuencia de la luz que puede recibir el ojo humano)La luz ultravioleta: cubre el intervarlo de 4 a 400 nanometros, el sol es un importante fuente emisora de rayos ultavioleta los cuales, en exposiciones prolongadas, pueden causar cáncer en la piel . El ser humano debe tener cuidado con la exposiciones al sol.

4. ¿Qué relación hay entre la longitud y la frecuencia de una onda?

La longitud de onda (λ) es inversamente proporcional a la frecuencia (f). La longitud es la distancia que recorre la onda. La frecuencia es el numero de ondas que pasan en la unidad de tiempo. A mayor longitud de onda, menor frecuencia.

5. ¿Qué relación hay entre la frecuencia y la energía de una onda?De acuerdo a la mecanica cuantica la energia es directamente proporcional a la frequencia de las ondas.

6. ¿Qué fórmula nos permite calcular la energía de una onda?Longitud de onda x frecuencia = velocidad de onda.

7. ¿En qué rango de longitudes de onda se encuentra la luz visible?Por encima de la frecuencia de las radiaciones infrarrojas se encuentra lo que comúnmente es llamado luz, un tipo especial de radiación electromagnética que tiene una longitud de onda en el intervalo de 0,4 a 0,8 micrómetros. Este es el rango en el que el sol y las estrellas similares emiten la mayor parte de su radiación. Probablemente, no es una coincidencia que el ojo humano sea sensible a las longitudes de onda que emite el sol con más fuerza. Las unidades usuales para expresar las longitudes de onda son el Angstrom y el nanómetro. La luz que vemos con nuestros ojos es realmente una parte muy pequeña del espectro electromagnético. La radiación electromagnética con una longitud de onda entre 380 nm y 760 es detectada por el ojo humano y se percibe como luz visible.

8. ¿Qué color tiene más energía el rojo o el violeta? ¿Por qué?El rojo porque tiene más longitud de onda (380-450nm)

9. ¿Qué es un espectro de emisión?El espectro de emisión atómica de un elemento es un conjunto de frecuencias de las ondas electromagnéticas emitidas por átomos de ese elemento, en estado gaseoso, cuando se le comunica energía. El espectro de emisión de cada elemento es único y puede ser usado para determinar si ese elemento es parte de un compuesto desconocido

10. ¿Qué relación hay entre el espectro de emisión de un elemento y su estructura electrónica? Que cada espectro de elemento es único como su estructura electrónica.

II.- OBJETIVO

1) El alumno observará el espectro de emisión de diversos elementos al ser excitados en la flama de mechero, calculando la longitud, frecuencia y energía de onda asociada al color observado.2) El alumno utilizará el análisis a la flama y algunas pruebas para aniones para la identificación de una muestra pura.

III.- INTRODUCCIÓN

La mayoría de los metales existen en la naturaleza en forma de compuestos; es decir, combinados con no metales o con otros elementos. Para identificar el

metal que está presente en un determinado compuesto se utiliza una técnica cualitativa muy útil denominada coloración a la flama que consiste en tomar una cantidad pequeña del compuesto con un asa de nicromo y quemarla en la flama del mechero Bunsen. El color de la flama permitirá reconocer el metal. Este fenómeno ocurre porque los electrones del metal son excitados a niveles de energía superior por el calentamiento y al regresar a su estado fundamental, dichos electrones emiten energía en forma de radiación electromagnética que cae dentro de la región visible del espectro electromagnético. De hecho, esta propiedad de algunos compuestos metálicos se utiliza en la industria de la pirotecnia para producir una amplia gama de colores en los fuegos artificiales.

Puesto que algunos colores de flama son parecidos a otros, el método de coloración a la flama no es exacto ni confiable. Una técnica analítica alternativa a la mencionada anteriormente consiste en utilizar un aparato denominado espectroscopio (Ver Figura 7.1). Con dicho artefacto es posible analizar cuantitativamente la longitud de onda (que puede ser medida en nm o A) así como la forma (contínua o en forma de líneas) y el color que son características de la radiación electromagnética(o espectro de emisión) emitida por los electrones del metal al excitarse.

Figura 7.1 Espectroscopio

Fundamentalmente, el espectroscopio consta de una rendija por la cual entrará la luz emitida de la fuente analizada, de un colimador, de un elemento dispersor (prisma o redes de difracción), de un lente, de una pantalla y de una abertura por la cual el usuario podrá determinar las características anteriormente mencionadas del espectro de emisión. Dicho instrumento funciona de la siguiente manera. En primer lugar, el haz de luz emitida por la fuente analizada pasa a través de un colimador (que puede estar después de la rendija o antes de ella, como en la Figura 7.2) cuya función es generar un haz de luz paralelo que posteriormente será dispersado en el prisma. Después, esta dispersión se refleja en la pantalla la cual informa la longitud de onda del espectro, su forma y los colores del espectro. Finalmente, la información es recogida por el usuario a través de la abertura.

RENDIJA

ABERTURA DE VISUALIZACIÓN PARA EL USUARIO

Figura 7.1 Funcionamiento de un espectroscopio

Es importante señalar que cada elemento tiene un espectro de emisión único. Así, si se conoce el espectro de emisión de un elemento y éste concuerda exactamente con el espectro de emisión de una muestra desconocida, la identidad de ésta última se establece rápido. Es decir, el espectro de emisión de un elemento es como la huella digital de una persona. En la Figura 7.3 se muestran los espectros de emisión del sodio y del mercurio.

Figura 7.3 Espectros de emisión de algunos metales

IV.- MATERIAL, REACTIVOS Y EQUIPO A UTILIZAR

MATERIAL REACTIVOS EQUIPO6 Asas de Nicromo1 Mechero Bunsen1 vaso de 100 mlColores Rojo, Naranja, Amarillo, Verde, Azul y Violeta

Sal de CobreSal de CalcioSal de LitioSal de PotasioSal de SodioSal de EstroncioSal de BarioSolución al 5% de HClMuestra problema

1 Espectroscopio (pedir a física)

V.- PROCEDIMIENTO

En esta práctica se analizará el color que desprende la flama al calentar seis sales diferentes por simple inspección y al mismo tiempo con ayuda del espectroscopio. Para realizar dicho análisis se recomienda seguir los siguientes pasos:

1.- Encender el mechero Bunsen de tal forma que la flama tenga una altura entre 10 y 15 cm. Verificar que el color de la flama sea azul.2.- Con el asa humedecida en la solución de ácido colocarla a la flama para eliminar cualquier residuo anterior.3.- Humedecer el asa y con un poco de la sal a analizar colocarla a la flama y observar por simple inspección el color característico del metal que se encuentra en dicha sal y al mismo tiempo analizar el color de la flama con el espectroscopio. Hacer lo mismo con las demás sales asegurándose de lavar el asa con la solución de ácido antes de tomar otra sal con el fin de evitar contaminación. Registrar sus observaciones en la sección RESULTADOS Y OBSERVACIONES.

VI.- RESULTADOS Y OBSERVACIONES

Muestra Color Longitud de onda

Frecuencia energía

Litio rojo 500nm 6X1014HZ 3.96X10-19

Sodio

Potasio

Calcio

Estroncio

Cobre

Muestra problema

RESULTADOS DE ANÁLISIS DE FLAMA CON ESPECTROSCOPIO

El espectro de emisión del Bario es el siguiente:

En base a este ejemplo complete el siguiente recuadro según los resultados de sus experimentaciones

VIII.- PREGUNTAS Y/O INVESTIGACIÓN ADICIONAL

¿Que es la luz?La parte de la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano.

¿Cómo se descompone la luz?La luz a la vez es una partícula y una onda. Al hacer pasar la luz por un prisma de cristal, las distintas longitudes de onda que componen el haz de luz viajan dentro de él a diferente velocidad y se curvan de manera diferente al entrar y al salir (doble refracción al cambiar de medio) dando como resultado un haz desviado de la dirección inicial y con sus componentes separados.

Explica brevemente a que se debe el fenómeno de coloración de mentales en la flama.

A las ondas electromagnéticas de cada elemento.

¿Qué es un espectroscopio?Dispositivo experimental para estudiar espectros de emisión de átomos y moléculas.

¿Cómo funciona un espectroscopio?El gas en estudio se encuentra en un tubo de descarga que contiene dos electrodos. Al fluir electrones del electrodo negativo al electrodo positivo, chocan con el gas. Este proceso de choque finalmente provoca la emisión de la luz por parte de los átomos o moléculas. La luz emitida se separa en sus componentes mediante un prisma. Cada componente de color se enfoca en una posición definida, de acuerdo con su longitud de onda, y da lugar a una imagen colorida sobre la placa fotográfica.

¿En qué consiste la teoría cuántica de plank?Los atomos y las moléculas emitían o absorbían energía solo en cantidades discretas, como pequeños paquetes o cúmulos..

¿Qué es un cuanto?A la mínima cantidad de energía que se podía emitir o absorber en forma de radiación electromagnética.

¿Qué es el efecto fotoeléctrico?Fenómeno en el que los electrones son expulsados desde la superficie de ciertos metales que se han expuesto a la luz de al menos determinada frecuencia mínima.

¿En qué consiste la teoría atómica de Bohr?Átomo de hidrógeno con un protón en el núcleo, y girando a su alrededor un electrón.

Cuáles son las 4 series de emisión? ·       Serie Lyman:        zona ultravioleta del espectro.·       Serie Balmer:       zona visible del espectro.·       Serie Paschen     zona infrarroja del espectro.·       Serie Bracket:      zona infrarroja del espectro.