Acabo de volver del XXXV Congreso de la Asociación ENCIGA (Ensinantes de Ciencias de Galicia) celebrado en la villa de Ponteceso (A Coruña). En esta ocasión he participado organizando un obradoiro titulado “Espectroscopia práctica low cost”. En este taller, después de resaltar la importancia que tiene la espectroscopía y su práctica en el currículo del Bachillerato, he compartido con los profesores asistentes algunas experiencias relacionadas con ese tema. Más concretamente, cómo hacer para que todos los alumnos puedan disponer de espectroscopios y materiales que suministren los espectros adecuados, y hacer algunas prácticas interesantes desde el punto de vista didáctico; todo ello con buena calidad y al mínimo coste.
Esta experiencia la hemos ido desarrollando hasta ahora el IES Tomás Mingot de Logroño (mi último destino como profesor en activo) y el objetivo principal de relatarla era animar a otros profesores a ponerla en práctica en sus Centros.
Abriendo en este mismo blog la pestaña de la página Mis Trabajos, en el capítulo de Espectroscopía podrás encontrar todos los documentos, materiales y experiencias elaborados para este tema, desde el desarrollo del taller, pasando por las instrucciones para confeccionar los espectroscopios, o los procedimientos para realizar algunas experiencias prácticas de espectroscopía.
Espectroscopía, espectros, espectroscopios… ¿de qué estamos hablando?
El espectro de una sustancia es un registro gráfico de la interacción entre la luz que desprende o recibe y la materia que la compone. Muestra la intensidad de la luz emitida o absorbida para cada una de las frecuencias o longitudes de onda (color) que abarca. El espectro de una sustancia revela información de su estructura a nivel atómico-molecular, y en cierto modo puede considerarse la “huella dactilar” que permite identificar su presencia en una muestra. Los espectroscopios son los dispositivos que permiten observar espectros. Si además cuantifican la intensidad de cada frecuencia se denominan espectrómetros o espectrofotómetros.
Todo espectroscopio consta de dos elementos esenciales: El colimador, rendija fina para estrechar el haz de luz que recibe de la muestra, y un prisma óptico o red de difracción, para separar el haz de luz, ya por dispersión o ya por difracción, en las frecuencias monocromáticas que lo componen. El conjunto debe estar aislado del resto de luz exterior y el espectro se registra entonces en la retina o en una placa fotográfica a través de una abertura u ocular.
 |
| Espectro visible discontinuo de emisión característico del hidrógeno, producido por la luz emitida en el tubo de descarga de este gas al analizarlo con un espectroscopio clásico de prisma como el de la foto. |
Los espectros se pueden clasificar atendiendo a diferentes criterios:
- Visible, UV, IR, X, MW, etc. Según la radiación electromagnética que interaccione con la sustancia analizada. Los espectros atómicos que aquí tratamos son los espectros visibles originados en las transiciones entre niveles electrónicos de los átomos de la sustancia.
- De emisión o absorción. Según se analice la luz que emite la sustancia, excitada mediante calor o tensión eléctrica, o la que absorbe al incidir sobre ella luz de todas las frecuencias. Ambos espectros son complementarios para una misma sustancia, es decir, las frecuencias que emite son exactamente las mismas que absorbe.
- Continuos o discontinuos. Según aparezca una distribución continua de la frecuencia o bien discontinuidades que, según su grosor, pueden ser bandas o rayas espectrales. Sólidos y líquidos dan espectros continuos o de bandas, mientras que los discontinuos de rayas son propios de gases y plasmas.
Sobre la conveniencia de hacer experimentos con espectros
La naturaleza física de la luz en general y, más concretamente, su interacción con la materia en relación con la estructura atómico-molecular, que es el objeto de la espectroscopía, es un tema que está presente en todas las asignaturas de Física y Química del Bachillerato Científico y Tecnológico. Pero es sobre todo en la Química de 2º curso donde se aborda explícitamente el estudio de los espectros atómicos. Por otro lado se insiste en la conveniencia de que el alumnado experimente e investigue mediante la realización de trabajos prácticos en el laboratorio en todos los niveles. Haciendo clic en este enlace encontrarás una tabla con los contenidos del currículo actual del Bachillerato relacionados con la luz y los espectros y la importancia de su experimentación.
Así pues parece muy apropiado programar prácticas en las que los alumnos tengan la oportunidad de manejar espectroscopios y obtener e interpretar espectros, pero ahora surge el problema de contar con el instrumental adecuado.
Cómo disponer de espectroscopios buenos, bonitos y baratos
Pues ¡haciéndoselos uno mismo!
Los equipos de espectroscopía son caros y delicados, por lo que dotar a un laboratorio escolar con este instrumental para que los alumnos puedan realizar sus experiencias de forma individual requeriría un presupuesto difícil de asumir para muchos Centros. La solución consiste en confeccionar nuestros propios espectroscopios hechos a mano. En la web podemos encontrar algunas propuestas de modelos para este fin. Pero aquí vamos a presentar dos modelos optimizados para obtener unos espectros más que aceptables. En los enlaces que aparecen a continuación encontrarás las instrucciones detalladas para hacer estos espectroscopios.
Espectroscopio “marca ACME”
Hecho con un tubo de cartón y una red de difracción tipo diapositiva de 500 L/mm disponible en catálogos de material didáctico. Recoge un espectro visible de notable calidad, es manejable, resistente y la red se puede quitar y poner fácilmente. Ideal para dotar al laboratorio con varias unidades. Para ver cómo montarlo, haz clic en este enlace.
Espectroscopio casero
“BBB”
En las figuras: fotos de los dos modelos de espectroscopio descritos y el espectro visible de emisión discontinuo de una lámpara fluorescente de bajo consumo tal como puede observarse en cada uno de ellos.
¿Y dónde podemos observar espectros interesantes?
Pues sin ir más lejos, utilizando fuentes luminosas y materiales que podemos encontrar normalmente a nuestro alrededor, como tubos de luz y bombillas de diferentes tipos, filtros, pantallas, o mismamente la luz natural.
Por ejemplo, un tubo fluorescente o una lámpara de bajo consumo nos ofrece un espectro de emisión discontinuo en el que la posición de sus rayas nos informa de la presencia en su interior del elemento mercurio.
La luz solar muestra un espectro continuo de emisión sobre el que se superpone una serie de finas rayas negras de absorción correspondientes sobre todo al hidrógeno y al helio de su atmósfera menos caliente.
Una bombilla de filamento incandescente nos muestra un espectro de emisión perfectamente continuo, pero anteponiendo un filtro coloreado veremos cómo desaparece una parte de éste por una banda ancha y continua de absorción causada por el colorante del filtro.
Otros espectros interesantes de analizar son los que dan las bombillas LED, las pantallas o monitores RGB y las lámparas de descarga de gases como las de sodio o neón, que dan espectros discontinuos de emisión de unas pocas rayas finas.
En este enlace se muestran los resultados de los espectros que se pueden observar con estos espectroscopios caseros para algunas de las fuentes luminosas citadas.
También es muy interesante experimentar con los diferentes colores que presentan algunos elementos químicos en la llama de un mechero, colores que permiten identificarlos y que son el resultado de su espectro de emisión. En este enlace se describe el procedimiento para llevar a cabo esta experiencia.
No hay comentarios:
Publicar un comentario