O espectro eletromagnético. Adaptado de

Transcrição

1 O espectro eletromagnético Adaptado de

2 Nossa Fonte de Luz: o Sol

3 História da Espectroscopia ~330 a.c. Aristóteles Luz existe independentemente do olho humano ~295 a.c. Euclides de Alexandria 1º tratado de Ótica: engloba tudo relacionado à visão direta (não refração nem reflexão) Raios de Visão : para que um objeto possa ser visto devemos (a) iluminá-lo e (b) olhar para ele ~250 a.c. Archimedes refração do raio de luz estuda o fenômeno do arco-íris ~55 a.c. Tito Lucrécio átomos são incolores; cores provém da incidência da luz

4 ~ 145 Ptolomeu Ótica: inclui refração e reflexão ~ 1280 Alhazen (ibn al-haitam) cores surgem devido a diferentes condições da luz pedra de leitura (lentes de cristais de rocha) 1289 Qutbaddin as-sirazi explicação para o arco-íris por analogia entre gotas de chuva e esfera de vidro contendo água 1608 Hans Lipperhey descoberta da luneta (telescópio) 1609 Galileo Galilei constrói telescópio e o aponta para o céu: atronomia

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6 1626 Rene Descartes Lei da Refração 1666 Isaac Newton decomposição da luz solar em um prisma: 6 ou 7 (!) cores recomposição em um segundo prisma Adaptado de

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8 1777 Carl Wilhelm Scheele luz violeta é a mais energética do espectro 1800 Friedrich Herschel descobre a radiação infravermelha na luz solar 1802 Johann Ritter descobre a radiação ultravioleta na luz solar William Wollaston 5 ou 7 (!) linhas pretas no espectro solar Thomas Young fenômeno da interferência, cálculo de

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10 1814 Joseph Fraunhofer desenvolvimento do espectroscópio: análise espectral centenas de linhas pretas no espectro solar 1848 Armand Fizeau objetos se afastando em alta velocidade causam o deslocamento das linhas espectrais para o vermelho 1859 Robert Bunsen; Gustav Kirchhoff espectroscopia: cada elemento químico possui seu espectro único ( impressão digital ) descobrem novos elementos químicos (Césio, Rubídio) espectro de elementos químicos dentro do espectro solar: análise espectral de objetos cósmicos

11 AR GÁS 1 válvula fechada 2 válvula semi-aberta 3 válvula quase totalmente aberta 4 válvula aberta

12 1864 James Maxwell luz é radiação eletromagnética 1868 Joseph Lockyer descoberta do gas solar Hélio (na Terra somente 27 anos depois) 1874 Hermann Vogel vapor d água presente nos espectros das atmosferas de Marte e Saturno: habitáveis!! 1885 Johann Balmer linhas do espectro do Hidrogênio: Linhas de Balmer 1924 Edwin Hubble comprova a expansão do Universo

13 Espectro Solar Newton: luz branca é uma mistura de diferentes tipos de raios luminosos, refratados em ângulos ligeiramente diferentes, cada um produzindo uma cor espectral diferente. Fraunhofer: espectro solar possui centenas de linhas negras sobre as cores.

14 Fraunhofer: espectro de cada estrela poderia fornecer sua composição química ( impressão digital )?

15 Espectro luminoso e composição química da atmosfera de um gigante exoplaneta, que gira em torno de uma estrela normal, comparável ao Sol. Janeiro de

16 Descoberta do Infravermelho (IR) Herschell: região espectral acima da cor vermelha fornece uma grande potência calorífica região infravermelha.

17 Descoberta do Ultravioleta (UV) Ritter: região espectral abaixo da cor violeta é capaz de reduzir melhor a prata região ultravioleta.

18 Deslocamento para o Vermelho (redshift) Fizeau: movimento de uma estrela afeta a posição das linhas no seu espectro. Hubble: universo está em expansão.

19 O Espectroscópio

20 Análise Espectral Lâmpada incandescente rede de difração espectro contínuo gás quente espectro de emissão gás frio espectro de absorção Adaptado de

21 Novo Método Científico: Espectroscopia Bunsen e Kirchhoff: análise espectral dos elementos químicos; análise química; descobrimento de novos elementos.

22 Espectro de Elementos Químicos H N O C Ar Fe

23 Modelo Atômico Bohr: elétrons orbitam em torno do núcleo (constituído de prótons e nêutrons), em órbitas estáveis e de energias bem definidas. 6 prótons + 6 nêutrons elétron próton átomo de carbono nêutron

24 Transições Eletrônicas O elétron estando no estado excitado (n=2) retorna ao seu estado fundamental (n=1), e emite algo com energia E. n=inteiro E aumenta O que é esse algo? O que leva o elétron ao estado excitado? emite energia E = E 2 -E 1

25 Interação da luz com a matéria fóton Fóton: velocidade c (m/s) frequência (Hz ou s -1 ) comprimento de onda (m) energia E (J) estado fundamental fóton e se relacionam: c estado excitado A energia do fóton será: E h c h estado fundamental O fóton será absorvido caso sua energia E for idêntica à diferença de energia E entre o estado fundamental e o estado excitado c = 3 x 10 8 m/s (veloc. da luz); h = x J/s (const. de Planck)

26 Átomo de Hidrogênio Espectro Visível

27 série de Balmer Algumas Séries do Átomo de Hidrogênio limite de ionização estado fundamental Adaptado de

28 Átomos mais Complexos Hg

29 Moléculas Energias: translacional, rotacional, vibracional Os diversos estados (fundamental, excitado) apresentam uma grande quantidade de níveis de energia permitidos. Adaptado de

30 Níveis de Energia em Moléculas

31 Transições e suas Regiões Espectrais