Serie difusa

La serie difusa es una serie de líneas espectrales en el espectro de emisión atómica causadas por el salto de electrones entre los orbitales p y d de menor energía de un átomo. El momento angular orbital total varía entre 1 y 2. Las líneas espectrales incluyen algunas en la luz visible y pueden extenderse al ultravioleta o al infrarrojo cercano. Las líneas se acercan cada vez más a medida que aumenta la frecuencia, sin sobrepasar nunca el límite de la serie. La serie difusa fue fundamental para comprender las capas y subcapas electrónicas en los átomos. Esta serie ha dado origen a la letra d para el orbital o subcapa atómica d.

La serie difusa tiene valores dados por

${\displaystyle v={\frac {R}{\left[2+p\right]^{2}}}-{\frac {R}{\left[m+d\right]^{2}}}\quad {\text{donde}}\;\,m=2,3,4,...}$

La serie se debe a transiciones desde el estado P más bajo a orbitales D de mayor energía. Una terminología para identificar las líneas es: 1P-mD ^{[ 1 ].} Pero tenga en cuenta que 1P simplemente significa el estado P más bajo en la capa de valencia de un átomo y que la designación moderna comenzaría en 2P, y es mayor para átomos con números atómicos más altos.

Los términos pueden tener diferentes designaciones: mD para sistemas de una sola línea, mδ para dobletes y md para tripletes. ^{[ 2 ]}

Dado que el electrón en el estado de subcapa D no es el nivel de energía más bajo para el átomo alcalino (sino el S), la serie difusa no se manifiesta como absorción en un gas frío, sino como líneas de emisión. La corrección de Rydberg es mayor para el término S, ya que el electrón penetra más en el núcleo interno de electrones.

El límite de la serie corresponde a la emisión de electrones , donde el electrón tiene tanta energía que escapa del átomo. ^{[ 3 ]}

En los metales alcalinos, los términos P se dividen. ${\displaystyle 2P_{\frac {3}{2}}}$y${\displaystyle 2P_{\frac {1}{2}}}$Esto provoca que las líneas espectrales sean dobletes , con un espaciado constante entre las dos partes de la línea doble. ^{[ 4 ]}

Este desdoblamiento se denomina estructura fina. El desdoblamiento es mayor para átomos con mayor número atómico . El desdoblamiento disminuye hacia el límite de la serie. Otro desdoblamiento ocurre en la línea más roja del doblete. Esto se debe al desdoblamiento en el nivel D.${\displaystyle nd^{2}D_{\frac {3}{2}}}$y${\displaystyle nd^{2}D_{\frac {5}{2}}}$La división en el nivel D tiene una cantidad menor que en el nivel P, y se reduce a medida que se aproxima el límite de la serie. ^{[ 5 ]}

La serie difusa solía llamarse la primera serie subordinada, siendo la serie aguda la segunda subordinada, ambas subordinadas a (menos intensas que) la serie principal . ^{[ 2 ]}

El límite de la serie difusa es el mismo que el límite de la serie nítida . A finales del siglo XIX, a estas dos series se las denominaba series suplementarias.

Las líneas espectrales de la serie difusa se dividen en tres líneas en lo que se denomina estructura fina . Estas líneas hacen que la línea general parezca difusa. La razón por la que esto sucede es que tanto los niveles P como D se dividen en dos energías muy próximas. P se divide en${\displaystyle P_{\frac {1}{2}}\ y\ P_{\frac {3}{2}}}$. D se divide en${\displaystyle D_{\frac {3}{2}}\ y\ D_{\frac {5}{2}}}$. Solo tres de las cuatro transiciones posibles pueden tener lugar porque el cambio de momento angular no puede tener una magnitud mayor que uno. ^{[ 6 ]}

En 1896, Arthur Schuster enunció su ley: «Si restamos la frecuencia de la vibración fundamental a la frecuencia de convergencia de la serie principal, obtenemos la frecuencia de convergencia de la serie suplementaria». ^{[ 7 ]} Pero en el siguiente número de la revista se percató de que Rydberg había publicado la idea unos meses antes. ^{[ 8 ]}

Ley de Rydberg-Schuster: Utilizando números de onda, la diferencia entre los límites de las series difusa y nítida y el límite de la serie principal es la misma que la primera transición en la serie principal.

Esta diferencia es el nivel P más bajo. ^{[ 9 ]}

Ley de Runge: Utilizando números de onda, la diferencia entre el límite de la serie difusa y el límite de la serie fundamental es la misma que la primera transición en la serie difusa.

Esta diferencia es la energía del nivel D más bajo. ^{[ 9 ]}

Sodio

La serie difusa del sodio tiene números de onda dados por: ${\displaystyle \nu _{d}=R\left({\frac {Z_{3p}^{2}}{3^{2}}}-{\frac {Z_{nd}^{2}}{n^{2}}}\right)\quad {\text{donde}}\;\,n=3,4,5,6,...}$

La serie nítida tiene números de onda dados por: ${\displaystyle \nu _{s}=R\left({\frac {Z_{3p}^{2}}{3^{2}}}-{\frac {Z_{ns}^{2}}{n^{2}}}\right)\quad {\text{donde}}\;\,n=4,5,6,...}$

Cuando n tiende a infinito, las series difusa y nítida terminan teniendo el mismo límite. ^{[ 11 ]}

Una serie difusa de líneas triples se designa con la letra de serie d y la fórmula 1p-md . La serie difusa de líneas simples tiene la letra de serie S y la fórmula 1P-mS . ^{[ 3 ]}

En la Universidad de Cambridge, George Liveing ​​y James Dewar se propusieron medir sistemáticamente los espectros de elementos de los grupos I , II y III en luz visible y ultravioleta de onda larga que se transmitiera a través del aire. Observaron que las líneas del sodio alternaban entre nítidas y difusas. Fueron los primeros en utilizar el término "difusa" para referirse a estas líneas. ^{[ 18 ]} Clasificaron las líneas espectrales de los metales alcalinos en categorías nítidas y difusas. En 1890, las líneas que también aparecían en el espectro de absorción se denominaron serie principal . Rydberg continuó utilizando los términos nítida y difusa para las demás líneas, ^{[ 19 ]} mientras que Kayser y Runge prefirieron utilizar el término primera serie subordinada para la serie difusa. ^{[ 20 ]}

Arno Bergmann descubrió una cuarta serie en infrarrojo en 1907, y esta se conoció como la Serie de Bergmann o serie fundamental. ^{[ 20 ]}

Heinrich Kayser , Carl Runge y Johannes Rydberg encontraron relaciones matemáticas entre los números de onda de las líneas de emisión de los metales alcalinos. ^{[ 21 ]}

Friedrich Hund introdujo la notación s, p, d, f para las subcapas en los átomos. ^{[ 21 ] [ 22 ]} Otros siguieron este uso en la década de 1930 y la terminología se ha mantenido hasta el día de hoy.