El espectro

Se llama espectro al modo en que se distribuye la intensidad de una radiación de acuerdo a una cierta magnitud, como la energía o la longitud de onda. También se denomina espectro a la representación gráfica de dicha distribución.

El espectro visible, en este marco, es la porción de la radiación electromagnética que el ojo del ser humano puede percibir. Este fragmento de la radiación es aquel que tiene entre 400 y 700 nanómetros de longitud de onda.

 En un sentido similar, el espectro audible está formado por las frecuencias auditivas que puede registrar el oído humano.

El espectro luminoso, por su parte, es el resultado de la descomposición de la luz blanca al atravesar un cuerpo refractor. Al espectro que se genera mediante la dispersión de la luz solar se lo conoce, justamente, como espectro solar. 

Tipos de espectros 

Espectro continuo

Un espectro continuo es una distribución de energía radiante en la que todas las longitudes de onda están presentes, sin interrupciones o huecos. Es decir, se trata de un espectro que contiene todas las frecuencias en un rango determinado, a diferencia de los espectros de línea que solo contienen algunas frecuencias específicas. Características del espectro continuo:

• Sin huecos: A diferencia de los espectros de línea, los espectros continuos no presentan huecos o interrupciones en la distribución de energía.
• Rango completo de longitudes de onda: Un espectro continuo contiene todas las longitudes de onda dentro de un rango determinado, desde la más corta a la más larga.
• Ejemplos: La luz blanca del sol, cuando se descompone a través de un prisma, produce un espectro continuo con todos los colores del arcoíris.
• Fuente de emisión: Los espectros continuos se producen principalmente por fuentes calientes, como el sol o cuerpos sólidos a altas temperaturas.

Diferencia con los espectros de línea: La diferencia principal entre un espectro continuo y uno de línea radica en la presencia o ausencia de huecos en la distribución de energía. En los espectros de línea, solo se observan líneas brillantes o oscuras en determinadas longitudes de onda, mientras que en los espectros continuos no hay huecos y la distribución es uniforme. Ejemplos de espectros continuos:

• Luz solar: La luz solar, cuando se descompone con un prisma, produce un espectro continuo con todos los colores del arcoíris.
• Cuerpos sólidos a altas temperaturas: Los cuerpos sólidos a altas temperaturas también emiten espectros continuos.
• Radiación de cuerpo negro: La radiación de un cuerpo negro es un ejemplo clásico de espectro continuo.

En resumen, un espectro continuo es una distribución continua de energía radiante, sin huecos, que contiene todas las longitudes de onda dentro de un rango determinado.  

Espectro de emisión 

El espectro de emisión es la radiación electromagnética emitida por un átomo o molécula cuando se transfiere de un estado de mayor energía a uno de menor energía. Este espectro se caracteriza por una serie de líneas brillantes que corresponden a las frecuencias de las ondas de luz emitidas. Desarrollo:

• ¿Cómo se forma?:Los electrones en un átomo pueden ocupar diferentes niveles de energía. Cuando un electrón pasa de un nivel de energía más alto a uno más bajo, libera energía en forma de fotones, que son partículas de luz.
• ¿Qué información nos da?:El espectro de emisión es único para cada elemento, por lo que puede utilizarse para identificar qué elementos están presentes en una muestra. También puede proporcionar información sobre la estructura y composición de los átomos y moléculas.
• ¿Dónde se observa?:Los espectros de emisión se pueden observar en una variedad de contextos, incluyendo:
  • Espectroscopia de emisión de llama: Calentar una muestra en una llama puede hacer que emita luz, que luego se puede analizar para identificar los elementos presentes.
  • Espectroscopia de emisión atómica: Utilizar una fuente de energía (como una llama, un plasma o una chispa eléctrica) para excitar los átomos y observar la luz emitida.
  • Astronomía: Los espectros de emisión de las estrellas pueden usarse para determinar su composición química y otras propiedades.
• Ejemplos:
  • El espectro de emisión del hidrógeno tiene varias líneas de colores brillantes.
  • Los espectros de emisión de los elementos se pueden comparar con sus espectros de absorción para identificar elementos en muestras de laboratorio o en cuerpos celestes.
• Relación con la teoría atómica: La existencia de los espectros de emisión y absorción fue una pieza clave para el desarrollo de la teoría atómica, demostrando que los átomos tienen niveles de energía discretos y que los electrones pueden saltar entre ellos. 

Espectro de absorción

¿Qué es un espectro de absorción?

Un espectro de absorción es el producto de la interacción de la luz con un material o sustancia en cualquiera de sus estados físicos. La interacción comprende un amplio segmento del abanico de las longitudes de onda y energía de la radiación electromagnética.

En otras palabras, el espectro de absorción refleja esa fracción de la radiación electromagnética que un determinado material absorbe en un rango de frecuencias.

En este sentido, algunos sólidos, líquidos o gases pueden absorber fotones de diferentes energías o longitudes de onda, desde la radiación ultravioleta, seguidos de la luz visible, hasta la radiación o luz infrarroja, escalonando en las longitudes de onda de los microondas.

El ojo humano percibe solamente las interacciones de la materia con la luz visible. Asimismo, es capaz de contemplar la difracción de la luz blanca a través de un prisma o un medio en sus componentes coloridos (imagen superior).

Si se "atrapara" el rayo de luz después de haber viajado a través de un material, y se analizara, se encontraría la ausencia de ciertas bandas de colores. Es decir, se observarían unas franjas negras contrastando con su fondo.

Este es el espectro de absorción, y su análisis es fundamental en la química analítica instrumental y la astronomía.

Absorción atómica

En la imagen superior se muestra un espectro de absorción típico de los elementos o átomos. Nótese que las franjas negras representan las longitudes de onda absorbidas, mientras que las otras son las emitidas. Esto significa que, por el contrario, un espectro de emisión atómica luciría como una banda negra con franjas de colores emitidos.

Pero, ¿qué son esas franjas? ¿Cómo saber si los átomos absorben o emiten (sin introducir la fluorescencia o fosforescencia)? Las respuestas están en los estados electrónicos permitidos de los átomos.