FÍSICA DE SEMICONDUCTORES Espectros Atómicos UN Juan Camilo Ramirez Ayala código: 30 6 de junio del 2015

ESPECTROSCOPÍA Muestre un gráfico que representa un Espectro Electromagnético amplio. Haga una exposición (presentación.ppt) sobre el Espectro Electromagnético generado por excitaciones externas de los electrones que componen los átomos. Qué son Espectros de Emisión Los producidos por excitaciones como campos eléctricos externos Requiere electrodos y una fuente de voltaje externa Espectros de Absorción Los producidos radiación que impacta los átomos en estudio Requiere una fuente de luz

Espectro electromagnético

Espectro electromagnético y excitaciones externas Para comprender mejor este concepto, se dará una pequeña introducción a la definición de estado excitado. La excitación es una elevación en el nivel de energía por encima de un nivel elegido como arbitrario (o como base). Para comprender mejor esto, se tomara el átomo de hidrogeno como ejemplo. Por simplicidad, ya que este posee solo un electrón, es el mejor postor para la explicación procedente. El electrón puede poseer varios estados de energía, pero el menor de estos es llamado estado fundamental; El estado mas bajo del átomo de hidrogeno es el que se encuentra en la función de onda “1s” que presenta simetría esférica y posee los estados mas bajos posibles. Una vez se le da energía adicional al átomo (se calienta, energía potencial, campo eléctrico, etc.) los electrones pueden aumentar sus niveles de energía y hasta emerger del átomo (fotones), formando un ion positivo (ya que la carga negativa se ha ido) y cambiando de valor la carga neta del átomo. El aumento de energía en el átomo de hidrogeno, y la respectiva emisión del electrón produce un espectro, propio de cada átomo.

A este espectro, se le conoce como espectro electromagnético, ocurre por la emisión de fotones debido a la excitación en diferentes átomos. Este espectro muestra una serie diferente de líneas, llamadas líneas de emisión. En la figura anterior se muestra el espectro de emisión del hidrogeno, este espectro puede ser explicado por las siguientes series: Serie de Lyman (converge a 91 nm) Serie de Balmer (converge a 365 nm) Serie de Paschen (converge a 821 nm) Serie de brackett (converge a 1459 nm) Serie de Pfund (converge a 2280 nm)

La serie de Lyman esta en el espectro ultravioleta, la serie de Balmer esta en el espectro visible, y las series de Paschen, Brackett, Pfund están en el espectro infrarrojo. Estos datos anteriores se dan para el hidrogeno. A un átomo en un estado excitado de muy alta energía se denomina átomo de Rydberg. Johannes Rydberg físico Sueco, el 5 de noviembre de 1888 presento la formula de Rydberg, utilizada para descubrir la longitud de onda de las líneas espectrales de una gran cantidad de elementos químicos. Para el caso del hidrogeno se presenta la formula a continuación. Donde es el valor de la longitud de onda de la luz emitida en el vacío. Es la constante de Rydberg para el hidrogeno son números enteros Esta ecuación también se puede utilizar para cualquier átomo, simplemente se debe multiplicar a esta el número atómico respectivo de cada átomo.

Espectro de emisión El espectro de emisión o espectro de radiación, es el espectro de frecuencias de la radiación electromagnética emitida debido a los electrones de un átomo haciendo transición de un estado de alta energía a un estado de menor energía. El espectro de emisión de cada elemento es único y puede ser utilizado para saber si elemento hace parte de algún compuesto desconocido. Para que esta transición ocurra, se necesita una estimulación externa, puede ser un campo eléctrico, magnético o algún método por el cual se pueda transferir energía. Ya que cada elemento tiene un espectro de emisión propio, puede utilizarse como una huella digital de este.

Una de las principales aplicaciones de este fenómeno es la caracterización de materiales por medio del espectro de emisión de cada elemento.

Espectro de absorción Ocurre cuando los electrones que absorbieron energía y fueron a un nivel superior, vuelven a su estado normal y emiten un fotón en la transición de este estado, en una frecuencia especial de este elemento. Estos fotones emitidos, crean líneas brillantes, las cuales sobre un fondo negro, muestran diferentes colores, a esto se le conoce como espectro de absorción. Para que esto ocurra, a los electrones se les debe calentar (aumentar energía) o exponerse a una fuente de luz. Principalmente fue Fraunhofer quien se dio cuenta del espectro de absorción, cuando hizo pasar luz solar y por un prisma y se dio cuenta de que este daba las líneas espectrales del arco iris.

Una de las principales aplicaciones de este fenómeno es la verificación de la frecuencia de cada material. Ya que en la emisión de cada fotón, la frecuencia es distinta.

Problema

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sugerencias Mencione personajes, años, países y aplicaciones Ilustre con imágenes Mencione las series de Balmer, etc Mencione la Constante de Rydberg Mencione que el espectro emitido por un elemento como el H ó el O es una huella digital que identifica la clase de átomos en estudio