Dossier con explicación del Espectroscopio (ampliada).

2. Un espectroscopio o espectrómetro óptico es un instrumento capaz de
descomponer la luz visible en sus componentes de diferentes colores (longitudes
de onda), es decir, en su espectro. Está constituido por una rendija situada en el
plano focal de un colimador, un prisma o una red de difracción y una lupa para
observar el haz dispersado. Sirve para medir las propiedades de la luz en una
determinada porción del espectro electromagnético.
Aunque su fundamento, la descomposición de la luz blanca en los diferentes
colores, data del siglo XVIII, debido al físico, astrónomo y matemático Isaac
Newton, no se emplea hasta el siglo XX para observar, analizar y medir los
diferentes aspectos químico-físicos (la temperatura, composición química,
velocidad, etc.) de la luz procedente de las estrellas, galaxias y demás objetos
astronómicos. Se inauguró un nuevo campo de la Astronomía: la astrofísica.
Para producir la descomposición de una luz compuesta de varios colores
Newton utilizó el prisma, que hacía desviar de forma diferente cada color
(longitud de onda) al ser atravesado por el rayo.
Posteriormente se utilizaron las "redes de difracción", que consisten en un
soporte (transparente o reflectante, con rendijas minúsculas (en cada milímetro
hay entre 500 y 1.000 rendijas) que hacen que cada color del rayo de luz se
disperse en todas las direcciones (difracción) primero, pero que luego en cada
una de las longitudes de onda iguales (color) procedentes de cada uno de los
rayos del haz de luz blanca se refuerce o destruya según unas direcciones
determinadas (interferencia constructiva o destructiva), obteniéndose el mismo
resultado que en el prisma: la descomposición de una luz policromática en sus
componentes, pero esta vez con mayor eficacia, es decir, con una mejor y más
uniforme separación de los mismos.
En el caso de nuestro espectroscopio, se basa en parte en la constitución de un
CD. Un CD es una superficie reflectante que posee una serie de huecos y
salientes (en inglés, pits y lands, respectivamente) mediante los cuales se
codifica la información. Los pits y lands están distribuidos a lo largo de un surco
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3. que describe una espiral desde el radio exterior hacia el radio interior del CD. Si
se hiciese un corte radial al CD, se observaría que la separación entre dos surcos
consecutivos es una cantidad fija, del orden de la longitud de onda de la luz (1.6
μm para los CD y 0.74 μm para los DVD). Debido a esta separación, la luz
reflejada en dos surcos consecutivos interfiere entre si dando lugar a máximos
en la intensidad luminosa cuya posición en la superficie del CD depende de la
longitud de onda de la luz incidente. Así pues, un CD puede utilizarse como una
red de difracción por reflexión para construir con el un espectroscopio casero,
que es lo que hemos hecho nosotros.
Materiales utilizados
Espectroscopio “portátil”
• Caja de cerillas.
• Un trozo de CD.
• Celo.
• Un cúter y tijeras.
Espectroscopio grande
• Una plantilla
constituida por dos
cartulinas.
• Un CD.
• Pegamento de barra.
• Papel de aluminio.
• Cinta aislante negra.
• Celo transparente.
• Un tubo de cartón de papel higiénico.
• Un cúter y tijeras.
Objetivo
Descomponer la luz emitida por una fuente luminosa. Demostrar que los
espectros de emisión y absorción de un átomo son característicos de cada uno,
de forma que es posible identificar la presencia o ausencia de un elemento
concreto en una fuente luminosa a través
de su análisis espectral.
Explicación con distintas fuentes
luminosas
El espectroscopio descompone la luz
recibida, y por tanto, el espectro que
veamos dependerá del tipo de fuente
luminosa.
Las imágenes a, b y g muestran el espectro
obtenido cuando la luz que incide sobre la
rendija está emitida por una lámpara de
bajo consumo (o CFL, del inglés Compact
Fluorescent Lamp) de color blanco frío (a)
y blanco cálido (b y g). Se observan varias
líneas espectrales perfectamente definidas
y un continuo de emisión en la región azul
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4. (o roja) del espectro para la lámpara de color blanco frío
(o blanco cálido). La imagen c muestra el espectro de un
tubo fluorescente. Una vez más observamos varias
líneas espectrales y un continuo de emisión a lo largo de
todo el espectro visible. En estos tres casos las líneas
espectrales se deben básicamente al vapor de mercurio,
mientras que el espectro continuo está determinado por
las sales de fósforo que recubren el interior del vidrio de
este tipo de lámparas.
La imagen d muestra el espectro de una bombilla
incandescente. Se observa un espectro continuo
(asociado a la emisión de radiación de cuerpo negro del
filamento incandescente de tungsteno); no aparecen
líneas espectrales. La imagen e muestra el espectro de la
luz emitida por la llama de una vela cuando se le añade
una pizca de sal común. Se observa un espectro
continuo debido a la radiación de cuerpo negro de las
partículas incandescentes de carbón presentes en la
llama y una línea espectral amarilla que se debe al
sodio. Por último, las imágenes f y h muestran el
espectro de la luz solar. A primera vista es un espectro continuo de radiación de
cuerpo negro, pero a diferencia de la bombilla incandescente y la vela posee una
zona azul mayor, al estar a una temperatura más elevada. Un análisis más
detallado del mismo permitiría apreciar una línea de absorción en la región
amarilla del espectro. Esta línea de absorción, que se debe al sodio presente en
el sol, no se observa en las imágenes por puras limitaciones técnicas de la
cámara con la que se realizaron las fotografías. Es relevante mencionar que la
posición de la línea de emisión del sodio (imagen e) coincide con la posición de
la línea de absorción del sodio en el espectro solar (imagen f).
Estas experiencias permiten explicar que los espectros de emisión y absorción
de un átomo son característicos de cada átomo, de forma que es posible
identificar la presencia o ausencia de un elemento concreto en una fuente
luminosa a través de su análisis espectral.
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