3.5.- Espectro del átomo de Hidrógeno

Un espectro puede definirse como el análisis de las distintas longitudes de onda emitidas por un foco luminoso. Todo rayo de luz de una determinada longitud de onda, tiene como imagen en el espectro una y sólo una raya de la misma longitud de onda y frecuencia.

El espectro visible, dentro del espectro electromagnético se extiende entre las longitudes de onda de 3800 A° a 7400 A°, con los siete colores del arco iris; no obstante el espectro se prolonga para longitudes de onda inferiores y superiores:

 

Hay dos tipos de espectros:

a) espectro de emisión: Cuando los átomos de un determinado elemento se calientan a una cierta temperatura mediante la llama o el arco eléctrico, éstos se excitan y emiten luz de unas determinadas longitudes de onda que pueden separarse por métodos físicos (prismas), e impresionan una placa fotográfica llamada espectro de emisión.

La siguiente representación corresponde al espectro de emisión del átomo de hidrógeno:

este es un esquema de la imagen del espectro de emisión del átomo de hidrógeno:

 

b) espectro de absorción: Se consigue al hacer pasar una luz blanca (que contiene todos los colores o frecuencias) a través de la muestra gaseosa, la cual absorbe parte de dicha energía. La luz que sale de la muestra (no absorbida) se descompone por medio de un prisma y contendrá todas las frecuencias menos las que haya absorbido la muestra, y se estudiarán las ausencias, es decir, líneas que le faltan a la luz blanca. En la representación siguiente se muestra cómo se realiza el espectro de absorción del átomo de hidrógeno:

A continuación tienes una representación del espectro de absorción del átomo de hidrógeno:

 

Cada elemento o sustancia tiene unos espectros de emisión y absorción característicos. Los de emisión se utilizan con mayor frecuencia ya que aparecen más líneas que además pueden asociarse en unas series representativas, por ejemplo, para el átomo de hidrógeno se denominan con el nombre del investigador que las descubrió:

1ª serie: Lyman (1916)   está en el espectro ultravioleta.
2ª serie: Balmer (1885)   espectro visible y ultravioleta.
3ª serie: Paschen (1908) espectro infrarrojo.
4ª serie: Brackett (1922)  espectro infrarrojo.
5ª serie: Pfund (1927)  espectro infrarrojo.
6ª serie: Humphreys (1952)  espectro infrarrojo.

Las líneas espectrales del átomo de hidrógeno obedecen a una expresión matemática experimental muy simple determinada por Rydberg:

con nf  = 1 y ni = 2,3,4, ... serie Lyman
con nf  = 2 y ni = 3,4,5, ... serie Balmer
con nf  = 3 y ni = 4,5,6, ... serie Paschen
...
con nf = 6 y ni = 7,8,9, ... serie Humphreys