FÍSICA DE SEMICONDUCTORESEspectros Atómicos

UNJuan Pablo Paredes Guaca

fsc25Juan31 de Mayo 2015

ESPECTROSCOPÍA• Muestre un gráfico que representa un Espectro Electromagnético

amplio.

ESPECTROSCOPÍA

• Haga una exposición (presentación.ppt) sobre el Espectro Electromagnético generado por excitaciones externas de los electrones que componen los átomos.

Presentación realizada en las siguientes diapositivas.

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

El espectro electromagnético es el rango en el que se encuentran todas las radiaciones electromagnéticas posibles.

Este espectro contiene radiaciones con longitudes de onda muy variadas, yendo desde las ondas de menor longitud de onda como los rayos gamma, hasta las de mayor como las ondas de radio, pasando por longitudes de onda intermedias como la luz visible, ultravioleta y los rayos infrarrojos.

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICOLas radiaciones electromagnéticas se clasifican según su longitud de onda en ondas de radio, microondas, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

Cada radiación con determinada longitud de onda λ tiene asociadas una frecuencia f y una energía de fotón E, que se relacionan mediante las siguientes ecuaciones:

𝐸=h𝑐𝜆

𝜆=𝑐𝑓

Donde:

𝑐=300𝑚𝑠

h=6,62 ∙10−34 J ∙𝑠

Velocidad de la luz

Constante de Planck

ESPECTROSCOPÍA• Espectro de EmisiónEl espectro de emisión de un elemento es el conjunto de frecuencias de las ondas que el elemento puede emitir.Para determinar el espectro de emisión de un elemento, se toma una muestra en estado gaseoso, se coloca en un cristal cerrado y se le transfiere energía desde una fuente externa, por ejemplo un campo eléctrico generado por una fuente de voltaje. Los electrones del elemento se excitan, moviéndose hacia un nivel mayor de energía y cuando decaen a su nivel normal, emiten luz.El espectro de emisión de cada elemento es único y puede ser utilizado como una huella digital para identificar átomos de interés en un compuesto desconocido.

ESPECTROSCOPÍA

En la siguiente gráfica se muestra el proceso para obtener el espectro de emisión de un elemento:

ESPECTROSCOPÍA• Espectro de AbsorciónEl espectro de absorción de un elemento es el conjunto de frecuencias de las ondas de las que el elemento puede absorber radiación incidente.Para obtener el espectro de absorción de un material, se toma una muestra del elemento en estado gaseoso y se ilumina con haces luz de diferentes frecuencias.

PROBLEMA

• Resuelva un problema sencillo del libro texto

El punto A tiene un potencial de 1 V relativo al punto B en el vacío. Un electrón, inicialmente en reposo, se mueve de B hasta A. Cuánta energía (en J y eV) tiene el electrón en A? Cuál es su velocidad (m/s)? (Problema 2.1, Cuarta Edición)

𝐸=(1𝑒 ) (1𝑉 )=1𝑒𝑉

𝐸=1,602 ∙10−19 𝐽

𝐸=12𝑚 ∙𝑣2⇒𝑣=√ 2𝐸𝑚

𝑣=5,9∙105𝑚𝑠

Johann Jakob Balmer (1825-1898)Fue un físico suizo reconocido por la fórmula que lleva su nombre, la cual permite obtener los números de onda (recíproco de la longitud de onda) de la serie espectral del átomo de hidrógeno.

Johannes Rydberg (1854-1919)Fue un físico sueco conocido especialmente por la fórmula que lleva su nombre, desarrollada en 1888, y que determina la longitud de onda de los fotones emitidos por cambios en los niveles de energía del electrón al interior e un átomo.

CONSTANTE DE RYDBERGEs una constante física que aparece en la fórmula de Rydberg. Fue descubierta al medir el espectro del hidrógeno y fundamentada en las mediciones de Johann Balmer.

El valor de la constante es característico de cada elemento químico y puede ser determinada mediante la siguiente fórmula:

𝑅𝑀=𝑅∞𝑀

𝑀+𝑚𝑒

Donde:

𝑅𝑀

𝑅∞=1.09∙107m− 1

𝑀𝑚𝑒

Constante de Rydberg para un elemento

Masa de su núcleo atómico

Masa del electrón

Constante de Rydberg del infinito

FÓRMULA DE RYDBERG

Desarrollada por el físico Johannes Rydberg, es una fórmula que permite obtener las longitudes de onda de diversos elementos químicos. Para el hidrógeno, que es el caso más conocido, se tiene que:

1𝜆

=𝑅𝐻 ( 1𝑛12 −1𝑛2

2 )Donde:

𝜆𝑅𝐻

𝑛1<𝑛2

Longitud de onda de la luz emitida

Constante de Rydberg para el Hidrógeno

Enteros

FÓRMULA DE RYDBERG

En la fórmula de Rydberg, los valores n1 y n2 determinan las líneas del espectro de emisión del Hidrógeno, para las distintas series, que lleva los nombres de los científicos que las investigaron.

• Serie de Lyman n1 = 1; n2 = 2, 3, 4, …• Serie de Balmer n1 = 2; n2 = 3, 4, 5, …• Serie de Paschen n1 = 3; n2 = 4, 5, 6, …• Serie de Brackett n1 = 4; n2 = 5, 6, 7, …• Serie de Pfund n1 = 5; n2 = 6, 7, 8, …• Serie de Humphreys n1 = 6; n2 = 7, 8, 9, …