Aula 11 Introdução à Física Atômica

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1 Aula 11 Intodução à Física Atômica

2 Espectos Atômicos Especto Contínuo SUPERFÍCIE SÓLIDA: Alta tempeatua >>> adiação eletomagnética >>>> especto contínuo (copo nego) Especto Disceto ÁTOMOS LIVRES: a adiação eletomagnética >> um conjunto de compimentos de onda discetos. Especto de emissão : Gases aefeitos (átomos lives) Descaga elética aumenta o choque ente átomos Luz emitida é constituída de aias bilhantes, sobe um fundo escuo. As posições das linhas dependem do elemento emisso. Especto de absoção Passagem de luz de uma fonte contínua atavés de um gás, ou solução diluída do elemento que se que analisa. Luz absovida é e-emitida e é constituída de aias negas supepostas a fundo contínuo do especto da fonte

3 Exemplos de espectos de Absoção e Emissão Especto contínuo Especto de emissão Especto de absoção

4 Espectos de emissão hidogênio Compimento de onda (nm) Espectos de absoção Lítio (N=3) Feo (N = 6)

5 Utilização do fenômeno Deteminação de elementos em mateiais - espectoscopia de emissão ICP (Inductive coupled plasma) - paa detecta contaminações em alimentos: po ex. mecúio em peixes como o atum. Radiação Sola especto contínuo - Ao atavessa os gases fios da atmosfea sola e da Tea - Raias de absoção pemite a identificação dos elementos destas atmosfeas Descobeta do Hélio

6 Especto de emissão paa o Hidogênio Balme em 1885 deteminou que paa n = 3, 4, 5,... R H = 1, m -1 = constante de Rydbeg. Séie de Balme n=3 n=4 n=5 n=6 Séie de Balme Compimentos de onda, (nm)

7 Outas séies do hidogênio 1 9 R H 91,1 10 m 91,1 nm 1 Estados Excitados hf Estado Fundamental

8 As adiações emitidas facilmente detectadas Ultavioleta no vácuo (VUV, nm) Ultavioleta (UV, nm) Visível (VIS, nm) Póximo ao infavemelho (NIR, nm) Emissões no infavemelho, micoondas e ondas de ádios os sistemas de detecção são menos sensíveis. VUV pecisa de ambiente em vácuo, os outos de a. Objetivos da técnica: - identifica elementos e quantificá-los em váios meios. Pocedimento: Isolamento do átomo, excitação e emissão.

9 Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectoscopy (ICP-AES) (ICP-AES) é uma das váias técnicas disponíveis em espectoscopia atômica analítica >>>>> usa o plasma como fonte de atomização e excitação. O plasma é eleticamente neuto, um gás altamente ionizado fomado de íons elétons e átomos. As maioias dos plasmas analíticos são fomados de hélio e agônio puos, gases estes que não favoecem a combustão. Plasmas são caacteizados pelas suas tempeatuas, assim como pelas suas densidades de elétons e íons. Plasmas analíticos têm tempeatuas típicas no intevalo ente 600 e K. Como compaação, a tempeatua do inteio do Sol é de milhões de gaus, enquanto que na supefície é apoximadamente K.

10 1. Pepaação da amosta: tatamentos com ácidos, aquecimento e digestão em micoondas. Nebulização: líquido convetido em aeosol. 3. A água é evapoada Sobando apenas poções sólidas e líquidas que são convetidas em gases. 4. Atomização: as ligações da fase gasosa são quebadas. A tempeatua do plasma e um ambiente químico inete são impotantes neste estágio. 5. Excitação/Emissão: os átomos ganham enegia das colisões e emitem luz com compimento de onda caacteístico. 6. Sepaação/Detecção: uma ede de difação sepaa a luz que é medida

11 LASER DE RUBI Rubi = Al O 3 dopado com 0,05% de C Luz flash apagada: o lase não gea emissões O tubo de flash dispaa e injeta luz no cilindo de ubi. A luz excita os átomos do ubi. Alguns desses átomos emitem fótons Alguns desses fótons coem em uma dieção paalela ao eixo do ubi, constantemente ebatendo nos espelhos. Enquanto eles passam pelo cistal, estimulam a emissão em outos átomos. Luz monocomática, monofásica e alinhada sai do ubi atavés do semiespelho: luz do lase!

12 Modelo de Boh paa o Átomo de Hidogênio Em 1913 Boh popôs o modelo paa o átomo de hidogênio. Modelo Atômico de Thomson (1898), anteio a Boh Com a descobeta dos pótons e elétons, Thomson popôs um modelo de átomo no qual os elétons e os pótons, estaiam unifomemente distibuídos, gaantindo o equilíbio elético ente as cagas positiva dos pótons e negativa dos elétons. Niels Henik David Boh Físico dinamaquês

13 Idéias básicas do modelo de Boh 1ª.) O eléton se move em óbitas ciculaes ao edo do póton, sob influência da foça de atação coloumbiana. ª.) Somente algumas óbitas são estáveis. Nestas óbitas a enegia é constante (estacionáia). Não há iadiação de enegia. 3ª.) A adiação emitida pelo átomo está associada a tansições de enegia ente as óbitas pemitidas (estáveis): Enegia maio (Ei) Enegia Meno (Ef) E = Ei-Ef = hf = hc/ OBS: A feqüência f do fóton emitido independe da feqüência do movimento obital do eléton.

14 4ª.) Condição quântica adicional: o momento angula obital do eléton é quantizado. m.v. = n. ħ paa n= 1, 3, 4,... onde ħ=h/, h é a constante de Planck Sentido do aumento da enegia das óbitas Fóton emitido hf é a enegia

15 EQUACIONAMENTO E 1) A enegia total do átomo E c E p enegia cinética enegia potencial de atação E c m v ente o eléton e o póton 1 k ; k = 8,988x10 9 N.m /C (no vácuo) 4 o ) Lei de Newton e E p k e Foça de atação: F a de p d k e Foça centípeta (centífuga): F c m v

16 Potanto a enegia total E = E c + E p = -k.e / E<0 sistema eléton-póton ligado. 3) A enegia paa emoção do eléton: E = 0 Como E =-k.e /, se fo dado ao sistema uma enegia igual a k.e /, a enegia total deste seá nula e potanto o eléton e o póton se desligam c F a F e k v m e k v m e k E v m c 0 e k e k v m E e k v m

17 Usando a quantização do momento angula: m.v. = n. ħ paa n= 1, 3,... n 0 0 a0 0, 059 mke nm 4) Expessão final paa E substituindo-se =n. 0 E = E c + E p = -k.e / ; substituindo-se E= -k.e / 0 1/n onde k.e / 0 = 13,6 ev Logo: 13,6 (em ev) n En Estado fundamental: n=1; E 1 = - 13,6 ev Enegia de ionização: E ion = 13,6 ev

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19 Espectos atômicos: E i E f = hf=hc/ Os espectos atômicos são obtidos a pati da expessão paa a enegia das óbitas do átomo de Boh Se a tansição ente uma óbita de enegia maio E i paa uma óbita de enegia meno E f libea um fóton de feqüência f (=c/) e compimento de onda : E i E f = hc/: i f f i f i n n 1 13,6 n 13,6 n 13,6 n 13,6 n 13,6 hc i n f n 1 hc 13,6 1 R H 1 7 H m 10 1, R Onde R H é a constante de Rayleigh i f H n n 1 R 1

20 Conclusões Modelo de Boh pemite explica: - espectos de emissão e absoção de hidogênio - emissão de aios-x pelo átomo - popiedades químicas: (modelo de camadas: K, L, M, N,...) - associação de átomos paa foma moléculas No entanto... - modelo não explica átomos de muitos elétons - o modelo também é válido paa íons de apenas um eléton: He +, Li ++, Be +++ A inteação atativa ente cagas é de foma geal: No hidogênio: q 1 =-e e q =+e; No hélio: q 1 =-e e q =+e k q1q E p

21 Pincípio da coespondência de Boh A mecânica quântica concoda com a Física Clássica quando os númeos quânticos são muitos gandes. Mecânica Quântica A teoia completa foi desenvolvida em po Schödinge (Austíaco - Nobel de 1933) e Heisenbeg (Alemão - Nobel) independentemente.