Espectro de emisión
El espectro de emisión de un elemento químico o compuesto químico es el espectro de frecuencias de radiación electromagnética emitida debido a que un electrón hace una transición de un estado de alta energía a un estado de menor energía. La energía fotónica del fotón emitido es igual a la diferencia de energía entre los dos estados. Hay muchas transiciones de electrones posibles para cada átomo, y cada transición tiene una diferencia de energía específica. Esta colección de diferentes transiciones, que conducen a diferentes longitudes de onda radiadas., componen un espectro de emisión. El espectro de emisión de cada elemento es único. Por lo tanto, la espectroscopia se puede utilizar para identificar elementos en materia de composición desconocida. Del mismo modo, los espectros de emisión de moléculas se pueden utilizar en el análisis químico de sustancias.
En física , la emisión es el proceso por el cual un estado mecánico cuántico de mayor energía de una partícula se convierte en uno más bajo a través de la emisión de un fotón , lo que resulta en la producción de luz . La frecuencia de la luz emitida es función de la energía de la transición.
Dado que la energía debe conservarse, la diferencia de energía entre los dos estados es igual a la energía transportada por el fotón. Los estados energéticos de las transiciones pueden dar lugar a emisiones en un rango muy amplio de frecuencias. Por ejemplo, la luz visible es emitida por el acoplamiento de estados electrónicos en átomos y moléculas (entonces el fenómeno se llama fluorescencia o fosforescencia ). Por otro lado, las transiciones de la capa nuclear pueden emitir rayos gamma de alta energía , mientras que las transiciones de espín nuclear emiten ondas de radio de baja energía .
La emitancia de un objeto cuantifica cuánta luz emite. Esto puede estar relacionado con otras propiedades del objeto a través de la ley de Stefan-Boltzmann . Para la mayoría de las sustancias, la cantidad de emisión varía con la temperatura y la composición espectroscópica del objeto, lo que lleva a la aparición de líneas de emisión y temperatura de color . Las mediciones precisas en muchas longitudes de onda permiten la identificación de una sustancia mediante espectroscopía de emisión .
La emisión de radiación se describe típicamente utilizando la mecánica cuántica semiclásica: los niveles de energía y los espaciamientos de las partículas se determinan a partir de la mecánica cuántica , y la luz se trata como un campo eléctrico oscilante que puede impulsar una transición si está en resonancia con la frecuencia natural del sistema. El problema de la mecánica cuántica se trata utilizando la teoría de la perturbación dependiente del tiempo y conduce al resultado general conocido como la regla de oro de Fermi . La descripción ha sido reemplazada por la electrodinámica cuántica , aunque la versión semiclásica sigue siendo más útil en la mayoría de los cálculos prácticos.
Cuando los electrones del átomo se excitan, por ejemplo, al calentarlos, la energía adicional empuja a los electrones a orbitales de mayor energía. Cuando los electrones vuelven a caer y abandonan el estado excitado, la energía se vuelve a emitir en forma de fotón . La longitud de onda (o equivalentemente, la frecuencia) del fotón está determinada por la diferencia de energía entre los dos estados. Estos fotones emitidos forman el espectro del elemento.
