¿CUÁLES ELEMENTOS SE DESCUBRIERON POR MEDIOS ESPECTROSCÓPICOS?

INVESTIGACIÓN

¿CUÁLES ELEMENTOS SE DESCUBRIERON POR MEDIOS ESPECTROSCÓPICOS?

LAURA CAMILA ECHEVERRI ALARCÓN

COLEGIO LOS ANDES S.F

QUÍMICA • CICLO IV-2P

SANTIAGO DE CALI

2019

CONTENIDO GENERAL :

1- INTRODUCCIÓN:

Para poder empezar, es necesario comprender qué es la espectroscopia la cual es una rama de la química y la física que tiene como objetivo el estudio de la interacción de la materia y de la luz o a través de radiaciones magnéticas, lo que produce el transporte de luz o de distintas radiaciones a través de ondas que conducen energía para que se produzcan varias interacciones con la materia. Para poder comprobar los espectros que se emiten se utilizan distintos tipos de instrumentos llamados espectrómetros que dispersan la luz que captan, de manera que se forma una longitud de onda determinada, dando lugar a un espectro gracias al cual podemos conocer las características del cuerpo que se analiza. Podrá saber los distintos tipos que hay,  como por ejemplo la luz de una estrella que consiste en una mezcla de radiaciones, algunas de las cuales provienen de átomos de hidrógeno, de helio, de hierro...

En este informe encontrará el origen, con información detallada sobre su historia, su objetivo, todos aquellos elementos que fueron descubiertos a través de este medio tan antiguo y a la vez tan moderno.

2- OBJETIVO:

El objetivo de dicho trabajo es lograr comprender cómo fueron descubiertos 26 elementos químicos de la tabla periódica por medio de distintos modos de la espectroscopia, explicando que por medio de un rayo de luz de una onda electromagnética o su correspondiente frecuencia equivale a la diferencia de energía entre dos estados cuánticos alguna sustancia.

3- ORIGEN DE LA ESPECTROSCOPIA:

1.1- ¿Qué es?:

- Es una técnica instrumental utilizada por los físicos y químicos para poder determinar la composición cualitativa y cuantitativa de una muestra, mediante la utilización de patrones o espectros conocidos de otras muestras. Además también es el estudio del espectro luminoso de los cuerpos, en qué frecuencia o longitud de onda una sustancia puede absorber o emitir energía en forma de un cuanto de luz, con aplicaciones en química, física y astronomía (entre otras disciplinas científicas).

- Dicho análisis permite detectar la absorción o emisión de radiación electromagnética de energías y relacionar estas energías con los niveles de energía implicados en una transición cuántica. 

2.2- Antecedentes históricos:

Desde la antigüedad, científicos y filósofos han especulado sobre la naturaleza de la luz.

- El primer curioso fue Isaac Newton uno de los científicos más prestigiosos e importantes del siglo XVII y XVIII que comenzó con el experimento del prisma, una comprensión moderna de la luz con el que comprobó que cualquier rayo de luz blanca, no necesariamente procedente del Sol, se descompone en el espectro del arco iris (del rojo al violeta). Él se esforzó en demostrar que los colores no eran introducidos por el prisma, sino que realmente eran los constituyentes de la luz blanca. Después pudo comprobar que cada color correspondía a un único intervalo de frecuencias o longitudes de ondas.

- Fraunhofer utilizó este medio para descubrir que el espectro de la luz solar estaba dividido por una serie de líneas oscuras, cuyas longitudes de onda se calcularon con extremo cuidado, por lo que la luz generada en laboratorio mediante el calentamiento de gases, metales y sales mostraba una serie de líneas estrechas, coloreadas y brillantes sobre un fondo oscuro. La longitud de onda de cada una de estas bandas era característica del elemento químico que había sido calentado. Surgió la idea de utilizar estos espectros como huella digital de los elementos observados. A partir de ese momento, se desarrolló una verdadera industria dedicada exclusivamente a la realización de espectros de todos los elementos y compuestos conocidos. Además se descubrió que si se calentaba un elemento lo suficientemente, producía luz blanca continua, un espectro completo de todos los colores, sin ningún tipo de línea o banda oscura en su espectro, tiempo después se pasó la luz incandescente de espectro continuo por una fina película de un elemento químico elegido que estaba a temperatura menor. El espectro resultante tenía líneas oscuras, idénticas a las que aparecían en el espectro solar, justamente en las frecuencias donde el elemento químico particular producía líneas brillantes cuando se calentaba, es decir que cada elemento emite y absorbe luz a ciertas frecuencias fijas características del mismo.

Las líneas oscuras de Fraunhofer, que aparecían en el espectro solar, son el resultado de la absorción de ciertas frecuencias características por los elementos químicos presentes en las capas más exteriores de nuestra estrella. Aún había dudas: en 1878, en el espectro solar se detectaron líneas que no casaban con las de ningún elemento conocido. De ello, los astrónomos predijeron la existencia de un elemento nuevo, llamado helio. En 1895 se descubrió el helio terrestre.

Sobre el año 1868, en el espectro solar se detectaron líneas que no encajaban con las de ningún elemento conocido, por esa razón los astrónomos predijeron la existencia de un elemento nuevo, llamado helio.; que 27 años después se descubrió el helio terrestre.

2.3- Objetivo de la espectroscopia:

- Su objetivo es obtener información acerca de una prueba o de un cuerpo radiante. Como por ejemplo:

• La estructura interna o la temperatura (de una estrella).
• La composición o la cinética de una reacción química.
• La espectroscopia analítica identifica moléculas o átomos por medio de sus espectros.

4- Descubrimiento de elementos químicos:

Aproximadamente desde el 1850 hasta el 1899 se descubrieron 26 elementos de la tabla periódica.

• Rubidio: fue descubierto en 1861 por Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff en la lepidolita haciendo uso de un espectroscopio al detectar las dos rayas rojas características del espectro de emisión de este elemento y que son la razón de su nombre. Tiene pocas aplicaciones industriales este elemento que en 1920 empezó a utilizarse en células fotoeléctricas para hacer actividades de investigación y desarrollo, como por ejemplo en aplicaciones químicas y electrónicas.
• Cesio:  fue descubierto por los mismos descubridores del Rubidio en 1860 mediante el mismo medio que estamos hablando, donde encontraron dos líneas brillantes de color azul en el espectro del carbonato de cesio y del cloruro de cesio, que dichas sales de cesio fueron aisladas por Bunsen, echándolas en agua minera.
• Radio: fue descubierto por Marie y su marido Pierre  en una variedad de uramita. Mientras estudiaban el mineral, los Curie retiraron el uranio de él y encontraron que el material restante aún era radioactiva, que de ahí produjeron una mezcla radioactiva hecha principalmente de bario que daba un color de llama rojo brillante y líneas espectrales que no se habían documentado anteriormente.
• Actinio: el actinio fue descubierto en 1899 por Debierne un químico francés que lo obtuvo de la pechblenda que lo caracterizó como una sustancia similar al mineral titanio en el mismo año.
• Praseodimio: En 1841 Mosender extrajo didimio, una tierra rara, del lantano.
•  Neodimio:fue descubierto por Welsbach un químico austríaco, en la ciudad de Viena en el año 1885. Separó el neodimio, así como el praseodimio, de un material denominado didimio por medio de análisis espectroscópicos.
• Samario: fue descubierto en 1853 por un químico suizo llamado Jean Charles Galissard y aislado en 1879 por el químico Francés Paul Emile Leqoc a partir del mineral samarskita.
• Europio: descubierto en 1890 por el mismo químico que aisló el Samario y aislado por primera vez por Eugène Demarçay.
• Gadolinio: en 1880, el químico suizo Jean Charles Galissard observó las líneas espectroscópicas debidas al gadolinio en muestras de la gadolinita y en otro mineral separado cerita.
• Disprosio: fue identificado por primera vez en 1886 por Paul Èmile , pero no fue posible obtener una muestra pura hasta la década de 1950, con el método de intercambio iónico.
• Holmio: fue descubierto por Delafontaine y Jacques Soret, que observaron en 1878 las inusuales bandas de absorción espectrográficas de un elemento desconocido en ese entonces.
• Tulio: descubierto por Per Teodor en Suecia en el año 1879, es un metal blando, con un lustre gris plateado brillante, a pesar de su alto precio y escasez, el tulio es utilizado como fuente de radiación en los equipos de rayos X portátiles y láseres de estado sólido.
• Iterbio: El iterbio fue descubierto por el químico suizo Jean Charles Galissard en 1878, que encontró un nuevo componente en la tierra entonces llamada erbia, y lo llamó iterbia (por la ciudad sueca en la que encontró dicho componente). Él sospechaba que la iterbia era un compuesto de un nuevo elemento que bautizó iterbio. En 1907, el químico francés Urbain separó la iterbia de Marignac en dos componentes, neoiterbia y lutecia
• Escandio: fue descubierto por Lars Nilson en 1879 mientras trabajaba con su equipo en la búsqueda de metales tierras raras mediante análisis espectral de los minerales euxenita y gadolinita.
• Galio: fue descubierto por Lecoq en 1875 por su característico espectro (que son dos líneas ultravioleta) al examinar una blenda de zinc procedente. Ese mismo año lo aisló por electrólisis del hidróxido en una solución de hidróxido potásico (KOH).
• Indio: Su nombre procede de la línea de color índigo de su espectro atómico que fue descubierto por Ferdinand Reich y Theodor Richter  en 1863 cuando estaban buscando el elemento talio, en unas minas de cinc mediante un espectrógrafo, después fue aislado por Richter en 1867.
• Talio: fue descubierto por medio de espectroscopia de llama en 1861 con el nombre que proviene del brillo de color verde en las líneas del espectro de emisión del elemento.
• Germanio: fueron predichas en 1871 por Mendeleyev en función de su posición en la tabla periódica años después el alemán Clemens Winkler demostró en 1886 la existencia de este elemento, que sirvió para confirmar la validez de la tabla periódica, habida cuenta de las similitudes entre las propiedades predichas y las observadas en una tabla con distintos elementos químicos.
• Polonio: fue descubierto por Marie Curie y Pierre Curie en 1898 y que mucho después renombrado en honor a la tierra natal de Marie Curie que era Polonia. En aquella época, Polonia no era un país independiente y se encontraba bajo el dominio de Rusia, Prusia y Austria, y Marie albergaba la esperanza de que este nombramiento le añadiría notoriedad. Fue el primer elemento cuyo nombre deriva de una controversia política.
• Flúor: Lavoisier predijo un elemento obtenido a partir del ácido fluorhídrico y entre 1812 y 1886 muchos investigadores trataron de obtener este elemento. Fue eventualmente aislado por Moissan también fue un elemento que se resistió mucho a ser aislado. Los químicos sabían dónde encontrarlo, pero resultaba muy difícil separarlo de sus compuestos por su gran reactividad química.
• Helio: en 1868 Janssen y Lockyer observaron de forma independiente una línea espectral amarilla en el espectro solar que no coincidía con ningún otro elemento. Años más tarde, Ramsay, Cleve y Langlet observaron independientemente el elemento atrapado en cleveíta aproximadamente al mismo tiempo.
• Neón: fue descubierto por William Ramsay y Morris Travers en Londres, en el año 1898 por la destilación fraccionada del aire líquido, pero sin la misma cantidad de calor.
• Argón: en 1894 descubrieron el gas mediante la comparación de los pesos moleculares del nitrógeno preparado por licuefacción del aire y el nitrógeno preparado por medios químicos. Fue el primer gas noble en ser aislado.
• Kriptón: El 30 de mayo de 1898, el químico Ramsay separó un tercer gas noble a partir del argón líquido por diferencia en el punto de ebullición.
• Xenón: fue descubierto por William Ramsay y Morris Travers en 1898 en los residuos obtenidos al evaporar los componentes del aire líquido.
• Radón: Dorn descubrió en 1898 un gas radiactivo resultante de la desintegración radiactiva del radio, aislado más tarde por Ramsay y Gray.

5- CONCLUSIÓN:

Gracias a la espectroscopia, que nos muestra los espectros de diferentes moléculas y átomos que están a una distancia de años luz se pueden detectar diferentes materiales y analizar moléculas que no podemos observar a simple vista. Por lo que, principalmente esta técnica es utilizada en la astronomía para conocer información detallada, como la temperatura, la composición, el movimiento o la distancia a la que se encuentran galaxias, planetas, estrellas, etc...

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