FICHA E1-P01

Los niveles de energía del hidrógeno

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TipoPrincipal PaperPaper 2 Dificultad Puntos6 pts · 4/4 (a-b oficial) Tiempo máx.12 min Media6 min Si no sabes la teoría+15 min Origen preguntaExamen oficial Verificación soluciónVerificado por razonamiento independiente Completado con IA
Material necesario — Cuadernillo de datos: sí — E = hf y c = fλ, Tema E.1.
Prerrequisitos
  • En un átomo, los electrones solo pueden ocupar niveles de energía discretos (cuantizados), no cualquier valor de energía
  • Cuando un electrón salta de un nivel superior a uno inferior, el átomo emite un fotón cuya energía es exactamente la diferencia de energía entre ambos niveles: Efotón = Einicial − Efinal = hf
  • Cuanto MENOR es la diferencia de energía entre dos niveles, MENOR es la frecuencia del fotón emitido y, por tanto, MAYOR es su longitud de onda (E = hc/λ)

El diagrama muestra los tres niveles de energía más bajos del átomo de hidrógeno: n=1 (−13,60 eV), n=2 (−3,40 eV) y n=3 (−1,51 eV). El diagrama no está dibujado a escala.

a Indica el número de transiciones entre estos niveles que tienen como resultado la emisión de fotones. [1]
b Calcula la mayor longitud de onda de los fotones para estas transiciones. [3]
c Calcula la energía de ionización del átomo de hidrógeno desde su estado fundamental (n = 1), en eV. [2]
Pistas progresivas
Teoría básica
  • Emisión de fotón: Efotón = Ealto − Ebajo = hf = hc/λ, siempre que el electrón caiga de un nivel a otro inferior. — Cuadernillo de datos, Tema E.1.
  • Con n niveles de energía, el número de transiciones (parejas) posibles es n(n−1)/2: con 3 niveles, 3×2/2 = 3.
  • Energía de ionización desde el estado fundamental: magnitud de la energía del nivel n=1 (llevar el electrón hasta E=0, fuera del átomo).
Refuerzo
Libro — Oxford Physics 2023 — Topic E.1 Structure of the atom, niveles de energía y transiciones electrónicas.
Cuadernillo — Cuadernillo de datos de Física — Tema E.1, E = hf y c = fλ.
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Apartado a) — 3 transiciones posibles (3→2, 3→1, 2→1), todas con emisión de fotón.
Apartado b) — La mayor λ corresponde a la menor ΔE, entre n=3 y n=2: ΔE = 1,89 eV ≈ 3,02×10⁻¹⁹ J. λ = hc/E ≈ 6,6×10⁻⁷ m ≈ 660 nm.
Apartado c) — Energía de ionización desde n=1 = 13,6 eV (magnitud de la energía del estado fundamental).