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Espectro atómico de elementos.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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“Espectro Atómico” INTEGRANTE: Marcela Denisse Muzzio Villafuerte PARALELO: 101 PROFESOR: Ing. Yessenia Gabriela Pacheco Condo FECHA DE PRESENTACIÓN: 31/10/ GUAYAQUIL - ECUADOR
1. Título del Informe “Espectro atómico” 2. Objetivos: 2.1 Objetivo General: Verificar el metal presente en distintas sales inorgánicas por medio del reconocimiento de su color característico a la llama para el estudio de sus propiedades a nivel molecular. 2.2 Objetivos Específicos: Emplear valores teóricos de longitudes de onda a partir de los colores observados para la determinación de la cantidad de energía requerida para la emisión de los espectros en cada muestra. Utilizar los valores teóricos de la energía de ionización de los metales para la comparación entre esta y la energía de emisión calculada en cada muestra. Aplicar conceptos de energía y espectro atómico para la determinación del número de fotones empleados en la emisión espectral suponiendo que se utiliza una fuente laser de 7 𝑚𝑊 de potencia. 3. Marco teórico: Definición de estado excitado de un átomo: Un átomo en su estado fundamental implica que cada electrón ocupa su respectivo lugar su órbita alrededor del núcleo. Se dice que está excitado cuando sale de su estado fundamental, es decir, cuando alguno de sus electrones salta de su órbita a otra que se encuentre alejada del núcleo. La energía requerida para que esto ocurra puede venir del impacto con alguna otra partícula. Un átomo en estado excitado se vuelve muy inestable,
Los átomos emiten y absorben frecuencias discretas de radiación electromagnética que está constituida por un haz de partículas denominadas fotones, cuanto mayor sea la intensidad de la luz, mayor será el número de fotones, y cuanto mayor sea la frecuencia de luz, mayor energía tendrán los fotones. Si la variación de energía del átomo se define como ∆𝐸, la frecuencia de la luz emitida o absorbida definida como 𝜐 satisface la siguiente ecuación. (Atkins, 2006) ∆𝐸 = 𝜆 𝜐 Como la energía de los átomos o moléculas está cuantizada únicamente se dan posibles ∆𝐸 y como consecuencia la luz absorbida y emitida se encontrarán en ciertos valores de frecuencia. Si las transiciones de entre niveles de energía están poco separadas emiten o absorben luz de baja frecuencia, lo cual implica que la radiación es de longitud de onda larga. Por otra parte, si las transiciones entre los niveles de energía se encuentran muy separadas, la luz tendrá alta frecuencia, implicando que la radiación posee longitud de onda corta. (Atkins, 2006) La longitud de onda también puede estar definida por la siguiente expresión, relacionada con la velocidad de la luz 𝑐 = 3 × 108 𝑚/𝑠 y la frecuencia 𝜐. 𝜆 =
Si la longitud de onda de la radiación se encuentra entre 400- 800 𝑛𝑚 se percibe la luz visible, las propiedades de la luz, como la frecuencia, es utilizada como una fuente de información sobre los niveles energéticos de los átomos. (Atkins, 2006)
Figura 2. Color, frecuencia y longitud de onda de la radiación electromagnética. Fuente: "Química Inorgánica" P. Atkins, T. pg. 16.
4. Materiales, equipos y reactivos: Materiales: Cápsula de porcelana. Espátula. Pipeta Pasteur, 1 mL. Mechero de Bunsen. Cuchara de deflagración. Equipos: No se utilizaron equipos. Reactivos: 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑠), 0. 5 𝑔. 𝐶𝑎𝐶𝑙 2 ∙ 2 𝐻 2 𝑂(𝑠), 0. 5 𝑔. 𝐵𝑎𝐶𝑙 2 ∙ 2 𝐻 2 𝑂(𝑠), 0. 5 𝑔. 𝐶𝑢𝐶𝑙 (^2) (𝑠), 0. 5 𝑔. 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻(𝑙), 16 𝑔𝑜𝑡𝑎𝑠. 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑎. 5. Procedimiento: Parte 1: Preparación de la muestra Con la espátula, tomar aproximadamente 0.5 g de la sal inorgánica y colocarla en la cápsula de porcelana.
C 𝐵𝑎𝐶𝑙 2 ∙ 2 𝐻 2 𝑂 Ba/+2^ Verde D 𝐶𝑢𝐶𝑙 2 Cu/+2^ Verde Azulado Tabla 1. Datos Iniciales de la práctica 7.2 Cálculos Cálculos de Energía del fotón: 𝜀 = ℎ𝜐 𝜀 =energía del fotón ℎ = 6. 6261 × 10 −^3 𝐽 ∙ 𝑠 (constante de Planck) 𝜐 =frecuencia 𝜐 =
𝑐 = 3. 00 × 108 𝑚/𝑠 (velocidad de la luz) 𝜆 = longitud de onda 𝜀 = ℎ
Muestra A: Na 𝜀 =
Cu
Muestra B: Ca 𝜀 =
Muestra C: Ba 𝜀 =
Muestra D: Cu 𝜀 =
Cálculo de número de fotones para una potencia de 7 𝒎𝑾 : 𝑃 =
Muestra Metal/Carga Color del espectro Longitud de onda asociada (nm) Energía de Ionización ( 𝒆𝑽 ) Energía Fotónica ( 𝒆𝑽 ) Número de fotones A Na/+1 Naranja 585 5.139 2.122 2. 06 × 1016 B Ca/+2 Rojo 725 6.113 1.710 2. 55 × 1016 C Ba/+2 Verde claro
D Cu/+2^ Verde Azulado
Tabla 2. Resultados obtenidos
8. Observaciones La muestra A corresponde al 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑠). El sodio presente en la sal, al entrar en contacto con la llama del mechero hizo que esta se tornara de color naranja. Se presentó algo de dificultad al observar la llama porque su color pudo haber sido confundido con la del mechero, sin embargo, se procuró hacer todo el experimento en la llama azul. La muestra B corresponde al 𝐶𝑎𝐶𝑙 2 ∙ 2 𝐻 2 𝑂(𝑠).El calcio presente hizo que la llama del mechero se tornara de color rojo. La muestra C corresponde al 𝐵𝑎𝐶𝑙 2 ∙ 2 𝐻 2 𝑂(𝑠). El bario presente en la sal hizo que la llama se tornara de color verde claro.
La muestra D corresponde al 𝐶𝑢𝐶𝑙 (^2) (𝑠). El cobre presente en la sal hizo que la llama se tornara de color verde con un ligero tono azulado. Tres de los metales de las muestras pertenecen al bloque s de la tabla periódica y uno al bloque p.
9. Análisis de Resultados La muestra A contenía sodio, el cual presentó una coloración naranja en la llama, a la cual se le asoció una longitud de onda de 585 nm, debido a que el color de la llama tenía un ligero tono amarillo entonces se utilizó un valor promedio entre 580 nm (donde termina el amarillo) y 592 nm (donde comienza el naranja). La energía fotónica que se obtuvo fue de 3. 40 × 10 −^19 , equivalente a 2.122 𝑒𝑉. El valor teórico de la energía de ionización del sodio tomado fue de 5.139, realizando la comparación se concluye que esta es mayor a la energía fotónica. Por otra parte, el número de fotones presentes en la emisión del espectro al utilizar una potencia de 7 𝑚𝑊 fue de 2. 06 × 1016 fotones por segundo. La muestra B contenía calcio, el cual hizo que la llama se vuelva roja. El valor asignado de onda fue de 725 nm, valor obtenido de un promedio entre el máximo y mínimo de toda la franja correspondiente a este color. La energía fotónica calculada fue de 2. 74 × 10 −^19 , equivalente a 1.710 𝑒𝑉. El valor teórico de la energía de ionización del calcio tomado fue de 6.113. Al comparar ambas energías se puede concluir que la energía de ionización es
menores o iguales a 540 𝑛𝑚, por lo que se las considerarían cortas teniendo así alta frecuencia. El calcio fue el que obtuvo un mayor número de fotones y esto se pudo comprobar debido a la intensidad de la llama formada. En general, todas las energías de ionización resultaron mucho mayor en comparación a las energías fotónicas calculadas. Cabe resaltar que la energía de ionización corresponde a la energía necesaria para que un electrón se separe del átomo, mientras que la energía fotónica o de emisión es la requerida para que un electrón pueda pasar de un nivel energético a otro, pero dentro del mismo átomo, por esa razón es lógico que la energía de ionización sea mayor a la de emisión. Los resultados principales son de carácter cualitativo, es decir, se basaban en los colores de las llamas observaron, con algunas referencias encontradas como en la Figura 1. Se pueden verificar que los colores observados eran correctos. Limitaciones de la práctica: Los resultados obtenidos pudieron haber sido influenciado por los valores de longitud de onda utilizados, ya que algunos varían según la fuente y que para cada color existe un intervalo. Por otra parte, el material fue utilizado para cada sal inorgánica, el cual podría haber contenido alguna muestra de otra sal que pudo afectar el espectro de emisión a pesar de lavarlo constantemente con agua destilada. La cuchara de
deflagración tuvo algunos restos de óxido de hierro el cual puedo haber sido añadido a la muestra.
10. Recomendaciones Limpiar los materiales con agua destilada para evitar que la muestra se contamine con otras sales que puedan alterar el color de la llama. Evitar utilizar un exceso de etanol para que la sal se pueda añadir de forma correcta a la varilla metálica de la cuchara de deflagración. Utilizar 4 cifras significativas en los cálculos y redondear correctamente. En caso de no encontrar la longitud de onda exacta del color observado utilizar medidas promedio. Encender el mechero con precaución y procurar utilizar la llama azul. 11. Conclusiones Se verificó el metal presente en las sales inorgánicas al observar el color de la llama al comparar con valores de referencia, así mismo con estos resultados se pudieron estudiar algunas propiedades como la frecuencia, energía y longitud de onda, las cuales brindaban información acerca de la transición entre los niveles energéticos de los átomos. Se emplearon valores teóricos y promedio de longitudes de ondas para poder realizar el cálculo de energía requerida para la emisión de los espectros en cada muestra. Las energías fotónicas calculadas en 𝑒𝑉 se encontraban entre 1 y 2, valores parecidos debido a que 3 de ellos pertenecen al mismo bloque de la tabla periódica.
13. Anexos Tabla 3. Espectro electromagnético y luz visible Fuente: https://www.taringa.net/+ciencia_educacion/la-vision-cromatica-de-los- animales_i8rxq
