Laboratório de Estrutura da Matéria I. Espectroscopia
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- Leila Álvaro Quintão
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1 Laboratório de Estrutura da Matéria I Espectroscopia
2 Espectroscopia
3 Espectroscopia Espectro contínuo Linhas espectrais
4 Linhas'de'emissão'e'estrutura'atómica Os átomos excitados de um gás monoatômico emitem luz numa cor característica do seu elemento químico neon luz vermelho-alaranjada mercúrio luz azul-esverdeada hidrogênio luz azul-violeta. Ao dispersar a luz emitida pelo gás usando um prisma ou uma rede de difração, observa-se um espectro de linhas característico do elemento químico. niveis de energia do átomo de hidrogênio 2
5 Rede'de'Difração Os máximos no anteparo ocorrem quando: 19
6 A rede de difração tem uma resolução muito superior a uma fenda dupla, por exemplo: Pode ser utilizada para determinar um λ desconhecido a partir do θ com grande precisão. 22
7 Determinar um λ desconhecido a partir do ángulo θ : λ = d sen θ /m Espectrômetro de Rede de Difração 23
8 Espectroscopia Robert Wilhem Bunsen e Gustav Kirchhoff investigaram a radiação emitida pela matéria sólida ou gasosa através da elevação da temperatura das amostras (1869). prisma fenda bico de Bunsen telescópios
9 Espectroscopia Em 1885, investigando o espectro do hidrogênio (H), Johann Balmer notou que existia uma relação entre cada uma das linhas com o valor 364,56 nm. Ele deduziu então a seguinte fórmula que reproduz os comprimentos de onda da luz visível: Onde: λ é o comprimento de onda, B é a constante de Balmer com o valor 364,56 nm, n é igual a 2, m é um inteiro tal que m>n. Em 1888 Johannes Rydberg generalizou a equação de Balmer para todas as transições do hidrogênio. A chamada equação de Rydberg é um simples rearranjo da equação de Balmer e é dada por: A constante de Rydberg R H vale ,55 m -1
10
11 O átomo de Hidrogênio
12 O átomo de Hidrogênio
13
14 Átomo de Hidrogênio Constante de Rydberg Pode ser determinada experimentalmente: R = 1, Å -1 Fórmula generalizada de Balmer 23
15 Espectroscopia Material Utilizado Espectroscópio Rede de difração Lâmpadas a vapor (Hg, He, H2 ) Lanterna
16 Material Utilizado Espectroscópio Rede de Difração Lâmpadas a vapor (Hg,He,H2) 13
17 Espectroscopia
18 Espectroscopia Calibração do espectroscópio, λ vs senθ, com Hg e He. Medida do espectro do Hidrogênio. Cálculo da constante de Rydberg (R) através da série de Balmer.
19 Procedimento PI Antes de colocar a rede de difração sobre a mesa giratória do espectroscópio, aponte o telescópio para um objeto distante e ajuste o foco (manipulando a ocular e a objetiva) de forma que os fios capilares (cruz) possam ser vistos com nitidez; Coloque a lâmpada de mercúrio em frente ao colimador e ajuste a fenda com o parafuso até obter uma imagem estreita e nítida. Posicione o telescópio alinhado com o colimador. Olhando através do telescópio, ajuste o foco do colimador intervindo na lente da objetiva; Posicione um dos fios capilares na vertical sobre a imagem da fenda (use o parafuso de ajuste fino); Fixe o suporte da rede de difração sobre a mesa giratória. Faça o alinhamento de forma que a rede fique na perpendicular da linha de visada. Isso pode ser feito observando-se duas raias correspondentes do espectro, uma de cada lado da imagem direta da fenda; 14
20 Procedimento O espectroscópio faz medidas relativas dos ângulos de difração. Portanto, antes de começar as medidas estabeleça um ponto de referência (p.ex., a imagem direta da fenda) na escala vernier; Variando a posição angular do telescópio, encontre as raias do espectro do mercúrio e associe as cores aos respectivos ângulos de difração (Sugestão: pode ser mais conveniente trabalhar com o espectro de segunda ordem); d sen =2 º 15
21 Procedimento Substitua a lâmpada de mercúrio por uma de hélio e meça os ângulos de difração das raias espectrais; Usando os valores tabelados do comprimento de onda (v. Tabs. 9.1 e 9.2) e os correspondentes valores de ángulos medidos, construa um gráfico no papel milimetrado. Este gráfico característico do espectroscópio utilizado, é chamado de reta de calibração. Ajustar MMQ. Reta de calibração sin( ) 16
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