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Unidad 4
La espectroscopia atómica
El desarrollo de la espectroscopia atómica permitió la
identificación de nuevos
elementos:
ante la sospecha del descubrimiento de un nuevo elemento, lo primero
que se hacía era obtener su espectro (de emisión o absorción). Si coincidía con el de
algún elemento conocido se descartaba tal novedad, y en caso contrario, se con-
sideraba una prueba inequívoca de que se trataba de un elemento nuevo, que era
incluido en el sistema periódico.
No obstante, a pesar de la enorme eficacia de los espectros atómicos en la identifica-
ción de elementos, hubo que esperar muchos años para aplicarlos de forma óptima
en el análisis
cuantitativo.
La ecuación de los espectros atómicos
El misterio del «código de barras» atómico intrigó durante medio siglo a los científicos,
que observaron que las frecuencias del espectro se podían agrupar en conjuntos
denominados
series espectrales,
y que en algunos casos esas frecuencias podían
calcularse mediante una fórmula sencilla.
En 1885, el maestro de escuela suizo
Johann J. Balmer
(1825-1898), estudiando
el espectro del hidrógeno, encontró de manera empírica (y no como resultado de
ningún modelo o teoría física) que las longitudes de onda de las radiaciones emitidas
en la zona visible venían dadas por la siguiente fórmula matemática:
1
λ
=
R
1
2
2
−
1
n
2
⎛
⎝
⎜⎜⎜
⎞
⎠
⎟⎟⎟⎟
donde
R
es la llamada
constante de Rydberg,
cuyo valor es 109 677,6 cm
−
1
, y
n
un
número entero que puede adoptar los valores 3, 4, 5… (
n
=
3 para la primera línea,
n
=
4 para la segunda, y así sucesivamente).
Posteriormente, el propio
Johannes Rydberg
(1854-1919) generalizó la ecuación
anterior haciéndola asequible a otras series espectrales que, para el hidrógeno, fueron
apareciendo progresivamente. La ecuación tomó la forma:
1
λ
=
R
1
n
1
2
−
1
n
2
2
⎛
⎝
⎜⎜⎜⎜
⎞
⎠
⎟⎟⎟⎟
Por lo que su frecuencia viene dada por la expresión:
υ
=
R
c
1
n
1
2
−
1
n
2
2
⎛
⎝
⎜⎜⎜⎜
⎞
⎠
⎟⎟⎟⎟
donde
n
2
>
n
1
, y
R
c
es una constante cuyo valor es 3,29
⋅
10
15
s
−
1
.
Las series espectrales que aparecieron más tarde llevan cada una el nombre de su
descubridor.
Serie de Lyman:
Serie de Brackett:
υ
=
R
c
1
1
2
−
1
n
2
2
⎛
⎝
⎜⎜⎜⎜
⎞
⎠
⎟⎟⎟⎟
;
n
2
=
2, 3…
υ
=
R
c
1
4
2
−
1
n
2
2
⎛
⎝
⎜⎜⎜⎜
⎞
⎠
⎟⎟⎟⎟
;
n
2
=
5, 6…
Serie de Balmer:
Serie de Pfund:
υ
=
R
c
1
2
2
−
1
n
2
2
⎛
⎝
⎜⎜⎜⎜
⎞
⎠
⎟⎟⎟⎟
;
n
2
=
3, 4…
υ
=
R
c
1
5
2
−
1
n
2
2
⎛
⎝
⎜⎜⎜⎜
⎞
⎠
⎟⎟⎟⎟
;
n
2
=
6, 7…
Serie de Paschen:
Serie de Hunfreys:
υ
=
R
c
1
3
2
−
1
n
2
2
⎛
⎝
⎜⎜⎜⎜
⎞
⎠
⎟⎟⎟⎟⎟
;
n
2
=
4, 5…
υ
=
R
c
1
6
2
−
1
n
2
2
⎛
⎝
⎜⎜⎜⎜
⎞
⎠
⎟⎟⎟⎟⎟
;
n
2
=
7, 8…
Figura 4.12.
Johannes Rydberg, físico sueco
del cual toma el nombre la constante de
Rydberg (
R
).
Actividades
10
Calcula la longitud de onda
y la frecuencia de la tercera raya
de la serie de Balmer.
Solución:
4,34
⋅
10
−
7
m;
6,91
⋅
10
14
s
−
1
El espectro de las estrellas
William Allen Miller
(1817-1870) y,
sobre todo,
William Huggins
(1824-
1910) se encargaron de la ardua tarea
de aplicar el recién descubierto análisis
espectral a los astros; examinando su
luz se podía saber su composición. Así
surgió una nueva rama de la astrono-
mía, la
astrofísica.
