Introducción a la espectroscopia fotoelectrónica

en este vídeo vamos a presentar la idea de la espectroscopia de foto emisión es una forma de analizar la configuración electrónica de una muestra de cierto tipo de átomo puede que veas algo como esto en un examen es un espectro de foto emisión que se ve así y la primera pregunta es bueno qué está pasando cómo se genera esto no voy a entrar en detalles pero el panorama general es que el análisis se realizará tomando una corriente de un átomo hay una corriente atómica yendo en una dirección déjenme etiquetar esto de modo que estos son los átomos que estamos tratando de analizar y luego en la otra dirección se envían fotones de alta energía que van a bombardear esos átomos fotones ahora estos fotones tienen suficiente energía de hecho típicamente son fotones de rayos x para que cuando choquen la energía de los fotones sea suficiente para superar la energía de enlace incluso de los electrones centrales y esos electrones sean eliminados y se alejen y entren en un campo magnético que los en ciará y hará que golpeen puedes imaginar que los electrones que están más cerca del núcleo son los que tienen la energía de enlace más alta por lo que se va a usar más energía del fotón para superarla y le quedará menos para la energía cinética esos electrones más cercanos no llegarán tan lejos los electrones externos tienen la energía de enlace más baja y por lo tanto es más fácil de eliminar entonces más energía del fotón se transferirá a la energía cinética y van a llegar más lejos van a golpear el detector en un punto más lejano una forma de ver el espectro de foto emisión es que te da una idea de aproximadamente cuántos electrones tienen varias energías de enlace y vemos que la energía de enlace aumenta a medida que avanzamos hacia la izquierda ahora esto tiene sentido porque la energía de enlace es inversamente proporcional a la cantidad de energía cinética que tienen estos electrones ya que en realidad son eliminados este pico es nuestro espectro en el extremo izquierdo corresponde a los electrones más internos y éstos serán electrones más lejanos la siguiente cantidad inferior de energía de enlace y después de eso baja la energía de enlace de modo que podemos analizar esto para llegar a la configuración electrónica de este elemento misterioso que tenemos aquí cuál crees que sería pausa este vídeo y trata de pensar en esto bueno como mencioné este pico que tenemos aquí se usa para detectar los electrones más internos que son los electrones de 1s y sabemos que esos no son los únicos electrones porque hay electrones que tienen energías de enlace más bajas y que habrían llenado esta capa más interna también sabemos que tienen dos electrones 1s y luego podemos pensar que en este próximo pico están los dos electrones de la sub capa 2s y tenemos más electrones de modo que debemos haber llenado la sub capa 2s y luego este siguiente pico se parece a dos p y la razón por la que esto realmente tiene mucho sentido es que podemos observar que el detector registra más electrones aquí y también tenemos más electrones por lo que este debe haberse llenado en realidad no siempre va a ser tan perfecto como esto fue construido pero puedes ver que tienes aproximadamente tres veces más electrones 2p que electrones 2s lo que tiene sentido las dos sub capas pueden tener seis electrones las dos sub capas s tienen dos este próximo pico va a ser la siguiente capa más alta de energía que tendrá una energía de enlace más baja es más fácil eliminar esos electrones así que parece que este es 3s 2 y luego este siguiente pico parece que es 3 p 6 y ese se llena por completo y tenemos un pico más después de eso y ese pico parece tener aproximadamente el mismo número de electrones que todas las otras sub capas s sabemos por el principio de aub av que en seguida llenamos 4s y parece que hay dos electrones allí porque este pico es como las otras sub capas ese y es así como podemos usar un espectro de foto de misión para llegar a la configuración electrónica elemento misterioso su configuración electrónica es 1 s 2 2 s 22 p 6 3 s 23 p 64 s 2 y que el elemento tiene esta configuración electrónica bueno lo hemos trabajado en otros vídeos pero puedo sacar mi tabla periódica de elementos veamos 1 s 2 nos lleva al helio 2s 22 p 6 nos llevan león 3 s 2 3 p 6 nos lleva al argón y luego 4 s 2 nos lleva al calcio así que nuestro elemento misterioso es calcio y si alguien preguntara sobre electrones de valencia sería el pico más externo que tenemos aquí el pico de electrones con la energía de enlace más baja tienen la energía de enlace más baja porque son los más alejados son los más fáciles de eliminar y debido a eso la mayor parte de esa energía fotónica que sobra después de superar la energía de enlace se convierte en energía cinética entonces esos electrones se desvían aún y la base de lo que vemos aquí es el espectro de foto electrones de calcio como esperaríamos que fuera el espectro de foto emisión de potasio y sólo como recordatorio el potasio tiene un número atómico de 19 de modo que tiene 19 protones en el núcleo mientras que el calcio tiene 20 protones en el núcleo y vamos a suponer que estamos hablando de un átomo de potasio neutro entonces también tendrá 19 electrones pausa este vídeo y piensa en cuál sería la diferencia cuando pensamos en el potasio va a tener un espectro de foto emisión muy similar al del calcio pero como sólo tiene 19 versus 20 protones tiene menos carga positiva en el núcleo así que tira un poco menos fuerte en nuestras sub capas así que el potasio va a tener 1s 2 pero va a tener una energía de enlace ligeramente más baja porque no está atraído tanto hacia el núcleo y no lo estoy dibujando perfectamente puede que no sea tanto en realidad probablemente sea algo como esto pero va a estar un poco a la derecha del mismo modo 2 s 2 va a estar un poco a la derecha y luego 2 p 6 va a estar un poco a la derecha y una vez más no lo estoy dibujando completamente a la perfección porque no tengo los datos exactos aquí 3 s 2 va a estar un poco a la derecha una vez más sólo 19 protones versus 20 para calcio así que tiramos un poco menos hacia adentro entonces tenemos una energía de enlace más baja para cualquier capa o sub capa dada 3 p 6 va a estar un poco a la derecha algo así de modo que como se verá la sub capa 4 s bueno no tiene dos electrones en la sub capa 4 s sólo tiene uno porque sólo tiene 19 electrones y no 20 y entonces va a estar un poco a la derecha tiene una energía de enlace más baja y sólo va a ser la mitad de alto porque sólo tienes un electrón nodos se vería algo así así sería el espectro de foto emisión de potasio aproximadamente ya hemos hablado de que su capa más externa muestra dónde están los l de valencia así que si estamos pensando en el potasio estaría justo aquí ahora eso también nos dice que cuando estamos pensando en la energía de enlace por aquí esta es la energía de enlace nos dice cuánta energía necesitamos para quitar un electrón cuando estás eliminando ese primer electrón esta es tu primera energía de ionización una vez que elimines es el primer electrón debido a todas las interacciones entre los electrones su espectro de futura emisión cambiaría de modo que no puedes pensar en una segunda o tercera energía de ionización pero tu primera energía de ionización es la energía de enlace de sus electrones más externos