La serie Balmer: líneas espectrales de hidrógeno visibles
1 · Predecir
Un electrón en un átomo de hidrógeno cae desde un nivel de energía superior hasta el nivel n = 2, emitiendo un fotón (la serie de Balmer, las únicas líneas de hidrógeno visibles para el ojo humano). ¿La longitud de onda emitida depende del nivel desde el que partió el electrón?
- Sí, diferentes niveles iniciales dan diferentes longitudes de onda discretamente espaciadas (las líneas de Balmer Hα, Hβ, Hγ…).
- No: cada transición hasta n = 2 emite la misma longitud de onda.
- La longitud de onda puede ser cualquier cosa en un rango continuo, no valores discretos.
2 · Configurar
- Abra el ajuste preestablecido de balmer-alpha y presione Restablecer. La transición predeterminada de este ajuste preestablecido es n = 3 → n = 2 (Hα, la línea roja de Balmer).
- Habilite la lectura de longitud de onda emitida.
- Establezca el nivel de energía inicial n_initial para cada prueba (bajando a n_final = 2) y registre la longitud de onda emitida.
3 · Recopilar Datos
| Nivel inicial n_i | Longitud de onda emitida λ (nm) |
|---|---|
| 3 | |
| 4 | |
| 5 |
Trace 1/λ (eje y) frente a 1/n_i² (eje x) para sus tres pruebas. ¿La línea es recta?
4 · Analizar
- Para una prueba, calcule 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) usando la constante de Rydberg R = 1.097×10⁷ m⁻¹ y n_f = 2. Compare con la tabla.
- Explique por qué las longitudes de onda se acortan (mayor energía) a medida que n_i aumenta, pero el espacio entre líneas sucesivas (Hα, Hβ, Hγ) se reduce: convergen hacia un límite de serie en lugar de separarse indefinidamente.
5 · Ampliar
- La serie de Balmer es la única serie del hidrógeno que se encuentra en el espectro visible (aproximadamente 400–700 nm); por eso es la que históricamente fue descubierta primero, por Johann Balmer en 1885, antes de que existiera la teoría atómica subyacente. Explique por qué las series de Lyman (que caen a n = 1) y las series de Paschen (que caen a n = 3) quedan fuera de la luz visible.
- Los astrónomos identifican hidrógeno en estrellas distantes detectando estas longitudes de onda exactas de Balmer en los espectros de luz estelar. Explique por qué encontrar una longitud de onda Balmer-alfa desplazada (no exacta) en el espectro de una estrella les indica a los astrónomos que la estrella se está moviendo en relación con la Tierra (el efecto Doppler).
La física detrás de este experimento
Fórmula de Rydberg (modelo de Bohr)
La longitud de onda de la luz emitida cuando un electrón de hidrógeno cae del nivel n_i a n_f sigue 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²), donde R es la constante de Rydberg, una consecuencia directa de los niveles de energía cuantificados del modelo de Bohr.