Luz y características
Cuando miras al sol, una lámpara o un letrero de neón, lo que ves es luz emitida por ese objeto. Pero voy a arrojar algo de luz sobre algo aquí. La luz puede darnos muchas pistas sobre las características de algo. Tal vez ya hayas visto la lección en la que describo cómo la luz puede darnos pistas sobre qué tan caliente es en realidad un objeto, como una estrella distante.
Pero la luz puede decirnos incluso más que la temperatura de algo. De hecho, puede revelar la composición química de una estrella distante o la razón por la que los fuegos artificiales son de un color determinado. ¿Quién diría que algo tan simple como la luz que emite la pantalla de su computadora en este momento puede darnos toda esta información? Creo que eso es bastante bueno.
Líneas espectrales y espectroscopia
Y bueno también. Quiero decir, no tenemos los medios para viajar a estrellas distantes, e incluso si los tuviéramos, estarían tan calientes que ni siquiera podríamos acercarnos a ellas. De todos modos, ahí es donde la luz entra en juego para ayudarnos a revelar las características de las estrellas distantes, o incluso las nuestras, ¡el sol!
Los científicos saben desde hace bastante tiempo que cuando se quema una sustancia química, se enciende. La quema de sustancias químicas durante los experimentos puede ayudar a revelar por qué los científicos, ya sabes, a veces están un poco por ahí: esos humos. De todos modos, si pasa la luz de una sustancia química en llamas a través de un prisma, se formará un espectro de color específico. Un espectro es una disposición de radiación electromagnética (que incluye luz visible) colocada en orden de longitud de onda.
El espectro de colores de estos productos químicos revelará patrones de líneas finas, brillantes u oscuras, llamadas líneas espectrales . Es como un código de barras vinculado a un artículo específico, pero en color. En nuestro caso, está vinculado a una sustancia química en lugar de algo como un teléfono, una caja de cereal u otra cosa en la tienda. El uso de patrones únicos de líneas espectrales para identificar una sustancia química se conoce como espectroscopia . Estas líneas espectrales y espectroscopias son muy importantes para ayudar a los astrónomos a comprender la composición química de una estrella distante.
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Átomos, electrones, órbitas y luz
Para comprender realmente cómo ocurre esto, necesitamos, desafortunadamente, entrar en algunos detalles esenciales, que he tratado de simplificar para usted lo mejor posible. Las sustancias químicas están formadas por átomos. Un átomo, como probablemente ya sepa, está formado por protones, neutrones y electrones. Los electrones se encuentran en los bordes exteriores del átomo, las órbitas de los electrones (o también conocidos como niveles de energía). El comportamiento de los electrones en estos bordes externos de un átomo es lo que realmente genera luz. Aunque los electrones no se mueven realmente con precisión en una órbita circular como la que se muestra en la pantalla a continuación, este modelo se usa mejor para comprender mejor cómo sucede esto.
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La órbita más pequeña y más estrechamente unida, más cercana al núcleo del átomo, es la que tiene el nivel de energía más bajo (también conocido como el estado fundamental de un átomo). Si un electrón quiere ascender en la vida, tendrá que ascender a un nivel de energía superior. Pero la única forma de hacer esto es darle al electrón algo de energía, una sacudida, para que suba de nivel. De lo contrario, los electrones preferirían permanecer en los niveles de energía más bajos.
En la vida real, si quieres ascender en la vida, tienes que trabajar duro y no puedes trabajar duro sin absorber la energía de los alimentos para darte un subidón de energía. Si quieres que nuestro pequeño electrón se mueva hacia arriba en la vida, a una órbita más alta, también tenemos que suministrarle una sacudida de energía. A los electrones no les importa mucho absorber alimentos para obtener energía. En cambio, una de las formas en que pueden subir un nivel de energía es absorbiendo un fotón , un paquete de ondas electromagnéticas con una energía específica.
Solo un cierto fotón, uno con la cantidad exacta de energía, puede mover el electrón de un átomo único de un nivel de energía a uno más alto. De lo contrario, el átomo no podrá absorber un fotón si el fotón proporciona demasiada o muy poca energía. Eso es como decir que si realmente comes poco o en exceso, no podrás moverte mucho. En cualquier caso, no podrás ascender en la vida. Y dado que la energía de un fotón en particular depende de su longitud de onda, esto significa que solo un átomo específico absorberá longitudes de onda de luz que coincidan con precisión.
Ahora, como usted sabe, si tiene un subidón de energía o azúcar, no lo tendrá por mucho tiempo. No podrá trabajar duro y estar emocionado por siempre. Un átomo excitado, uno con un electrón que se mueve a un nivel de energía más alto, tampoco puede permanecer excitado para siempre. Los átomos excitados son inestables, como algunas personas con un pico de azúcar son un poco inestables, si sabes a qué me refiero. Y al igual que una persona finalmente se estrella después de un subidón de azúcar, el electrón de un átomo excitado finalmente baja un nivel de energía. A medida que baja un nivel de energía, liberará energía igual a la diferencia entre los niveles que baja.
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Esta energía específica se emite en forma de fotón. Un fotón que tiene una longitud de onda única que corresponde a esa cantidad específica de energía, lo que significa que los fotones entrantes y salientes tienen las longitudes de onda de reserva. Dado que cada átomo es único, con niveles de energía únicos, cada átomo absorberá y emitirá luz con longitudes de onda únicas visibles como un espectro de colores. Esto ayuda a los astrónomos y científicos en general a identificar los elementos que componen algo, como una estrella distante.
Resumen de la lección
Un espectro es una disposición de radiación electromagnética (que incluye luz visible) colocada en orden de longitud de onda. El espectro de colores puede revelar patrones de líneas finas, brillantes u oscuras, llamadas líneas espectrales . El uso de patrones únicos de líneas espectrales para identificar una sustancia química se conoce como espectroscopia . La forma en que los astrónomos pueden usar la espectroscopia para identificar los elementos de algo como la composición gaseosa de una estrella lejana se puede resumir de la siguiente manera:
El electrón de un átomo se energiza absorbiendo solo un tipo específico de fotón entrante . La energía de un fotón depende de su longitud de onda. Esto significa que un determinado átomo solo absorberá tipos específicos de longitudes de onda. Debido a que al electrón no le gusta estar energizado por mucho tiempo, vuelve a bajar un nivel de energía muy rápidamente después de absorber este fotón. Esto hace que un átomo libere, o emita, su energía en forma de fotón, uno que tiene una longitud de onda de luz particular visible en el espectro de colores.
Los resultados del aprendizaje
Una vez que haya revisado esta lección en video, debería poder:
- Definir espectro y líneas espectrales
- Resumir cómo los astrónomos utilizan la espectroscopia para identificar los elementos de las estrellas.
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