Espectros atómicos

En el siglo XVII, Isaac Newton demostró que la luz blanca visible procedente del sol puede descomponerse en sus diferentes colores mediante un prisma. Es un proceso denominado dispersión, tal y como puedes observar en la siguiente animación en la que se simula la descomposición de la luz blanca:

El espectro que se obtiene es continuo; contiene todas las longitudes de onda desde el rojo al violeta, es decir, entre unos 400 y 700 nm (1 nm -nanómetro- = 10-9 m).

Espectros continuos y discontinuos, de emisión y de absorción

Cuando se irradia la materia con radiación electromagnética, la materia puede absorber, y posteriormente emitir, ciertas longitudes de onda, o frecuencias, en relación con su estructura interna. Cuando los cuerpos sólidos, líquidos o gases a alta presión son excitados convenientemente por medio de calor o electricidad, se observan sus colores característicos. Estos colores constituyen un todo continuo, lo que se traduce en el color rojo de la resistencia de un calentador o en el blanco característico de una bombilla. Esto sucede porque existen muchos átomos excitados que emiten ondas de luz cuyas coloraciones parciales se solapan produciendo un espejismo luminoso de continuidad.

Espectros de emisión y de absorciónSi realizamos la misma experiencia con gases a bajas presiones, es decir con pocos átomos, es posible observar cómo la luz emitida por ellos y dispersada luego por un prisma consta de una serie de líneas, sin que exista una banda continua de colores; se observa que la luminosidad emitida así es discontinua.

Por tanto trabajaremos con elementos químicos en estado gaseoso.

A este tipo de espectros se los conoce como espectros de emisión, y tienen la característica fundamental que cada elemento químico presenta un espectro característico propio, específico y diferente de los del resto de elementos, que sirve como "huella digital" permitiendo identificarlo fácilmente. En la imagen se muestra el espectro de emisión del hidrógeno.

Es posible también obtener el espectro de un gas de una forma complementaria, iluminando con luz blanca (que presenta todas las frecuencias posibles) una muestra del gas en cuestión, de forma que se observan unas líneas oscuras sobre el fondo iluminado, correspondientes a las longitudes de onda en las que el elemento absorbe la energía.


Espectro continuo de la luz blanca
Espectro de emisión del H
Espectro de absorción del H


A este espectro se le conoce como espectro de absorción y es complementario al de emisión, puesto que las líneas de ambos coinciden para un mismo elemento, tal y como puedes observar en el espectro de absorción del hidrógeno y compararlo con el de emisión.

El espectro de emisión de un elemento es el negativo del espectro de absorción: a la frecuencia a la que en el espectro de absorción hay una línea negra, en el de emisión hay una línea emitida ,de un color, y viceversa

Cada elemento tiene un espectro característico; por tanto, un modelo atómico debería ser capaz de justificar el espectro de cada elemento.

¿Por qué aparecen los espectros?

Cuando irradia una sustancia con luz blanca (radiación electromagnética continua) los electrones escogen las radiaciones de este espectro continuo para producir saltos a niveles superiores (estado excitado).

Espectro de emisión Espectro de absorciónCuando un electrón salta desde su estado fundamental a niveles de mayor energía (estado excitado) y cae de nuevo a niveles de menor energía se produce la emisión de un fotón de una longitud de onda definida que aparece como una raya o línea concreta en el espectro de emisión. La radiación electromagnética proveniente de la luz blanca después de pasar por la sustancia vemos que le faltan una serie de líneas que corresponden con saltos electrónicos desde el estado fundamental al estado excitado. Es lo que se denomina un espectro de absorción. Lógicamente las líneas del espectro de emisión son las que faltan en el de absorción pues la energía para pasar de un nivel a otro es la misma suba o baje el electrón.