Material necesario — Cuadernillo de datos: sí — E = hf, Tema E.1.
Prerrequisitos
- Un átomo puede ABSORBER un fotón si (y solo si) la energía del fotón coincide EXACTAMENTE con la diferencia de energía entre su nivel actual y otro nivel superior permitido
- Si la energía del fotón no coincide con ninguna diferencia entre niveles, el átomo simplemente no lo absorbe (el fotón pasa de largo)
- Retoma los mismos niveles de energía del hidrógeno usados en E1-P01: n=1 (−13,6 eV), n=2 (−3,40 eV), n=3 (−1,51 eV)
Un átomo de hidrógeno en su estado fundamental (n=1, E=−13,6 eV) absorbe un fotón de energía 12,09 eV. Se usa el mismo diagrama de niveles de E1-P01: n=1 (−13,60 eV), n=2 (−3,40 eV), n=3 (−1,51 eV).
a
Calcula la energía final del electrón tras absorber el fotón.
[2]
b
Identifica a qué nivel de energía (n = 1, 2, 3...) corresponde ese estado final, usando el diagrama.
[1]
c
Explica por qué un átomo de hidrógeno en su estado fundamental NO podría absorber, en cambio, un fotón de 10,0 eV.
[2]
d
Describe qué ocurre después con el electrón, una vez que el átomo ha quedado en ese estado excitado.
[1]
Pistas progresivas
- 1General — la absorción es el proceso INVERSO a la emisión que trabajaste en E1-P01: en vez de bajar de nivel emitiendo un fotón, el electrón SUBE de nivel absorbiendo un fotón.
- 2Apartado a) — la energía final es simplemente la energía inicial más la energía absorbida: Efinal = Einicial + Efotón.
- 3Apartado a), resultado — Efinal = −13,6 + 12,09 = −1,51 eV.
- 4Apartado b) — compara ese resultado (−1,51 eV) con los niveles del diagrama de E1-P01.
- 5Apartado b), resultado — −1,51 eV es exactamente la energía del nivel n=3, así que el electrón queda en el nivel n=3.
- 6Apartado c) — para que un átomo absorba un fotón, la energía del fotón debe coincidir EXACTAMENTE con una diferencia entre dos niveles permitidos. Revisa las tres diferencias posibles entre n=1, n=2 y n=3 (1,89 eV; 12,09 eV; 10,20 eV) y compáralas con 10,0 eV.
- 7Apartado c), resultado — ninguna de las diferencias de energía entre los niveles del hidrógeno es exactamente 10,0 eV (la más cercana, entre n=1 y n=2, es 10,20 eV), así que ese fotón no puede ser absorbido: no hay ningún nivel superior al que el electrón pueda saltar con esa energía exacta.
- 8Apartado d) — piensa en qué le ocurre, a la larga, a cualquier electrón excitado en un átomo.
- 9Apartado d), resultado — el electrón excitado no permanece indefinidamente en n=3: acaba regresando al estado fundamental (n=1), ya sea directamente o pasando por n=2, emitiendo uno o más fotones en el proceso (el mismo tipo de transiciones trabajadas en E1-P01).
Teoría básica
- Absorción de fotón: Efinal = Einicial + Efotón, y solo ocurre si Efinal coincide EXACTAMENTE con un nivel de energía permitido del átomo. — Cuadernillo de datos, Tema E.1.
- Un fotón cuya energía no coincide con ninguna diferencia entre niveles simplemente no es absorbido — el átomo es "transparente" a esa energía concreta.
- Un electrón excitado no permanece en un nivel superior indefinidamente: siempre acaba regresando al estado fundamental, emitiendo fotones en el proceso.
Refuerzo
Libro — Oxford Physics 2023 — Topic E.1 Structure of the atom, absorción de fotones y niveles de energía.
Cuadernillo — Cuadernillo de datos de Física — Tema E.1, E = hf.
Vídeo —
↗ — «»
Apartado a) —
Efinal = −13,6 + 12,09 = −1,51 eV.
Apartado b) —
−1,51 eV corresponde al nivel n=3.
Apartado c) —
Ninguna diferencia entre niveles del hidrógeno es exactamente 10,0 eV (la más próxima es 10,20 eV, entre n=1 y n=2), así que no hay ningún nivel al que el electrón pueda saltar con esa energía exacta.
Apartado d) —
El electrón regresa al estado fundamental (n=1), directamente o pasando por n=2, emitiendo uno o más fotones.