En 1859, los científicos alemanes Gustav Robert Kirchhoff y Robert Wilhelm Bunsen fueron los primeros en darse cuenta de que cada elemento emite y absorbe luz de colores característicos, que componen su espectro

Los aparatos para observar visualmente un espectro se denominan espectroscopios, los que sirven para observar y registrar un espectro fotográficamente se llaman espectrógrafos y los empleados para medir la intensidad de las diferentes partes del espectro se denominan espectrofotómetros. Para medidas espectroscópicas extremadamente precisas se emplean interferómetros. En el siglo XIX, los científicos descubrieron que más allá del extremo violeta del espectro podía detectarse una radiación invisible para el ojo humano pero con una marcada acción fotoquímica; se la denominó radiación ultravioleta. Igualmente, más allá del extremo rojo del espectro se detectó radiación infrarroja que aunque era invisible transmitía energía, como demostraba su capacidad para hacer subir un termómetro. Como consecuencia, se redefinió el término espectro para que abarcara esas radiaciones invisibles, y desde entonces se ha ampliado para incluir las ondas de radio más allá del infrarrojo y los rayos X y rayos gamma más allá del ultravioleta.

En la actualidad, el término espectro se aplica frecuentemente en un sentido más amplio a cualquier distribución ordenada producida por el análisis de un fenómeno complejo. Un sonido complejo, como por ejemplo un ruido, puede analizarse como un espectro acústico formado por tonos puros de diferentes frecuencias. Igualmente, una mezcla compleja de elementos o isótopos con distinta masa atómica puede ser separada en una secuencia ordenada según su masa atómica y denominada espectro de masas.

La espectroscopia no sólo ha proporcionado un método importante y sensible para el análisis químico, sino que ha sido el principal instrumento para descubrimientos en campos aparentemente no relacionados, como la astrofísica o la teoría atómica. En general, los cambios en el movimiento de los electrones exteriores de los átomos dan lugar a espectros en la región visible, infrarroja y ultravioleta. Los cambios en el movimiento de los electrones interiores de los átomos pesados producen espectros de rayos X. Los cambios en la configuración del núcleo de un átomo producen espectros de rayos gamma. Los cambios en la configuración de las moléculas producen espectros visibles e infrarrojos.

En la práctica de laboratorio vamos a usar un espectroscopio, y le vamos a calcular su poder de resolución y la dispersión de la red usando una fuente a la cual se le conocen los valores de longitud de onda de los colores de su espectro. Adicionalmente vamos a usar una fuente desconocida y usando el espectroscopio vamos a determinar las longitudes de onda de su espectro.

Espectrómetro:

El espectrómetro es un espectroscopio graduado que determina y mide las características de las componentes de un espectro. Un espectrómetro posee cuatro componentes básicos: un foco productor del haz de radiación o de partículas que se va a investigar, un analizador que separa el haz de acuerdo con las propiedades que se desea analizar, un detector que mide su cantidad y un elemento que registra los resultados en forma de gráfica.

Difracción a través de múltiples rendijas:

La difracción es junto con la interferencia un fenómeno típicamente ondulatorio. La difracción se observa cuando se distorsiona una onda por un obstáculo cuyas dimensiones son comparables a la longitud de onda. De acuerdo con el principio de Huygens, cuando la onda incide sobre una rendija todos los puntos de su plano se convierten en fuentes secundarias de ondas, emitiendo nuevas ondas, denominadas ondas difractadas, por lo que el fenómeno de la difracción no es cualitativamente distinto del de la interferencia.

Su distribución de intensidad es:

donde: a: distancia entre rendijas

b: ancho de las rendijas

N: número de rendijas

θ : el angulo en el que se observa la interferencia

Poder de resolución de una rejilla:

Es la capacidad de la rejilla para representar o hacer perceptibles las imágenes o señales de los sucesos u objetos próximos en el espacio o en el tiempo. Un espectrógrafo de alto poder de resolución produce un espectro en el que las líneas ocupan un porcentaje muy pequeño de la superficie, y por lo general la inmensa mayoría del espectro está completamente vacía.

Dispersión de una red:

La red suele estar formado por una superficie reflectante sobre la que se han trazado miles de surcos paralelos muy finos. Al incidir sobre una superficie así, un haz de luz se ve dispersado en todas las direcciones o difractado en cada surco. Las ondas de luz procedentes de los distintos surcos se refuerzan mutuamente en determinadas direcciones y se anulan en otras. Las direcciones de refuerzo y anulación son distintas para cada longitud de onda.

Espectroscopia:

La espectroscopia se basa en que cada elemento químico tiene su espectro característico. La luz se emite y se absorbe en unidades minúsculas o corpúsculos llamados fotones o cuantos. La energía de cada fotón es directamente proporcional a la frecuencia u, por lo que es inversamente proporcional a la longitud de onda λ. Esto se expresa con la sencilla fórmula:

             h: constante de Planck

Los diferentes colores o longitudes de onda de los cuantos de luz emitidos o absorbidos por un átomo o molécula dependen de la estructura de éstos y de los posibles movimientos periódicos de las partículas que los componen, ya que estos dos factores determinan la energía total del átomo o molécula. Un átomo está formado por su núcleo, que no contribuye a la emisión y absorción de luz porque es pesado y se mueve con mucha lentitud, y los electrones que lo rodean, que se mueven a bastante velocidad en múltiples órbitas; el átomo emite o absorbe un cuanto de luz de un color determinado cuando uno de sus electrones salta de una órbita a otra. Los componentes de una molécula son los núcleos de los diferentes átomos que la forman y los electrones que rodean cada núcleo. La emisión y absorción de luz por parte de una molécula corresponde a sus diferentes modos de rotación, a los modos de oscilación de sus núcleos atómicos y a los movimientos periódicos de sus electrones en las distintas órbitas. Siempre que cambia el modo de oscilación o rotación de una molécula, también cambian sus movimientos electrónicos y se emite o absorbe luz de un color determinado.

Por tanto, si se pueden medir las longitudes de onda de los fotones emitidos por una molécula o átomo, es posible deducir una información considerable sobre su estructura y sobre los distintos modos de movimiento periódico de sus componentes.

Un análisis espectroscópico cuidadoso muestra que las líneas espectrales tienen una estructura fina debida a tres causas: la forma elíptica de las órbitas de los electrones, el espín del electrón y el espín del protón. En la práctica, también hay que tener en cuenta los campos eléctricos y magnéticos parásitos que puedan existir, y el hecho de que el compuesto puede ser una mezcla de isótopos normales y pesados. Además, todas estas partículas se mueven de forma aleatoria, por lo que también aparecen efectos Doppler aleatorios.

Hipótesis:

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