Serie Balmer

Los átomos y las moléculas exhiben un comportamiento muy interesante cuando absorben y liberan energía. Los electrones en un átomo existen tradicionalmente en su estado de energía más bajo, llamado estado fundamental, y etiquetado como n igual a uno. Sin embargo, cuando un átomo absorbe energía, los electrones se excitan y se mueven a un nivel de energía más alto. Cuando los electrones se relajan a un estado de energía más bajo o al estado fundamental, el exceso de energía se libera en forma de luz emitida.

Es posible que esté familiarizado con estos estados de energía, tal como se representan en el modelo de Bohr, que describe un átomo como un núcleo con electrones en órbita en capas u orbitales. Estas capas son las mismas que los niveles de energía y están etiquetadas por n. La longitud de onda de la luz emitida depende de la diferencia entre los niveles de energía alta y baja. La luz emitida de alta energía es el resultado de la relajación de los electrones desde un nivel de energía más alto, y la luz emitida de baja energía es el resultado de la relajación de los electrones desde un nivel de energía más bajo.

El espectro de emisión es una medida de la radiación emitida a través de un rango de longitudes de onda. Con las especies elementales puras, el comportamiento de emisión aparece como líneas de longitudes de onda específicas en lugar de un espectro amplio. Dado que los diferentes átomos tienen diferentes niveles de energía, estas líneas espectrales varían de un elemento a otro y dependen de las transiciones que esos electrones hacen entre los estados de energía cuando se excitan. Por ejemplo, hay seis series de líneas espectrales con nombre para el hidrógeno, una de las cuales es la serie de Balmer.

La serie de Balmer de líneas espectrales ocurre cuando los electrones pasan de un nivel de energía superior a n = 3 a n = 2. El espectro de luz visible para la serie Balmer aparece como líneas espectrales a 410, 434, 486 y 656 nm. La línea h alfa es la línea roja a 656 nm y se produce debido a la transición de n= 3 a n= 2. Las líneas cian, azul y violeta corresponden a las transiciones de nivel de energía de n = 4, 5 y 6, respectivamente, hasta n = 2. Se pueden medir líneas espectrales adicionales fuera del rango visible.

Johann Balmer cuantificó las líneas visibles utilizando la fórmula de Balmer. Aquí, lambda es la longitud de onda observada, c es una constante, n es el nivel de energía más bajo de dos y m es el nivel de energía más alto. La combinación de la ecuación de Balmer y el modelo de Bohr nos da la ecuación de Rydberg, que describe las líneas espectrales de muchos elementos diferentes. En esta ecuación, lambda es la longitud de onda registrada y R_H es la constante de Rydberg. Los niveles iniciales marcados con n-inicial representan el nivel de energía más alto al que se excitan los electrones y n final es el nivel de energía más bajo al que los electrones se relajan. Para la serie Balmer, n_final = 2.

En este laboratorio, medirá y observará los espectros de emisión de hidrógeno, helio y neón y utilizará la ecuación de Rydberg para determinar la ubicación de las líneas espectrales.