O espectro eletromagnético
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O espectro eletromagnético Adaptado de http://blogs.edf.org/climate411/wp-content/files/2007/07/ElectromagneticSpectrum.png Nossa Fonte de Luz: o Sol http://osoleasaude.blogspot.com/2007/05/radiao-solar.html 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 ~ 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 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 http://sirius.bu.edu/withers/teaching/as101_summer1_2006/mychapter05.ppt 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 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 AR GÁS 1 – válvula fechada 2 – válvula semi-aberta 3 – válvula quase totalmente aberta 4 – válvula aberta 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 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. Fraunhofer: espectro de cada estrela poderia fornecer sua composição química (“impressão digital“)? Espectro luminoso e composição química da atmosfera de um gigante exoplaneta, que gira em torno de uma estrela normal, comparável ao Sol. Janeiro de 2010 http://www.apolo11.com/spacenews.php?posic=dat_20100115-192511.inc Descoberta do Infravermelho (IR) Herschell: região espectral acima da cor vermelha fornece uma grande potência calorífica – região infravermelha. Descoberta do Ultravioleta (UV) Ritter: região espectral abaixo da cor violeta é capaz de reduzir melhor a prata – região ultravioleta. http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/classroom_activities/ritter_example.html Deslocamento para o Vermelho (redshift) Fizeau: movimento de uma estrela afeta a posição das linhas no seu espectro. Hubble: universo está em expansão. O Espectroscópio Análise Espectral Lâmpada incandescente gás quente gás frio rede de difração espectro contínuo espectro de emissão espectro de absorção Adaptado de http://www.apolo11.com/espectro.php Novo Método Científico: Espectroscopia Bunsen e Kirchhoff: análise espectral dos elementos químicos; análise química; descobrimento de novos elementos. Espectro de Elementos Químicos H N O C Ar Fe Modelo Atômico 6 prótons + 6 nêutrons Bohr: elétrons orbitam em torno do núcleo (constituído de prótons e nêutrons), em órbitas estáveis e de energias bem definidas. elétron próton nêutron átomo de carbono 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 = E2-E1 Interação da luz com a matéria fóton Fóton: velocidade c (m/s) frequência (Hz ou s-1) comprimento de onda (m) energia E (J) e se relacionam: c A energia do fóton será: E h h estado fundamental fóton estado excitado c 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 108 m/s (veloc. da luz); h = 6.624 x 10-34 J/s (const. de Planck) Átomo de Hidrogênio – Espectro Visível Algumas Séries do Átomo de Hidrogênio série de Balmer limite de ionização estado fundamental Adaptado de http://www.astrogeo.va.it/astronom/spettri/teoria/idrogeno.jpg Átomos mais Complexos Hg Moléculas Energias: translacional, rotacional, vibracional Os diversos estados (fundamental, excitado) apresentam uma grande quantidade de níveis de energia permitidos. Adaptado de http://www.forbrf.lth.se/fileadmin/forbrf/images/Utbildning/Molekylfysik_eng.jpg Níveis de Energia em Moléculas Transições e suas Regiões Espectrais
