QUI346 QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL

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Ângelo de Caminha Barreto
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1 QUI346 QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL Prof. Mauricio Xavier Coutrim DEQUI

RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Onda eletromagnética (vácuo: v = 2,99792.10 8 m.

2 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

3 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 )

4 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)

5 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)

6 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO Faixa de energia dos fótons A luz visível é parte do espectro

7 O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

8 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO Diferentes faixas no UV

9 ENERGIA RADIANTE Energia eletromagnética (espectro) Origem: Orbital atômico (energia atômica) Vibração molecular (energia molecular) Rotação molecular (energia molecular)

10 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.

11 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).

12 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.

13 POTENCIAL DE IONIZAÇÃO Energia necessária para remover um elétron do átomo (Ex. Primeiro potencial de ionização)

ENERGIA DOS ELÉTRONS A energia de um elétron A forma do

Elétrons ocupando o mesmo orbital (no máximo 2 pelo

14 ENERGIA DOS ELÉTRONS A energia de um elétron A forma do orbital s. no estado fundamental é definida pelos números quânticos (n, l, m l, m s ). Elétrons ocupando o mesmo orbital (no máximo 2 pelo Princípio de Exclusão de Pauli) possuem a mesma energia. Representação das formas dos orbitais p. Representação das formas dos orbitais d

15 ENERGIA DOS ELÉTRONS Princípio de Exclusão de Pauli

outro(s) átomo(s). Exemplo: orbital s na molécula F 2.

16 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.

17 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 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

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

20 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.

21 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; Vibrações entre os átomos; Diversos movimentos rotacionais.

22 ESPECTRO DE ABSORÇÃO DE ENERGIA RADIANTE

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QUI346 QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL Prof. Mauricio Xavier Coutrim DEQUI Suporte: http://professor.ufop.br/mcoutrim/disciplinas http://www.iceb.ufop.br/dequi/index.php/mauricio-xavier-coutrim 18/02/2015