Energia certa significa: quando a energia do fóton corresponde à diferença nos níveis de energia entre as duas órbitas permitidas do átomo de H.

Documentos relacionados
INFORMAÇÃO. Distribuição da radiação* ESPECTRO

Distribuição da radiação* ESPECTRO

INFORMAÇÃO. Distribuição da radiação* ESPECTRO

qi; ff (baixa/alta) densidade é observado na frente da fonte emissora de radiação

Absorção de Radiação por Gases na Atmosfera. Radiação I Primeiro semestre 2016

Prof. Dr. Lucas Barboza Sarno da Silva

Luz & Radiação. Roberto Ortiz EACH USP

Capítulo 5 Distribuição de Energia e Linhas Espectrais

NOTAS DE AULAS DE FÍSICA MODERNA

Prof. Dr. Lucas Barboza Sarno da Silva

NOTAS DE AULAS DE FÍSICA MODERNA

Tópicos em Métodos Espectroquímicos. Aula 2 Revisão Conceitos Fundamentais

Tópicos em Métodos Espectroquímicos. Aula 2 Revisão Conceitos Fundamentais

Absorção de radiação. Abril de 2016 Meteorologia Física II

Espectros de linhas e o modelo de Bohr

EVFITA. Óptica Quântica. Nicolau A.S. Rodrigues Instituto de Estudos Avançados IEAv

QUI346 QUÍMICA ANALÍTICA INSTRUMENTAL

Introdução à Astrofísica. Espectroscopia. Rogemar A. Riffel

Fundamentos de Física Capítulo 39 Mais Ondas de Matéria Questões Múltipla escolha cap. 39 Fundamentos de Física Halliday Resnick Walker 1) Qual das

ELÉTRONS EM ÁTOMOS. Depois do modelo de Rutherford: Como é o comportamento dos elétrons nos átomos? Rutherford: estrutura planetária, com o

Para perceber porque é que os corpos quentes radiam energia é necessário perceber o que é o calor.

Análise de alimentos II Introdução aos Métodos Espectrométricos

Estrutura da Matéria Lista 3

O espectro eletromagnético. Adaptado de

QUI 070 Química Analítica V Análise Instrumental. Aula 3 introdução a UV-VIS

1.2.3 Espetro do átomo de hidrogénio

O espaço interestelar é o local onde estrelas nascem e onde partes delas retornam quando morrem.

CURSO DE RADIOPROTEÇÃO COM ÊNFASE NO USO, PREPARO E MANUSEIO DE FONTES RADIOATIVAS NÃO SELADAS

Escola Secundária de Alcácer do Sal Química 12º ano teste 1 15/10/2003

Estrutura dos átomos

Universidade Federal do Rio de Janeiro Instituto de Física Física IV 2019/1 Lista de Exercícios do Capítulo 5 Origens da Teoria Quântica

Sumário. O átomo de H e a estrutura atómica

AULA 01 TEORIA ATÔMICA COMPLETA

Física D Extensivo V. 8

QUÍMICA I. Teoria atômica Capítulo 6. Aula 2

O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

Instituto de Física USP. Física V - Aula 18. Professora: Mazé Bechara

Aula-11. (quase) Tudo sobre os átomos

Distribuiçao de Energia e Linhas Espectrais (Cap. 5)

5. Modelo atômico de Bohr

EMISSÃO e ABSORÇÃO de radiação

QUÍMICA A Ciência Central 9ª Edição Capítulo 6 Estrutura eletrônica dos átomos David P. White

AULA 01 TEORIA ATÔMICA COMPLETA

ASPECTOS GERAIS. Prof. Harley P. Martins filho

ESPECTROS ATÔMICOS E MOLECULARES

MEIO INTERESTELAR. O espaço interestelar é o local onde estrelas nascem e onde elas retornam quando morrem.

rádio molécula transições rotacionais E = B J (J+1) Δ J = ± 1 B : relacionado ao momento de inércia da 4-1

O átomo de Rutherford

Principais Postulados de Dalton (1803)

A experiência das Linhas de Balmer

Meio interestelar. Roberto Ortiz EACH/USP

Curso de Introdução à Astronomia e Astrofísica ESTRELAS AULA 1. Flavio D Amico estas aulas são de autoria de Hugo Vicente Capelato

Universidade Federal do Rio Grande do Sul Instituto de Física Departamento de Astronomia. Fundamentos de Astronomia e Astrofísica: FIS2001

Radiação Eletromagnética (II) Sandra dos Anjos IAG/USP

Quantização. Quantização da energia (Planck, 1900) hc h. Efeito fotoelétrico (Einstein, 1905) Espectros atômicos (linhas discretas) v 2

ESTRUTURA ELETRÔNICA DOS ÁTOMOS

CURSO DE RADIOPROTEÇÃO COM ÊNFASE NO USO, PREPARO E MANUSEIO DE FONTES RADIOATIVAS NÃO SELADAS

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS INSPEÇÃO DE LEITE E DERIVADOS ESPECTROSCOPIA DENISE HENTGES PELOTAS, 2008.

Uma aula sobre espectros eletromagnéticos

Estrutura eletrônica da matéria - resumo

MODELO ATÔMICO DE BOHR 1913

1ª e 2 ª Lista de Exercícios de Química Geral - Estrutura Atômica

ENERGIA SOLAR: CONCEITOS BASICOS

Universidade Federal do Tocantins

Agronomia Química Analítica Prof. Dr. Gustavo Rocha de Castro. As medidas baseadas na luz (radiação eletromagnética) são muito empregadas

Prof. Dr. Lucas Barboza Sarno da Silva

SUGESTÕES DE EXERCÍCIOS PARA A SEGUNDA AVALIAÇÃO

RADIAÇÃO, ENERGIA E ESPECTROS. Maria do Anjo Albuquerque

SEL PRINCÍPIOS FÍSICOS DE FORMAÇÃO DE IMAGENS MÉDICAS. Prof. Homero Schiabel

RADIAÇÃO INFORMAÇÃO DO COSMOS COMO SE EXTRAI A INFORMAÇÃO VINDA DA LUZ EMITIDA POR OBJETOS ASTRONOMICOS

Revisão das observações experimentais, modelo de Bohr e Princípios da Mecânica Quântica by Pearson Education. Capítulo 06

Introdução à Astronomia AGA 210 Prova 4 03/11/2016

FÍSICA MODERNA I AULA 06

Universidade Federal do Tocantins

Tubos de Crookes e a descoberta do elétron

Laboratório de Física Moderna Espectroscopia do H. Marcelo Gameiro Munhoz

ESPECTROSCOPIA DE EMISSÃO ATÔMICA

Biofísica Bacharelado em Biologia

A fonte Solar de Energia da Terra

Noções básicas de quântica. Prof. Ms. Vanderlei Inácio de Paula

Modelos Atômicos. Eisberg (cap. 4) e Tipler (cap. 4)

TEORIAS ATÔMICAS. Menor partícula possível de um elemento (Grécia antiga) John Dalton (1807)

Sétima Aula. Introdução à Astrofísica. Reinaldo R. de Carvalho

Rotação Galáctica. Capítulo 2.3 do livro-texto.

Sensoriamento remoto 1. Prof. Dr. Jorge Antonio Silva Centeno Universidade Federal do Paraná 2016

Instituto de Física USP. Física V - Aula 15. Professora: Mazé Bechara

Modelos atômicos (quânticos) Bohr Sommerfeld Professor: Hugo Cesário

Física Experimental C. Coeficiente de Atenuação dos Raios Gama

Tecnicas analiticas para Joias

CLIMATOLOGIA. Radiação solar. Professor: D. Sc. João Paulo Bestete de Oliveira

O átomo de Rutherford

Introdução às interações de partículas carregadas Parte 1. FÍSICA DAS RADIAÇÕES I Paulo R. Costa

Lista de Exercícios Química Geral I Licenciatura em Química Prof. Udo Sinks

Capítulo 4 RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

Astrofísica Geral. Tema 04: Luz. Alexandre Zabot

NOTAS DE AULAS DE FÍSICA MODERNA

Astrofísica Geral. Tema 04: Luz

Transcrição:

ESPECTROSCOPIA II

A relação da luz com as linhas espectrais O que acontece se átomos de H forem bombardeados por fótons? R. Existem três possibilidades: 1) a maioria dos fótons passa sem nenhuma interação 2) os fótons com as energias certas serão absorvidos pelos átomos Energia certa significa: quando a energia do fóton corresponde à diferença nos níveis de energia entre as duas órbitas permitidas do átomo de H. Absorvidos significa : o elétron subirá a um nível de energia superior (átomo estará num nível mais alto usando a energia do fóton para isso)

A relação da luz com as linhas espectrais 3) O átomo tende a voltar ao estado fundamental (estado de mínima energia) e poderá emitir um fóton de mesma energia do fóton original absorvido se voltar diretamente ao estado fundamental.

A relação da luz com as linhas espectrais Fóton com energia maior do que a energia do estado fundamental = ionização ÁTOMO ÍON (perde um e-) E n = 13, 6 Z2 n 2 ev n = 1: E 1 = 13, 6 ev

Lei básica da natureza: qualquer sistema naturalmente busca o estado de mínima energia estado fundamental

A relação da luz com as linhas espectrais Um átomo excitado poderá não voltar diretamente ao estado fundamental e sim passar por outros níveis de energia na sequência, emitindo vários fótons (efeito cascata). A soma das energias dos fótons é = a energia do fóton original absorvido.

As transições entre os diferentes níveis de energia do átomo de H originam as diferentes séries do espectro de emissão. Série de Lyman (absorção) As transições do estado fundamental até os outros níveis são também chamadas de série de Lyman (espectro de absorção)

Simulador da absorção/emissão de fótons pelo átomo de hidrogênio

Espectro de absorção Linhas do Hidrogênio H 389 nm H 397 nm H 410nm H 434nm H 486nm H 657nm Aqui estão representadas algumas linhas de absorção do H, cada uma assinalada com a denominação correspondente a transição da série de Balmer. Neste caso, cada linha tem um nome e um comprimento de onda correspondentes às transições relativas ao primeiro estado excitado n=2.

MAS ATENÇÃO: O fato dos fótons de energias certas serem absorvidos pelos átomos de um gás e logo depois emitidos de volta, não quer dizer que nunca se observaria linhas de absorção num espectro. Observam-se as linhas de absorção por duas razões básicas: 1) Os fótons emitidos de volta o são em qualquer direção. Logo, se o espetrógrafo estiver apontando na direção da fonte de luz+gás o instrumento estará medindo na maior parte das vezes os fótons que foram tirados do feixe original, ou seja os absorvidos. 2) Um fóton absorvido pode ser re-emitido em cascata, ou seja, pode ser emitido através de vários fótons de energia menor e portanto diferentes da energia do fóton original que foi absorvido diferentes ou.

(a) Decaimento direto (b) Cascata

FORMAÇÃO DE LINHAS ESPECTRAIS UM GÁS VAI PRODUZIR: (1) um espectro contínuo: se o gás for denso e de alta T

FORMAÇÃO DE LINHAS ESPECTRAIS (2) um espectro de linha de absorção se ele estiver entre o espectrógrafo e a fonte de luz contínua (gás frio e baixa densidade)

FORMAÇÃO DE LINHAS ESPECTRAIS (3) um espectro de linha de emissão, se visto de um ângulo diferente (sem ver a fonte de luz, só a nuvem). (gás de baixa densidade aquecido pela fonte)

Fotosfera das estrelas : espectro de absorção Nuvem de gás quente: espectro de emissão

ESPECTROS MAIS COMPLEXOS DO QUE O H O número de prótons no núcleo define um átomo de um elemento químico H=1p, O 8p, Fe 26p... Elemento mais simples depois do H é o He (2p+2n) com dois e- orbitando seu núcleo 4 He 2 n o atômico = p n o de massa = p+n Carbono 12 C 6

ESPECTROS MAIS COMPLEXOS DO QUE O H Um número maior de transições possíveis Fe tem 26 prótons

Por exemplo: o Fe contribui com quase 800 linhas no espectro solar) por duas razões: 1) átomos com mais elétrons = mais transições possíveis 2) o Fe está na maior parte ionizado (alguns dos seus 26 e- fora do átomo). NÍVEIS DE ENERGIA DO ÁTOMO IONIZADO NÍVEIS DO ÁTOMO NEUTRO = mais possibilidades diferentes de transições = conjunto diferente de linhas espectrais

Espectro de uma estrela/nuvem = toda a soma de transições de diferentes elementos (íons e átomos)

Linhas espectrais ocorrem em todo o espectro eletromagnético (rádio gama) O que se vê de mais frequente nos espectros da maior parte dos objetos celestes? Transições eletrônicas nos níveis de energia mais baixos de elementos mais leves produzem radiação VISÍVEL e UV.

O que se vê de mais frequente nos espectros da maior parte dos objetos celestes? Transições entre estados altamente excitados do H e outros elementos podem produzir linhas no IR e RÁDIO. (impossíveis de se medir em lab na Terra, mas medidas usando radiotelescópios) EXERCÍCIO 5 DA LISTA

O que se vê de mais frequente nos espectros da maior parte dos objetos celestes? Transições entre níveis mais baixos de energia em elementos mais pesados produzem linha espectrais de RAIOS-X (algumas observadas em laboratórios e outras em estrelas e outros objetos cósmicos). Mais comum : Fe e O

TRANSIÇÕES MOLECULARES Moléculas podem rotar e vibrar, além de ter níveis de energia. Rotação vibração Molécula de CO Transições eletrônicas produzem linhas no visível e UV.

TRANSIÇÕES MOLECULARES Molécula de CO Transições vibracionais produzem linhas IR. Transições rotacionais produzem linhas em rádio.

Espectro molecular é bem mais complexo, mesmo para o H. H molecular (H 2 ) H atômico

INFORMAÇÕES ESPECTRAIS Intensidade de uma linha(emissão ou absorção): depende não só do número dos átomos absorvedores/emissores mas também da T. Ex. Se na fotosfera de uma estrela todo o H tivesse no estado fundamental (indicativo de T baixa) somente a série de Lyman seria observada (linhas UV). H no primeiro estado excitado (T + alta) : série de Balmer (linhas visíveis)

MEDIDA DA VELOCIDADE RADIAL EFEITO DOPPLER v c = λ λ lab Componente de velocidade na linha de visada.

Aproxima: velocidade negativa (blueshift) Afasta: velocidade positiva (redshift) v c = λ obs λ lab λ lab

intensidade ALARGAMENTO DAS LINHAS ESPECTRAIS frequencia

ALARGAMENTO NATURAL Princípio da incerteza: não se pode determinar exatamente a posição ou nível de energia onde o elétron está e sim qual a probabilidade de encontrá-lo numa dada posição na nuvem. Considerando o princípio da incerteza, a energia de um elétron, que se encontra num determinado nível atômico pode ser considerada como inversamente proporcional ao tempo de vida naquele nível. ΔE h 1 Δt

intensidade ALARGAMENTO NATURAL Um grupo de átomos produz linhas espectrais dentro de uma faixa mínima de variação de frequência ou comprimento de onda ν = ΔE h 1 Δt Lorentziana frequencia

ALARGAMENTO TÉRMICO O movimento do gás na linha de visada causa o alargamento térmico das linhas espectrais (efeito Doppler = partículas se afastam e se aproximam) Gaussiana Dependente da T

ALARGAMENTO COLISIONAL Gás suficientemente denso: Se os e- estão se movendo através dos níveis de energia (emitindo/absorvendo radiação) e ao mesmo tempo ocorrem colisões entre átomos a energia dos fótons emitidos ou absorvidos muda ligeiramente linha espectral borrada = linha espectral alargada Dependente de T e ou P

Rotação causa também o alargamento das linhas através do efeito Doppler Gaussiana

Ex. suponha que a linha 656,3 nm (H ) do hidrogênio em alguma estrela é observada tendo uma largura de 0,06 nm (bem maior do que o alargamento natural). Pode-se estimar e velocidade média (rotacional ou térmica) das partículas na atmosfera da estrela usando a fórmula do efeito Doppler: λ(alargamento) λ lab = 2 v c Onde 2 refere-se ao fato de que o alargamento em é causado por uma combinação de movimentos na nossa direção e em direção contrária. V=14 km/s

Se os átomos emitem em linhas espectrais, de onde vem o espectro contínuo? Quando átomos interagem com outros, as linhas espectrais são alargadas, já que os átomos têm velocidades diferentes e os comprimentos de onda se deslocam pelo efeito Doppler (depende de T). Quando um agregado de átomos interage fortemente, como em um sólido, líquido, ou gás denso, todas as linhas são tão alargadas, que produzem um contínuo térmico.

EFEITO ZEEMAN (independe do efeito Doppler) Quando um átomo se desloca sob a ação de um campo magnético, cada nível atômico de energia se divide em três ou mais subníveis. Tal processo é chamado efeito Zeeman. Se as separações (components Zeeman) entre subníveis não são resolvidas(são tão pequenas que não se pode distingui-las) nos espectros observados,vemos somente uma linha spectral alargada. Mas se são resolvidas: Ex. : linhas do sódio 588.9 nm e 589.6 nm Na 5889,5896 Å