Laboratorio - Fisica Cuantica - Serie de Balmer

Experiencia 6

MEDICIÓN DE LONGITUDES DE ONDA DE LA SERIE DE BALMER PARA EL ÁTOMO DE HIDRÓGENO

Carlos Daniel Arrieta Arroyo                        T00057788

Edgar David Hernández Medina                T00054326

Martin Daniel Díaz Suárez                        T00058116

Ray Ronaldo Vega Díaz                        T00044301

Robert Enrique Noriega Castaño                T00055356

RESUMEN

Al conjunto de líneas que resultan de la emisión del átomo de hidrógeno cuando un electrón transita desde un nivel  a  (donde  representa el número cuántico principal referente al nivel de energía del electrón), se le conoce como la serie de Balmer. La longitud de onda, para cada línea de Balmer, se puede calcular mediante la fórmula de Rydberg: (Wikipedia, 2019)[pic 1][pic 2][pic 3]

[pic 4]

Donde  es la constante de Rydberg para el hidrógeno. Como resultado, se obtuvo  como valor experimental de la constante de Rydberg con un error porcentual del [pic 5][pic 6][pic 7]

Palabras clave: Serie de Balmer, Rydberg, Longitud de onda, átomo de Hidrogeno.

Abstract

The set of lines that result from the emission of the hydrogen atom when an electron transits from a level n ≥ 3 to n = 2 (where n represents the principal quantum number referring to the energy level of the electron), is known as the series of Balmer. The wavelength, for each Balmer line, can be calculated using the Rydberg formula:

[pic 8]

There  is the Rydberg constant for hydrogen. As a result, the experimental value of Rydberg's constant was  obtained with a percentage error of [pic 9][pic 10][pic 11]

Keywords: Balmer, Rydberg series, Wavelength, Hydrogen atom.

I.        INTRODUCCIÓN

Al introducirnos en el tema, estudiaremos el comportamiento de un material que pondremos en un estado excitación el cual ocasiona la emisión de fotones con frecuencias características, dando lugar a los colores propios de los niveles energéticos del electrón presente en el átomo de nuestro elemento químico en particular de la reacción se obtendrá el espectro de líneas identificándolos atreves del espectroscopio.

Al realizar el análisis de laboratorio nos daremos a la tarea de determinar las longitudes de onda de emisión del Mercurio y el Neón por el espectroscopio de rejilla, posteriormente usaremos la ecuación empírica de Balmer para determinar las longitudes de onda experimentales, solo para comparar los resultados con las longitudes teóricas de ambos elementos. La pregunta central de este trabajo es ¿Cuál es la utilidad de la serie de Balmer en la física? La hipótesis central es que la serie de Balmer puede aplicarse a la detección de los elementos dado que, cada elemento tiene un espectro de emisión único para distinguir la naturaleza de un material desconocido Holton (1984) afirma:

“La emisión de luz de manera discreta de gases y vapores de ciertos elementos solo podía ser explicado analizando a fondo la forma de la estructura atómica. Cuando se aplica una diferencia de potencial suficientemente grande a un tubo con cierto gas o vapor, este emite luz con un espectro de rayas, distinto al espectro continuo de sólidos y líquidos. Este espectro, a su vez, es característico para cada sustancia, de modo que se pueden diferenciar elementos viendo las líneas de longitudes de onda que describen.”

El objetivo central de este trabajo es determinar la fuente de luz del neón y el mercurio por medio de la serie de Balmer.

II.        MONTAJE

Descripción del experimento

El experimento consiste en un laboratorio virtual con un simulador de espectro de emisión de radiación electromagnética al cual se le coloca una rejilla para efecto de difracción, con el simulador se toman las medidas de ángulos de difracción de Bragg para un determinado color el cual se va a relacionar con su respectiva longitud de onda por medio de un cálculo matemático y verificando que esta coincida con el rango de color mostrado por el simulador.

Materiales

Los siguientes materiales son los que se dieran en un montaje experimental de un laboratorio, pero en este caso se hace uso de un simulador online de nombre “Emission Espectra” que sirvió para la aplicación de esta práctica. El link de la herramienta es el siguiente:

1. Espectrómetro

2. Rejilla de difracción con N=600 líneas/mm

3. Lámpara de mercurio

4. Fuente de corriente

Montaje del experimento

[pic 12]

Figura 1. Esquema del montaje experimental

[pic 13]

Figura 2.

[pic 14]

Figura 3.

III.        DATOS EXPERIMENTALES

Los siguientes datos mostrados son los mismos enviados por una asignación en Teams previamente.

[pic 15]

Tabla 1. Datos experimentales Lámpara de Hidrógeno.

[pic 16]

Tabla 2. Datos experimentales de los ángulos de dispersión para una fuente desconocida.

IV.        ANÁLISIS

A partir de los datos experimentales mostrados en el anterior inciso se procede a comparar estos datos con los datos teóricos y hallar el error porcentual entre estos.

Para comparar y calcular el error entre estos datos hay que calcular las longitudes de onda teóricas para la serie de Balmer por medio de la siguiente formula:

[pic 17]

Donde:

•  es la constante de Rydberg[pic 18]
•  es el nivel hasta donde cae el electrón, que para el caso de la serie de Balmer es 2[pic 19]
•  es el nivel desde donde se cae el electrón[pic 20]
• Por último λ es la longitud de onda correspondiente a la emisión generada por este decaimiento entre niveles.

Para la serie de Balmer las 4 primeras emisiones corresponden a los niveles 3, 4, 5 y 6 respectivamente; se procede a calcular dichas longitudes de onda.

[pic 21]

Como es la serie de Balmer [pic 22]

Estos cálculos ya han sido realizados previamente y los resultados son los siguientes:

Con :[pic 23]

         Rojo [pic 24]

Con :[pic 25]

        Azul-Claro [pic 26]

Con :[pic 27]

         Morado[pic 28]

Con :[pic 29]

         Violeta[pic 30]

Ya teniendo los valores teóricos de la emisión del Hidrógeno es posible hacer la comparación.

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