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Informe de laboratorio del tema 4 de química, sobre transiciones electrónicas
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
1 / 16
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UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL SUR
FACULTAD DE: MEDICINA HUMANA
LABORATORIO DE QUÍMICA
CURSO: QUÍMICA GENERAL
PROFESORA: Milagros Yovana Muñoz Cabana
INFORME DE PRÁCTICAS
PRÁCTICA N°: 4
TÍTULO: TRANSICIONES ELECTRÓNICAS.
INTEGRANTES:
Torres Zegarra, Betzy
Valenzuela Honores, Rafael
Valenzuela Segovia, Mayra
Valdivia Salas, Naskia
HORARIO DE PRÁCTICA
FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA: 18 de septiembre, 2019.
FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 25 de septiembre, 2019.
Visualizar los cambios en el espectro de colores producida por el salto
de electrones en átomos excitados eléctricamente.
Calcular la longitud de onda, frecuencia y energía asociada a cada una
de las radiaciones observadas.
2. Fundamento Teórico
2.1. Electrones:
Son partículas subatómicas que tiene una masa muy pequeña y una carga eléctrica
unitaria negativa (1). Este presenta dos estados:
a) Estado basal o fundamental
b) Estado excitado: La energía es superior al
del estado fundamental, es decir,
corresponde al estado del átomo cuando
algún electrón alcanza un nivel energético
superior por absorción de algún tipo de
energía (2p. 222). Estos pueden ser
excitados por las siguientes fuentes:
Calor de la llama de combustión o un
plasma iónico.
Arco eléctrico
Chispa eléctrica
Otra luz o radiación específica
2.2. Fuentes externas de energía para la excitación de los electrones
La excitación de los electrones en los átomos, moléculas o redes cristalinas se
pueden producir a causa de estas energías:
a) Energía eléctrica:
Movimiento de electrones que se trasladan por un conductor eléctrico durante un
determinado periodo (3). Este puede provenir de cualquier fuerza electromotriz (FEM),
por ejemplo, la corriente eléctrica doméstica de 220 voltios.
b) Energía lumínica:
Proveniente de la luz del sol; la luz de la emisión de radiación de otros átomos o
moléculas previamente excitadas. (4)
c) Energía térmica:
Fuente: http://saberesyciencias.com.mx/wp-
content/uploads/2015/01/p-11a.jpg
grupo IA se usa la luz ultravioleta porque tiene menor longitud de onda, mayor
frecuencia y mayor energía por fotón que la luz visible (7).
La energía cinética máxima de los electrones emitidos es la misma para una
determinada longitud de onda de la luz incidente, independientemente de la
intensidad de la luz (7). Por ello, cuanto más brillante sea la luz (esto es, cuando
mayor sea la intensidad luminosa), escapan más electrones de un metal Sin embargo,
la energía cinética (la velocidad) de los electrones depende del color (la frecuencia)
de la luz, y no de la intensidad luminosa.
Los paquetes de radiación electromagnética se llaman fotones; cada fotón porta una
cantidad definida de energía. Este es proporcional a la frecuencia de la radiación
electromagnética, e inversamente proporcional a la longitud de onda de esa radiación
h = Constante de proporcionalidad, llamada constante de Planck (h = 6.626 x
10-34 J.s).
c = Velocidad de la luz en el vacío (2.998 x 108 m.s-1),
ƒ = frecuencia de la radiación en s-1.
ʎ = Longitud de onda de la radiación en metros.
2.5. Carácter ondulatorio y corpuscular de la radiación
electromagnética
Los fotones no son partículas ordinarias: no tienen masa, y se mueven a la misma
velocidad. Su energía no depende de la velocidad. Las propiedades ondulatorias de
los electrones se aplican en el microscopio electrónico. Los microscopios ópticos
comunes no pueden emplearse para examinar objetos más pequeños que la longitud
de onda de la luz visible ( 4 a 7 x 10
− 7
m
). Los rayos X tienen longitudes de onda más
cortas que las de la luz visible, pero es difícil enfocarlos. Como hemos visto, los
electrones tienen más o menos la misma longitud de onda que los rayos X (4).
2.6. Fuegos artificiales y pruebas a la llama
Los fuegos artificiales son consecuencia de las estructuras electrónicas de los
átomos de ciertos elementos específicos. Además, las pruebas a la llama se apoyan
en los colores de las llamas para identificar varios elementos.
Los agentes productores del color se usan en forma de sales y metales en polvo. De
las sales metálicas solamente el catión produce el color, mientras que los aniones no
influyen directamente en el color, aunque sí lo hacen en la temperatura de la llama,
que está relacionada con la excitación de las moléculas (4). A continuación se
observa los productos más usados para conseguir los colores de los fuegos
artificiales:
Tabla n°2: Sustancias químicas de partida utilizadas para producir los colores
de los fuegos artificiales
Rojo Li 2 CO 3 , SrCO 3 , Sr(NO 3 ) 2 , SrC 2 O 4 ·H 2 O
Naranja CaCl 2 , CaSO 4 , CaCO 3
Dorado Fe, C
Amarill
o
NaNO 3 , Na 3 AlF 6 , Na 2 C 2 O 4 , NaHCO 3 , NaCl
Verde BaCl 2
, Ba(NO 3
, BaCO 3
, Ba(ClO 3
Azul
CuCl, CuSO 4
O, CuH·AsO 3
Violeta KCl
Plata Mezcla de compuestos de Sr (rojo) y Cu (azul)
Blanco Al, Ti, Mg
Materiales:
1 mechero
1 pinza de madera
1 pinza de crisol
3 asas de siembra (asa de nicrom)
1 caja de fósforo
1 cintas de magnesio metálico
10cm
1 limadura de hierro 5g
1 limadura de aluminio 5g
1 ácido clorhídrico ~ HCl 10%
frasco 150mL
10 cápsulas de porcelana o crisol
1 cloruro de litio frasco 25g
1 cloruro de sodio frasco 25g
1 cloruro de potasio frasco 25g
1 cloruro de calcio frasco 25g
1 cloruro de estroncio frasco 25g
1 cloruro de bario frasco 25g
1 cloruro de cobre frasco 25g
Ejemplo del litio:
Primero observamos los colores de acuerdo a cada muestra:
Carbono C
Amarillo
Cloruro de litio LiCl
Naranja
Cloruro de sodio NaCl
Naranja
Cloruro de potasio KCl
Violeta
Cloruro de calcio CaCl
Rojo
Cloruro de
estroncio
SrCl
Rojo
Cloruro de bario BaCl
Verde
Cloruro de cobre CuCl
Azul
Magnesio Mg
Blanco
Hierro Fe
Naranja
Naranja
Aluminio Al
Para hallar la longitud de onda (ʎ):
De acuerdo a la tabla n° 3 , el color que observamos se halla el promedio entre las
dos longitudes.
Tabla n° 3. Emisión de radiación por excitación térmica (calor)
Violeta 380 – 455 nm
Azul 455 – 492 nm
Verde 492 – 577 nm
Amarillo 577 – 597 nm
Naranja 597 – 622 nm
Rojo 622 – 780 nm
Observamos el litio de color naranja entonces se saca el promedio.
nm
Para hallar la frecuencia:
Para poder hallar la frecuencia, dividimos la velocidad de la luz (3x 10
8
m / s ¿
con la
longitud de onda (ʎ). A la longitud se le tiene que convertir de nanómetros a metros
así que multiplicamos la longitud de onda con 10
− 9
(nano).
ƒ =
ƒ =
3 x 10
− 8
m / s
609.5 x 10
− 9
m
ƒ =4.92x 10
14
s
− 1
Para hallar la energía del fotón:
Se multiplica la constante de Planck (h=6.626x 10
34
con la frecuencia
h x C
Aluminio
609.5 4.92x 10
14
3.26x 10
− 19
1.9x 10
5
1.95x 10
2
5. Discusión
En los resultados mostrados se puede apreciar que la coloración de la flama cambia a
diferentes tipos de colores por la intervención de ciertas sales y metales utilizados
para la sesión de laboratorio. Cabe explicar que el cambio de colores sucede debido a
que la luz (energía lumínica) no es más que una radiación electromagnética que
cambia de color dependiendo de la longitud de onda que este posea al momento de
chocar con algún objeto, dependiendo del ángulo de incidencia, cuando la luz visible
choca con la superficie de un material transparente como el agua o el vidrio, ocurre
una refracción (8). Tal y como explica Isaac Newton (1672), la luz blanca está
compuesta de ciertos colores principales tales como rojo anaranjado, amarillo, verde,
azul, añil y violeta.
Es así como en el experimento realizado, el cambio repentino del color de la llama
puede ser explicado, pues la intervención de las sales y metales a temperaturas
elevadas genera una reacción química, excitando a los electrones de cada
compuesto, en los cuales los metales seden electrones a los no metales, pues los
electrones pueden saltar a diferentes niveles de energía si la energía que se les aplica
es la necesaria para hacer esto (9), liberando así energía lumínica que varía de color
dependiendo de la longitud de onda que hayan alcanzado.
La prueba que se hizo con el magnesio es la más indicada para entender los
procesos de transmisión electrónica, pues es un excelente conductor de electricidad y
calor (10), pues la luz que irradió al ser puesta a altas temperaturas fue de color
blanco, exponiendo así la gran cantidad de energía que se le dio a los electrones para
llegar a los diversos niveles de energía. Al aparecer, la luz blanca se puede
comprobar que todos los demás colores estuvieron presentes, por ende los electrones
lograron ser excitados y generar una transición eléctrica a otros niveles de energía.
Al calcular las longitudes de onda, frecuencias y energías de los fotones, se concluye
que a menor longitud de onda, mayor será la energía del fotón, por lo tanto se
observó el cambio en el espectro de color, evidenciando y comprobando el salto o la
transición de los electrones a capas superiores de nivel de energía.
- Usar los implementos completos de seguridad como mascarillas, guantes, bata
y lentes para proteger la vista al observar los espectros de color brillante.
- Tener los materiales completos y en buen estado (asa de siembra y mortero),
ya que influirán en los resultados de los colores y evitar dejar residuos de las
sales y metales en los materiales dichos.
- Manipular con cuidado el mechero para evitar incidentes y accidentes. También
adecuarlo en una llama no luminosa, es decir en combustión completa.
McGraw-Hill/Interamericana editores; 2017
Santos; 2005. [citado el 20 de septiembre de 2019]. Disponible en:
https://books.google.com.pe/books?
id=9_7xnVy4GzsC&printsec=frontcover&dq=electro+excitado+y+electron+basal
+pdf&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjj16eb8t_kAhVGKawKHV40D7wQ6AEIMzAB
#v=onepage&q&f=false
el Perú: 25 años de aportes al crecimiento económico del país. [Internet]. Lima;
2016.[citado el 20 de septiembre de 2019]. Disponible en:
http://www.osinergmin.gob.pe/seccion/centro_documental/Institucional/
Estudios_Economicos/Libros/Osinergmin-Industria-Electricidad-Peru-
25anios.pdf
Elsevier España, S.L; 2010. [citado el 20 de septiembre de 2019]. Disponible
en: https://books.google.com.pe/books?id=ZWocHRdZ-
pIC&pg=PA64&dq=la+luz+visible&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwiAvd6L_9_kAhU
E01kKHXukCLgQ6AEIKDAA#v=onepage&q=la%20luz%20visible&f=false
http://www.eeza.csic.es/Documentos/Publicaciones/RadiacionElectromagnetica
_Esceptico24.pdf
Autónoma de Baja California, 2016. [citado el 20 de septiembre de 2019].
Disponible en: http://ing.ens.uabc.mx/docencia/apuntes/nanotecnologia/13189-
APUNTES%20ELECTRONICOS%20FISICA%20CUANTICA-2016.pdf
E fotón = h x f
f =
c
long. de onda
f =
3 x 10
8
m / s
375 x 10
− 9
m
= 8 x 10
14
s
-
1
= h x f =6.626 x 10
− 34
Js x 8 x 10
14
s
-
1
=5,3 x 10
− 19
2
=5,3 x 10
− 19
x 4 =2,12 x 10
− 18
2,12 x 10
− 18
J =6.626 x 10
− 34
Js
3 x 10
8
m / s
long. de onda
Long. de onda E
2
=1,06 x 10
− 2
nm.
3. Calcular la frecuencia, la longitud de onda y la energía asociada al salto
electrónico desde el nivel 5 al 3 en el átomo de hidrógeno.
Datos:
E. Energía del electrón átomo de hidrógeno en la primera órbita
E1= 2,174 x 10
E = - Constante / 1
E1 = - Constante / 1²
J = Constante / 1
Constante = 2,18 x 10
n= 3
E3 = - Constante /3²
E3 = -2,18 x 10
E3 = -2,42 x 10
n=
E5= - Constante / 5²
E5 = -2,18 x 10
E5 = - 8,72 x 10
Energía con que se emite en el salto
Energía del fotón = E5 - E
Energía del fotón = - 8,72 x 10
2,42 x 10
Energía del fotón = 3,292 x 10
Longitud de la onda: n=
1/λ = Radio (1/4 -1/n²)
1/λ = 10967757 (1/4 -1/25)
1/λ = 2.303.228,97 m
λ = 2,3 x 10
m
Frecuencia:
λ = Velocidad / frecuencia
frecuencia = Velocidad / λ F= 3 x
8
/ 2.3 x 10
6
F = 1,30 x 10
2
s
5. ¿Qué es un rayo láser, cómo se emite?
Es un dispositivo que produce y amplifica la luz de una forma casi imposible de
obtener por cualquier otro medio. Se emite mediante un suministro eléctrico de
alto voltaje hace que el tubo de flash (como el de una lámpara de xenón) se
encienda y apague intermitentemente. Cada vez que el tubo parpadea,
«bombea» energía al cristal de rubí. Los flashes hacen que se inyecte energía
en el cristal de rubí en forma de fotones. Los átomos en el cristal (los puntos
verdes grandes) absorben esta energía en un proceso llamado absorción. Los
átomos absorben energía cuando sus electrones saltan a un nivel de energía
más alto, como hemos visto anteriormente. Después de unos pocos
milisegundos, los electrones vuelven a su nivel de energía original (estado
fundamental) emitiendo un fotón de luz (los puntos azules más pequeños). Esto
se llama emisión espontánea. Los fotones emitidos por los átomos se acercan
y alejan dentro del cristal de rubí, viajando a la velocidad de la luz. En algunos
momentos, uno de estos fotones estimula un átomo ya excitado. Cuando esto
sucede, el átomo excitado emite un fotón y recuperamos también nuestro fotón
original. Esto se llama emisión estimulada. En ese momento, un fotón de luz
ha producido dos fotones de luz, así que ésta se ha amplificado (aumentado en
fuerza). En otras palabras, la «amplificación de luz» (un aumento en la cantidad
de luz) ha sido causada por «emisión estimulada de radiación», de la que
hemos hablado al principio. De ahí el nombre “láser”. Un espejo en un extremo
del tubo láser mantiene los fotones rebotando hacia adelante y hacia atrás
dentro del cristal. Un espejo parcial en el otro extremo del tubo hace rebotar
algunos fotones en el cristal, pero deja escapar a algunos. Los fotones que
escapan forman un haz muy concentrado luz láser muy potente, que es lo que
se usa, por ejemplo, para cortar un tubo metálico.
