#Tema #EstructuraAtòmica #PAU2026 #Espectroscòpia

Keywords: espectres atòmics; espectre d'emissió; espectre d'absorció; línies espectrals; quantització energètica; fórmula de Rydberg; fotó

Tema 05 · Bloc 01 - Estructura atòmica i espectroscòpia · Codi PAU: 1.1.1 i 1.1.2

1. Què és un espectre atòmic?

Quan un feix de llum blanca (policromàtica) travessa un prisma òptic o una xarxa de difracció, es descompon en un ventall continu de colors que van del vermell al violeta: és un espectre continu.

En canvi, quan la llum prové d'un gas format per àtoms excitats tèrmicament o per descàrrega elèctrica, l'espectre obtingut no és continu, sinó format per una sèrie de línies brillants separades sobre fons fosc: és un espectre discontinu o espectre de línies.

Espectre Continu:      [== TOTS ELS COLORS ==]
Espectre d'Emissió:    [   |         |            |      |      |        ] (fons fosc, línies brillants)
Espectre d'Absorció:   [==|==|==|==|==|==] (fons brillant, línies fosques)

Evidència experimental clau

L'existència de línies discretes i no d'un continu demostra de manera inequívoca que els electrons dels àtoms només poden ocupar determinats nivells discrets d'energia (quantització de l'energia).

2. Tipus d'espectres atòmics

Espectre d'emissió:
- S'obté quan una mostra de gas s'excita (mitjançant descàrrega elèctrica o flama). Els electrons salten a nivells energètics superiors ( $n_2$ ). Quan tornen a nivells inferiors ( $n_1$ ), emeten fotons d'energia exacta: $E = h\nu = E_2 - E_1$
- Es visualitza com a ratlles de colors sobre fons negre.
Espectre d'absorció:
- S'obté quan fem passar llum blanca contínua a través d'un vapor atòmic en estat fonamental. Els àtoms absorbeixen exactament aquelles radiacions la freqüència de les quals coincideix amb el salt entre nivells.
- Es visualitza com a ratlles negres sobre el fons acolorit continu.

Principi de coincidència de Kirchhoff

Les ratlles fosques de l'espectre d'absorció d'un element químic coincideixen exactament en freqüència i longitud d'ona amb les ratlles brillants del seu espectre d'emissió. Cada element té una «empremta dactilar» espectral única.

3. L'espectre de l'àtom d'hidrogen i la fórmula de Rydberg

espectre_emissio_hidrogen_wikipedia Figura 1: Espectre d'emissió de l'hidrogen en la regió visible (Sèrie de Balmer: línies vermella a 656 nm, turquesa a 486 nm, blava a 434 nm i violeta a 410 nm) (Font: Wikimedia Commons).

L'espectre de l'hidrogen va ser sistematitzat empíricament per Johann Balmer i Johannes Rydberg mitjançant l'equació: $\frac{1}{\lambda} = \bar{\nu} = R_H \left( \frac{1}{n_1^2} - \frac{1}{n_2^2} \right) \quad (n_2 > n_1)$

On $R_H = 1{,}097 \times 10^7 \text{ m}^{-1}$ és la constant de Rydberg.

Sèries espectrals de l'hidrogen:

Sèrie	Nivell inferior ( $n_1$ )	Nivells superiors ( $n_2$ )	Regió espectral
Lyman	$n_1 = 1$	$2, 3, 4, \dots$	Ultraviolat (UV)
Balmer	$n_1 = 2$	$3, 4, 5, \dots$	Visible (les úniques visibles per l'ull humà!)
Paschen	$n_1 = 3$	$4, 5, 6, \dots$	Infraroig proper (IR)
Brackett	$n_1 = 4$	$5, 6, 7, \dots$	Infraroig
Pfund	$n_1 = 5$	$6, 7, 8, \dots$	Infraroig llunyà

4. Importància en el coneixement de l'Univers (Astrofísica)

Analitzant els espectres d'absorció de la llum provinent de les estrelles i galàxies llunyanes, es pot determinar amb precisió la seva composició elemental (heli, hidrogen, metalls pesants).
L'heli va ser descobert a la corona solar l'any 1868 (gràcies a una línia groga no identificada a l'espectre solar) abans de ser trobat a la Terra!

Exercicis de selectivitat sobre aquest apartat

Exercicis PAU on surt aquest apartat · tots els exercicis resolts

Navegació: ← 04 · Índex · 06 →

05 - Espectres atòmics d'emissió i absorció