QUI346 QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL

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1 QUI346 QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL Prof. Mauricio Xavier Coutrim DEQUI Suporte: /02/2015 Mauricio X. Coutrim

2 LINK: Mauricio X. Coutrim

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4 QUI346 QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL PLANEJAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL QUI 346 (esse documento deve ser obtido no site suporte) 2 o semestre / Prof. Mauricio X. Coutrim / Turmas 31 a 33 Horário Teoria: 2ª feira das 8:20h às 10:00h (s. 03 ICEB I). Laboratório: 4ª feira (Lab. 107) Período: Início: 13/10/15 - Término: 23/03/16 Objetivo Proporcionar na teoria e na prática o conhecimento das principais técnicas analíticas a partir dos princípios químicos envolvidos e da instrumentação utilizada. Metodologia Aulas expositivas e dialogadas com utilização de quadro negro e projetor multimídia para aprendizado e fixação dos conceitos. Aulas práticas desenvolvidas no laboratório com orientação e acompanhamento do professor. Exercícios extra sala de aula para serem resolvidos com apoio da monitoria. Avaliação Aproveitamento sem exame especial com no mínimo 6,0 pontos e mais que 75% de frequência às aulas. Realização de três avaliações escritas (a primeira valendo 1,5 pontos, a segunda 2,0 pontos e a terceira 2,5 pontos), avaliação da parte experimental (2,5 pontos), atividades de monitoria (0,5 ponto extra) e um seminário (1,5 pontos). Alunos com menos que 60% de aproveitamento e pelo menos 75% de frequência às aulas poderão fazer o exame especial. 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

5 QUI346 QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL Cronograma das aulas teóricas Sema Data na Assunto 1 19/10 Apresentação / Revisão de conceitos relacionados às medidas e expressão de resultados em química analítica, atomicidade e energia radiante. Introdução a Espectrofotometria de Absorção Molecular no UV/VIS: Princípios Interação radiação / matéria. 2 * 26/10 Espectrofotometria de absorção molecular no UV/VIS: Fundamentação. Lei de Lambert-Beer. Espectro UV/VIS. Espécies orgânicas e inorgânicas absorvedoras de energia. Análise química qualitativa. Instrumentação. 3 * 02/11 FERIADO NACIONAL 4 * 09/11 Espectrofotometria de absorção molecular no UV/VIS: Determinação quantitativa e aplicação da técnica. Espectrometria de absorção molecular no Infravermelho: Fundamentação, instrumentação e aplicação. 5 16/11 1 a AVALIAÇÃO (semanas 01 a 04) 6 23/11 Espectrometria de emissão molecular Fotoluminescência: Fundamentação, instrumentação e aplicação. 7 * 30/11 Espectroscopia atômica. Fundamentos de espectrofotometria de emissão e absorção atômica. Atomização: importância e tipos de atomizadores. 8 * 07/12 Fotometria de chama e de plasma indutivamente acoplado (ICP): Instrumentação, interferências, análise química quantitativa e aplicação (determinação simultânea). 9 14/12 Espectrofotometria de Absorção Atômica: Espectro atômico, instrumentação, interferências, análise química quantitativa e aplicação. 10 * 21/12 2 a AVALIAÇÃO (semanas 06 a 09) &&&& &&&& RECESSO ESCOLAR (de 23/12/15 a 16/01/16) 11 18/01 Cromatografia: Princípios da cromatografia equilíbrio entre fases (extração Liq-Liq) /01 Cromatografia em fase gasosa (GC): Princípios e instrumentação. 13 * 01/02 GC: Instrumentação, determinações qualitativas e quantitativas e aplicação. 14 * 08/02 RECESSO ESCOLAR (Carnaval) 15 15/02 Cromatografia em fase líquida de alta eficiência (HPLC): Princípios e instrumentação. 16 * 22/02 HPLC: Análises qualitativas e quantitativas e aplicação. Derivatização. 17 * 29/02 Técnicas diversas de extração: Limpeza (clean up) e pré concentração de amostras) /03 * Mini Revisão avaliações (esclarecimentos de no máximo de 30 dúvidas). (trinta) minutos Exercícios no horário e sala de monitoria. 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim 19 14/03 3 ª AVALIAÇÃO (semanas 12 a 18) 20 21/03 EXAME ESPECIAL

6 QUI346 QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL Cronograma das aulas de laboratório Sem. Data Tópico Exper 1 14/10 Não haverá aula de laboratório 2 21/10 Apresentação das aulas práticas no laboratório. Obtenção de espectros de Cafeína e de ácido acetilsalicílico 02 (AAS): Varredura no UV/Vis 3 28/10 Determinação espectrofotométrica de Cafeína e de ácido acetilsalicílico (AAS) no UV /11 Determinação espectrofotométrica de ácido acetilsalicílico (AAS) no Visível /11 Determinação simultânea de AAS e Cafeína em comprimido por espectrofotometria UV-Vis /11 ENCONTRO DE SABERES (de 18 a 20/11/15) 7 25/11 Determinação de Li em comprimido por fotometria de chama Calibração externa /12 Determinação de Na e K em isotônicos por fotometria de chama Adição de padrão /12 Extração líquido/líquido Eficiência, Coeficientes de partição e Razão de distribuição /12 Extração líquido/líquido Eficiência, Coeficientes de partição e Razão de distribuição 12 && &&& RECESSO ESCOLAR (de 23/12/15 a 16/01/16) &&& 11 20/01 A instrumentação em cromatografia gasosa (GC) e líquida (HPLC) (demonstrativa) 12 27/01 Cromatografia gasosa (GC) avaliação da separação em GC /02 Cromatografia gasosa (GC) Determinação quantitativa em GC (métodos de quantificação) /01 RECESSO ESCOLAR (4ª feira de cinzas) 15 10/02 Cromatografia Líquida (HPLC) Determinações qualitativa e quantitativa em HPLC /02 SEMINÁRIO: VALIDAÇÃO DE MÉTODOS ANALÍTICOS 17 24/02 SEMINÁRIO: VALIDAÇÃO DE MÉTODOS ANALÍTICOS 18 02/03 SEMINÁRIO: VALIDAÇÃO DE MÉTODOS ANALÍTICOS 19 09/03 Avaliação escrita sobre os experimentos realizados 20 16/03 Fechamento de Notas Finais ATENÇÃO! Levar em todas as aulas práticas, além da vestimenta própria, laptop e/ou calculadora científica.

7 QUI346 QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Bibliografia Básica: SKOOG, D.A.; HOLLER, F.J.; NIEMAN, T.A. Princípios de Análise Instrumental, Bookman, 6ª ed., Porto Alegre, COLLINS, C.H. (coord.) et al. Fundamentos de Cromatografia, Editora Unicamp, 1 a ed., Campinas, Bibliografia Complementar: VOGEL, A.I. Análise Química Quantitativa, LTC Ed., Rio de Janeiro, SKOOG, D.A.; WEST, D.M.; HOLLER, F.J.; CROUCH, S.R. Fundamentos de Química Analítica, Thomson Learning Ltda., 1ª ed. (8ª ed. americana), São Paulo, HAGE, D.S.; CARR, J.D. Química Analítica e Análise Quantitativa Pearson Ed. Brasil, S. Paulo, EWING, G.W. Métodos Instrumentais de Análise Química - Vol. 1, Edgard Blucher, 1ª ed. (1972), 9ª reimpressão, S. Paulo, LANÇAS, F.M. Cromatografia em Fase Gasosa, Ed. Instituto Internacional de Cromatografia (I.I.C.), São Carlos ( CIOLA, R. Fundamentos da Cromatografia a Líquido de Alto Desempenho, Ed. Edgard Blücher, São Paulo, /02/2015 Mauricio X. Coutrim

8 QUI346 QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Bibliografia Básica: SKOOG, D.A.; HOLLER, F.J.; NIEMAN, T.A. Princípios de Análise Instrumental, Bookman, 6ª ed., Porto Alegre, COLLINS, C.H. (coord.) et al. Fundamentos de Cromatografia, Editora Unicamp, 1 a ed., Campinas, Bibliografia Complementar: VOGEL, A.I. Análise Química Quantitativa, LTC Ed., Rio de Janeiro, SKOOG, D.A.; WEST, D.M.; HOLLER, F.J.; CROUCH, S.R. Fundamentos de Química Analítica, Thomson Learning Ltda., 1ª ed. (8ª ed. americana), São Paulo, HAGE, D.S.; CARR, J.D. Química Analítica e Análise Quantitativa Pearson Ed. Brasil, S. Paulo, EWING, G.W. Métodos Instrumentais de Análise Química - Vol. 1, Edgard Blucher, 1ª ed. (1972), 9ª reimpressão, S. Paulo, LANÇAS, F.M. Cromatografia em Fase Gasosa, Ed. Instituto Internacional de Cromatografia (I.I.C.), São Carlos. CIOLA, R. Fundamentos da Cromatografia a Líquido de Alto Desempenho, Ed. Edgard Blücher, São Paulo, /02/2015 Mauricio X. Coutrim

9 QUÍMICA ANALÍTICA? É o ramo da química que se preocupa com métodos para identificar e/ou quantificar espécies químicas presentes nos mais diferentes tipos de amostras (matriz). 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

10 QUÍMICA ANALÍTICA Química Analítica Qualitativa: Os métodos qualitativos geram informações sobre a identidade das espécies atômicas ou moleculares ou mesmo grupos funcionais na amostra. Química Analítica Quantitativa: Os métodos quantitativos proporcionam resultados numéricos relacionados à quantidade dos componentes na amostra. 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

11 REVISÃO!?!? SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI) 11 18/02/2015 Mauricio Xavier Coutrim

12 MULTÍPLOS E SUBMULTÍPLOS 12 15/10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

13 Ref. 123RF BANCO DE IMAGENS ROYALTY FREE. In: consultado em 30/10/14

14 INFORMAÇÕES DOS RÓTULOS Concentração Massa molar Espécie química Densidade Informações de segurança para o manuseio Impurezas 15/10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

15 ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS Qualquer algarismo na expressão do resultado de uma medida que esteja fora da precisão do intervalo de confiança é considerado como algarismo não significativo. E o último algarismo de um valor de uma medida é considerado algarismo duvidoso. Algarismos significativos = algarismos corretos + primeiro algarismo duvidoso. 05,81 5,8 1 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

16 ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS Para toda medida deve ser estabelecido a confiança que o valor encontrado representa para a medida. Pois, toda medida vem acompanhada de erros e incertezas. E esses erros podem ser determinados e indeterminados. Para instrumentos de medidas graduados, se as incertezas (intervalos de confiança) não forem declaradas elas podem ser consideradas como sendo metade da menor divisão. 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

17 ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS Sempre que uma operação matemática apresentar uma valor com mais algarismos do que os significativos esse resultado deve ser arredondado. Como regra geral para arrendamento o algarismo duvidoso fica inalterado se o algarismo que lhe precede for menor do que cinco e é aumentado de um se esse for maior do que cinco. 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

18 ESTEQUIOMETRIA É a relação entre o n o de mols de reagentes e produtos numa reação química 1) Qual a massa de AgNO 3 (169,9 g/mol) necessária para converter 2,33 g de Na 2 CO 3 (106,0 g/mol) para Ag 2 CO 3 (275,7 g/mol)? Qual a massa de Ag 2 CO 3 (275,7 g/mol) que se formará? 2) Qual a massa de Ag 2 CO 3 (275,7 g/mol) formada quando 25,0 ml de AgNO 3 (169,9 g/mol) 0,200 mol.l -1 são misturados com 50,0 ml de Na 2 CO 3 (106,0 g/mol) 0,0800 mol.l -1? Eq. da reação: AgNO 3 (aq) + Na 2 CO 3 (aq) Ag 2 CO 3 (s) + 2 NaNO 3 (aq) 18 15/10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

19 Tipos de erros: EXPRESSÃO DE RESULTADOS Erros em análises químicas Erros determinados ou sistemáticos Erros de métodos: referem-se ao método analítico propriamente dito. Ex.: uso inadequado do indicador, precipitado parcial (solúvel), reação incompleta, co-precipitação, reações paralelas, volatilização do precipitado numa calcinação, higroscopicidade não considerada na determinação da massa da substância, etc. Erros operacionais: são relacionados com a capacidade técnica do analista. A inexperiência e a falta de cuidado podem ocasionar vários erros. Ex.: perda de reagente, vidraria suja, etc /10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

20 EXPRESSÃO DE RESULTADOS Erros em análises químicas Erros determinados ou sistemáticos (cont.) Erros pessoais (erros de analistas; ex. viragem de indicador, etc) Erros devidos a instrumentos e reagentes: são relacionados com imperfeições e limitações do equipamento. Ex.: peso analítico mal calibrado, vidraria volumétrica mal calibrada, ataque de reagentes sobre a vidraria, etc. Erros indeterminados São erros aleatórios e não se consegue prevê-los nem eliminálos, mas, podem ser estimados estatiscamente /10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

21 Erros em análises químicas EXPRESSÃO DE RESULTADOS Erros Aleatórios 21 Todas as medidas possuem erros aleatórios. Esses erros tendem a cancelar uns aos outros, tendo um efeito mínimo sobre o valor médio. Entretanto, ocasionalmente podem ocorrer na mesma direção, um grande erro líquido, positivo ou negativo. Para um número grande de determinações, a distribuição dos resultados das réplicas se aproxima de uma curva gaussiana. Uma curva gaussiana ou curva normal de erros apresenta uma distribuição simétricas dos dados em torno da média de um conjunto grande de dados. 15/10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

22 EXPRESSÃO DE RESULTADOS Erros em análises químicas Definições Réplicas: análises da mesma amostra exatamente da mesma forma. Mediana: é o valor central das medidas das réplicas organizadas numa seqüência crescente ou decrescente Média (aritmética): divisão da soma das medidas das réplicas pelo número de réplicas: Amplitude: Diferença entre o maior e o menor valor /10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

23 EXPRESSÃO DE RESULTADOS Erros em análises químicas Definições relacionadas Precisão: é a proximidade entre resultados obtidos exatamente da mesma forma (réplicas). É afetada pelos erros aleatórios Exatidão: indica a proximidade entre a medida e o valor verdadeiro. É afetada pelos erros sistemáticos ou determinados Erro absoluto: E = x i x v desvio em relação à média = x i ӯ Erro relativo percentual: E r = ((x i x v ) / x v ).100% Valor anômalo (outlier): Resultado ocasional que difere significativamente dos resultados restantes 23 15/10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

24 EXPRESSÃO DE RESULTADOS Erros em análises químicas Exatidão e Precisão Ref. Bacan, N. et al. Química Analítica Quantitativa Elementar. 3ª ed, /10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

25 EXPRESSÃO DE RESULTADOS MELHOR PRECISÃO E EXATIDÃO POSSÍVEIS Os resultados das medidas devem ter boa repetibilidade e reprodutibilidade (boa precisão) e estarem o mais próximo possível do valor verdadeiro (boa exatidão) 15/10/2015 Mauricio X. Coutrim

26 EXPRESSÃO DE RESULTADOS Erros em análises químicas AVALIAÇÃO DE ERROS ALEATÓRIOS Tratamento Estatístico (Distribuição de Gauss) Y = e^[-(x i m) 2.(2s) -2 ]. 1/(s. (2p)), onde: Y = Probabilidade de ocorrência de um dado valor X i da variável X; m = média da população; s = desvio padrão da população; (X i m) = desvio de X i da média da população Y = desvio de X i da média da população em relação ao desvio padrão 26 s = ( (x i m) 2.N -1 ) 15/10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

27 EXPRESSÃO DE RESULTADOS Erros em análises químicas AVALIAÇÃO DE ERROS ALEATÓRIOS 27 15/10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

28 EXPRESSÃO DE RESULTADOS População é a coleção de todas as medidas de interesse: m = média da população d = desvio médio = ( S X i m ) / N s = desvio padrão da população Amostra é um subconjunto de medidas selecionadas a partir da população: x = média da amostra đ = estimativa do desvio médio = ( S X i x ) / N s = estimativa do desvio padrão Variância = DPR (desvio padrão relativo) = (s.100)/ x, em porcentagem. N /10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

29 EXPRESSÃO DE RESULTADOS Intervalo de confiança é a faixa de valores onde se espera encontrar a média da população (m) com uma certa probabilidade. Os valores extremos dessa faixa constituem os limites de confiança (Ex. 7,15 ± 0,25mg). A probabilidade de que o valor esteja nesse intervalo é chamado de nível de confiança. Limite de confiança da média = intervalo em que deve se encontrar a média da população Quando se tem o desvio padrão (s): m = Quando se tem a estimat. desvio padrão (s): m = 29 15/10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

30 EXPRESSÃO DE RESULTADOS 30 15/10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

31 EXPRESSÃO DE RESULTADOS 1) Qual o desvio padrão para cada valor médio obtido? 2) Determine os Intervalos de confiança das médias

32 DETERMINAÇÃO QUANTITATIVA CURVA ANALÍTICA 32 15/10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

33 DETERMINAÇÃO QUANTITATIVA CURVA ANALÍTICA Coeficiente Linear Coeficiente Angular 33 15/10/2015 Mauricio Xavier Coutrim

34 CURVA ANALÍTICA DETERMINAÇÃO QUANTITATIVA CURVA DE REGRESSÃO A curva analítica (curva de regressão) é a melhor reta que se ajusta aos pares ordenados (conc; sinal) 15/10/2015 Mauricio X. Coutrim

35 CURVA ANALÍTICA DETERMINAÇÃO QUANTITATIVA Só são considerados os erros do equipamento (leituras, instabilidades, etc) -eixo y (variável dependente)- (e y ) que são muito maiores que os erros de concentração (soluções padrão preparadas com concentrações tão exatas quanto possível) -eixo x (variável independente) 15/10/2015 Mauricio X. Coutrim

36 CURVA ANALÍTICA DETERMINAÇÃO QUANTITATIVA O ajuste da regressão linear aos dados experimentais pode ser avaliado pelo coeficiente de correlação linear (r ou r 2 deve ser próximo da unidade). A equação da curva de regressão mostra os coeficientes angular (A) e linear (B) com minimização de erros: Y = AX + B 15/10/2015 (valor predito pela regressão) (valor experimental) Mauricio X. Coutrim

37 CURVA ANALÍTICA DETERMINAÇÃO QUANTITATIVA Construção da curva de regressão linear Y = A.X + B A = Coef. Angular B = Coef. Linear A A B B A Equação da Curva 15/10/2015 Mauricio X. Coutrim

38 CURVA ANALÍTICA DETERMINAÇÃO QUANTITATIVA A precisão da concentração obtida depende dos erros envolvidos na medida Desvio Padrão da Regressão 2 graus de liberdade: A e B X = (Ῡ X B) / A, onde X = concentração da amostra e Ῡ X = sinal médio A A 2 Onde, m = número de replicata, n = número de padrões (pontos) da curva, ȳ = sinal médio dos padrões, x i e ẋ = concentrações individual e média dos padrões m X é o valor esperado para a concentração da amostra na ausência de erros determinados e t depende do nível de confiança do resultado 15/10/2015 Mauricio X. Coutrim

39 E A QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL????? PODEMOS DEFINÍ-LA COMO SENDO A UTILIZAÇÃO DE UMA INSTRUMENTAÇÃO PARA SE OBTER INFORMAÇÕES SOBRE QUE ESPÉCIE QUÍMICA (QUALI) E QUANTO DELA EXISTE (QUANTI) NUMA AMOSTRA! NESSE CURSO VAMOS TRATAR PRINCIPALMENTE DAS TÉCNICAS ESPECTROSCÓPICAS (INTERAÇÃO DA MATÉRIA COM ENERGIA RADIANTE) E CROMATOGRÁFICAS (TÉCNICAS DE SEPARAÇÃO). ENTÃO VAMOS REVISAR ALGUNS CONCEITOS JÁ APRENDIDOS QUE ESTÃO RELACIONADOS COM A INTERAÇÃO DA MATÉRIA COM ENERGIA RADIANTE! 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

40 QUI346 QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL Absorção Molecular no UV-Vis Prof. Mauricio Xavier Coutrim DEQUI 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

41 INTRODUÇÃO OU REVISÃO!?!? RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Onda eletromagnética (vácuo: v = 2, m.s -1 ) l = comprimento de onda A = amplitude da onda v = υ. l υ = frequência (s -1 ) l = comprimento (m, cm) v = velocidade (m.s -1, m.cm -1 ) ῡ = 1/l = n o de onda (cm -1 ) l A 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

42 RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Determine a frequência de uma onda viajando na velocidade da luz com comprimento igual a 190 nm (região do UV). (R. 1, s -1 ) Determine o número de onda da onda descrita acima. (R. 5, cm -1 ) Determine o número de ondas de um feixe de radiação infravermelha de l = 5,00 mm. (R. 2, cm -1 )

43 RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA São pacotes discretos de energia (fótons) Cada fóton tem componente elétrica e magnética (os campos trocam de direção diversas vezes por segundo - frequência - no movimento do fóton) No vácuo todos os fótons: Tem a mesma velocidade: v = l. n Sua energia depende da frequência: E = h. n l = comprimento de onda (m) n = frequência (s -1 ) h = constante de Planck (6, J.s)

44 RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Calcule a energia, em joules, de um fóton da radiação infravermelha com l = 5,00 mm. (R. 3, J) Calcule a energia dessa radiação sabendo que ela é proveniente de 200 ml de uma substância com concentração igual a 2,50 mmol.l -1 e que cada molécula dessa substância contribui com um fóton para a referida radiação. (R. 11,98 J) Qual a faixa de energia de um fóton na região do UV (180 a 380 nm)? (1, J a 5, J)

45 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO Faixa de energia dos fótons A luz visível é parte do espectro 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

46 O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

47 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO Diferentes faixas no UV 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

48 ENERGIA RADIANTE Energia eletromagnética (espectro) Origem: Orbital atômico (energia atômica) Vibração molecular (energia molecular) Rotação molecular (energia molecular) 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

49 ENERGIA DOS ELÉTRONS NOS ÁTOMOS Os elétrons nos átomos possuem diferentes energias. No estado fundamental eles ocupam níveis de mínima energia. Os níveis de energia são divididos em subníveis de energia (Diagrama de Linus Pauling). Como essa energia é quantizada elas são discretas. 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

50 ENERGIA DOS ELÉTRONS NOS ÁTOMOS Mesmo o átomo não tendo um nível (subnível) de energia ocupado por elétrons no estado fundamental algum elétron ao receber energia poderá vir a ocupá-lo. O átomo de H (hidrogênio) mesmo com um único elétron poderá ter qualquer nível de energia ocupado por ele (diagrama ao lado). 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

51 POTENCIAL DE IONIZAÇÃO Cada mudança do elétron dentro do átomo requer uma energia bem definida e discreta que depende do átomo (elétrons vizinhos), da posição inicial do elétron e de sua posição final. Potencial de Ionização é a energia necessária para a remoção de um elétron do átomo. 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

52 POTENCIAL DE IONIZAÇÃO Energia necessária para remover um elétron do átomo (Ex. Primeiro potencial de ionização) 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

53 ENERGIA DOS ELÉTRONS A energia de um elétron A forma do orbital s. num orbital atômico no estado fundamental é definida pelos números quânticos (n, l, m l, m s ). Elétrons ocupando o mesmo orbital (no máximo dois, pelo Princípio de Exclusão de Pauli) possuem a mesma energia. Representação das formas dos orbitais p. Representação das formas dos orbitais d

54 ENERGIA DOS ELÉTRONS Princípio de Exclusão de Pauli

55 ENERGIA DOS ELÉTRONS Orbitais moleculares são diferentes de orbitais atômicos! A energia de um elétron em um átomo depende dos demais elétrons desse átomo e do(s) outro(s) átomo(s). Exemplo: orbital s na molécula F 2. Os orbitais atômicos geralmente se hibridizam para formarem os orbitais moleculares. Exemplo: orbitais sp 2 na molécula do eteno. 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

56 ORBITAL MOLECULAR Níveis de Energia nos orbitais moleculares (orbital anti-ligante) (orbital ligante) Diagrama de Energia do Orbital Molecular para a molécula de H 2 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

57 ENERGIA MOLECULAR Os estados de energia definidos (quantizados) nas moléculas proveniente dos movimentos dos elétrons dependem da proximidade dos átomos ligados. Potencial de energia dos elétrons na molécula do H 2 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

58 INTERAÇÃO ENERGIA MATÉRIA ESQUEMA SIMPLISTA DAS POSSIBILIDADES DE INTERAÇÃO ENTRE A ENERGIA E A MATÉRIA Energia incidente Energia absorvida Energia transmitida Energia refletida (espalhada)

59 INTERAÇÃO RADIAÇÃO / MATÉRIA Quando a energia de uma fonte é dirigida a um material ocorre três formas de interação: Parte da energia é absorvida; Parte da energia é espalhada; Parte da energia é transmitida. A energia absorvida promove transições eletrônicas (estados excitados) que persistem por um curto tempo e em seguida, devido aos processos de relaxação, retornam ao estado fundamental. 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

60 TRANSIÇÕES ELETRÔNICAS As transições eletrônicas nos átomos são mais simples que nas moléculas. As transições eletrônicas nas moléculas são mais complexas porque a energia que origina o espectro provem de: Transições eletrônicas dos elétrons (energia eletrônica); Vibrações entre os átomos (energia vibracional); Diversos movimentos rotacionais (energia rotacional). 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim

61 ESPECTRO DE ABSORÇÃO DE ENERGIA RADIANTE Espectros de banda (maiores interações entre os átomos nas moléculas) são mais complexos do que os espectros de linha (menores interações entre os átomos não ligados). 18/02/2015 Mauricio X. Coutrim