Espectro Sodio Y Defecto Cuantico PDF

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Guia practica de visualización y comprensión del Espectro Sodio Y Defecto Cuantico...

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Facultad de Ciencias Básicas

ESPECTRO DE EMISION DEL SODIO Y DEFECTO CUANTICO

OBJETIVOS 1. Determinación de las longitudes de onda del espectro de líneas del sodio en primer orden 2. Determinación de las longitudes de onda del doblete del sodio en segundo orden 3. Establecimiento del diagrama de niveles de energía con las transiciones observadas 4. Determinación del defecto cuántico de los niveles obtenidos y del potencial de ionización del sodio. 5. Determinación de la diferencia de energía de la separación de estructura fina.

FUNDAMENTACION TEORICA La eficacia de un instrumento espectroscópico depende fundamentalmente de varias características propias del equipo donde las más importantes son: la dispersión (angular y lineal), el poder de resolución y la luminosidad. La dispersión angular se refiere a la relación existente entre el ángulo, d, que forman entre si dos haces monocromáticos de longitudes de onda muy cercanas y la diferencia d de estos dos haces: 

 [ 

]

Mientras que la dispersión angular es una propiedad del elemento dispersor, la dispersión lineal se utiliza para caracterizar un espectroscopio. Esta se refiere a la relación existente entre la separación en el plano focal de dos imágenes de la rendija

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muy cercanas dl y la diferencia de longitudes de onda d: 

 



Siendo f la distancia focal del elemento de cámara. En la práctica se utiliza con más frecuencia la dispersión reciproca lineal, inversa de la dispersión lineal, que se expresa como el intervalo de longitudes de onda que están separadas en un milímetro en el plano focal S. La resolución es el intervalo Δλ entre dos líneas muy próximas tales que pueden considerarse justamente como dos líneas separadas. Cada instrumento tendrá un límite para la máxima resolución posible. Para caracterizarlo se utiliza el poder de resolución a una longitud de onda dada definido como λ/ Δλ. Una vez calibrado el equipo se determinan las longitudes de onda de las líneas

Facultad de Ciencias Básicas observadas del espectro del Na en primer y segundo orden.

2(P), 3(D),... etc., como se muestra en el diagrama de niveles de la figura 1.

Transiciones y estructura de espectros atómicos

Los números indicados en las transiciones representan las longitudes de onda en (Å) de las respectivas líneas espectrales. En este experimento se puede observar las componentes del doblete del sodio, así como otras transiciones más débiles. Observe también la mayor profundidad de los términos S y después de los P en relación con los términos D y F. El término fundamental

La excitación de los átomos de Na se logra vía impacto electrónico. La diferencia de energía asociada al fotón emitido de frecuencia ν cuando el electrón retorna del nivel excitado de energía al nivel de energía esta dada por la expresión: ()

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del sodio es S1/ 2 y el primer potencial de

Donde h= 6,62 x 10-34 J s es la constante de Planck. En primera aproximación el electrón óptico más externo del Na experimenta un potencial total V generado por el núcleo atómico y por los electrones restantes ubicados en las capas completas más internas. La estructura de niveles de energía es parecida a la del hidrógeno, pero cuyas energías vienen dadas en primera aproximación por: (

)

()

Donde el defecto cuántico  depende de los números cuánticos n y l.. La interacción del momento magnético del spin s del electrón con su momento angular orbital l da origen a una degeneración del momento angular total j  l  s  l  1

2

Por lo que tendremos términos espectrales de la forma

2 s 1

L j con multiplicidad 2s + 1 y

L es el momento angular total del átomo que toma los valores a paso uno de 1(S),

2

ionización en voltios es de 5,14. Teniendo en cuenta la masa reducida, la constante de Rydberg para el sodio se puede estimar a partir de la relación: () Donde M es la masa del núcleo y m la masa del electrón. Aquí se ve que RM tiende rápidamente hacia R para un átomo con masa infinita (109737,3 cm –1).

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MATERIALES Espectroscopio-goniómetro de red de difracción. lámparas de vapor de sodio. lámparas de vapor de mercurio. fuente de alimentación para lámpara de Na.

PROCEDIMIENTO De la misma manera como se realizó en la práctica anterior, se procede a calibrar el espectroscopio de red con la lámpara de mercurio, tomando las medidas de las líneas de emisión para el espectro de emisión de esta. Luego, Cambie la lámpara de mercurio por la de sodio y mida cada una de las posiciones de las líneas observadas del espectro en primer orden. Mida también la posición de las líneas para el doblete del sodio en segundo orden.

EVALUACION 1. Cuantas ranuras pueden estar iluminadas en el segundo orden del espectro del sodio. 2. teniendo en cuenta la masa del núcleo o la masa reducida, calcule la constante de Rydberg para el sodio. 3. teniendo en cuenta el primer potencial de iotización o la definición de término espectral estime el defecto cuántico para los distintos términos espectrales de las transiciones observadas del sodio. 4. con las transiciones observadas determine la diferencia de energía en el doblete del sodio. 5. construya el diagrama de niveles del sodio con las transiciones observadas.

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BIBLIOGRAFIA 1. Eisberg and Resnick (1985). Quantum Physics. John Wiley and Sons. pp. 97. 2. Explora-Conicyt. El largo camino desde la Física Clásica a la Física Cuántica y la Relatividad. Año 2005. 3. Experimentos Phywe 4. Introducción a la espectroscopia, Morcillo....