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Biblioteca de Química
Curso: Biblioteca de Química > Unidade 17
Lição 4: Espectroscopia- Introdução à espectroscopia
- Transições eletrônicas e energia
- Exemplo resolvido: cálculo do máximo comprimento de onda passível de ionização
- Espectrofotometria e a lei de Lambert–Beer
- Exemplo resolvido: cálculo da concentração por meio da lei de Lambert–Beer
- Espectroscopia e o espectro eletromagnético
- Transições eletrônicas em espectroscopia
- Lei de Lambert-Beer
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Transições eletrônicas e energia
As transições eletrônicas ocorrem em átomos e moléculas devido à absorção ou emissão de radiação eletromagnética (normalmente, radiação UV ou visível). A mudança de energia associada a uma transição é relacionada à frequência da onda eletromagnética pela equação de Planck, E = h𝜈. Por sua vez, a frequência da onda é relacionada ao seu comprimento de onda e à velocidade da luz pela equação c = 𝜆𝜈. Versão original criada por Sal Khan.
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Transcrição de vídeo
RKA10C Bem-vindos a mais uma aula
da Khan Academy Brasil! Nesta aula, vamos falar
sobre elétrons excitados. Vamos observar as duas maneiras
como os elétrons podem ser excitados. Vamos ver que podemos excitá-los
para níveis de energia mais elevados e pensar sobre o que acontece
quando eles ficam fracos, o que ocorre quando voltam para
níveis de energia mais baixos. Para entendermos isso, vamos começar
com um átomo simples de hidrogênio. Este é o mais simples
que conhecemos. Vamos pensar sobre a versão de
um hidrogênio que normalmente vemos: o isótopo que só tem
um próton em seu núcleo, e normalmente terá um elétron
se for um átomo de hidrogênio neutro. Ele estaria normalmente
em seu estado fundamental se ainda não estivesse excitado. Então, o elétron estará
na primeira camada, mas pode ser excitado
e pular para outras camadas, pode ir para a segunda camada,
a terceira ou a quarta camada. Sabemos que os elétrons
não orbitam o núcleo, eles têm propriedades tanto
de partícula quanto de onda, e são como uma função
de densidade de probabilidade de onde você pode encontrá-los. Esses níveis de energia estão associados a densidades
de probabilidade de várias energias. Mas esta é a aparência
de um elétron se estivermos pensando apenas
em um átomo de hidrogênio neutro, em que o elétron está
em seu estado fundamental. Digamos que estamos lidando
com um átomo de hidrogênio em que o elétron
já foi excitado e em vez de estar na primeira camada já está na segunda camada, bem aqui. Se atingirmos este elétron com um fóton,
que o excita ainda mais... Esta luz tem um comprimento
de onda de 486 nanômetros. Quando pensamos nela como uma partícula,
pensamos nela como um fóton, mas vou fazê-la assim. Sabemos que o fóton que a atinge com um comprimento
de 486 nanômetros tem energia suficiente
para excitar este elétron. Neste caso, o elétron
passa de “n” igual a 2, da segunda camada,
para a quarta camada, e então irá absorver
este fóton. Mas depois de algum tempo
este elétron bem aqui, o elétron excitado, pode voltar da quarta camada
para a segunda camada. Quando isso acontecer, ele emitirá
um fóton do mesmo comprimento de onda: de 486 nanômetros
de comprimento de onda. Agora, estamos começando a entender
que fótons com a energia certa podem excitar um elétron para se mover
por uma camada ou mais camadas. Quando falamos de mecânica quântica,
levamos em consideração o fato de que os fótons
precisam de uma certa quantidade de energia para serem
capazes de excitar o elétron, para que ele consiga passar
para o próximo nível de energia ou até outro nível
de energia depois. O mesmo acontece quando
o elétron está emitindo energia. Ele não pode ficar em um lugar entre
o terceiro e o quarto nível de energia. O elétron simplesmente
não consegue fazer isso. Ele tem esses estados quânticos
e vai estar no quarto, no terceiro, no segundo
ou no primeiro, não existe uma terceira
camada e meia. Com base nisso,
podemos determinar a diferença de energia
entre essas camadas. Essa diferença é essencialmente
a energia do fóton que o elétron emitiu quando
saiu da quarta camada de energia para a segunda camada. Para descobrir a energia deste fóton, vamos usar algumas fórmulas
úteis na mecânica quântica. Primeiro, é quando a energia
é igual à constante de Planck vezes a frequência. O que parece ser a letra “v”, na verdade, é uma letra grega:
a letra grega minúscula "ν". Isso é o que normalmente
usamos para frequência, especialmente quando estamos falando
sobre frequências de coisas como a luz. Sabemos como converter a frequência
em comprimento de onda, porque vemos que
a velocidade da luz é igual a qualquer comprimento
de onda dessa luz vezes a frequência dessa luz. Então, como poderíamos calcular
a energia de um fóton de 486 nanômetros
de comprimento de onda? Poderíamos pensar
sobre isso desta forma: podemos, primeiro, determinar
a frequência usando c = λ vezes ν. Vou escrever isso. Sabemos que a velocidade da luz é igual ao comprimento de onda
vezes a frequência dessa luz. Se soubermos o comprimento de onda, podemos descobrir a frequência
dividindo os dois lados por λ. Vamos fazer isso. Se dividirmos os dois lados por λ,
obtemos que a frequência da luz será igual à velocidade da luz dividida
pelo comprimento de onda da luz. Lembre-se que temos
o comprimento de onda da luz: são 486 nanômetros. E então você poderia
pegar isso e substituir de volta na equação de Planck. Vou escrever que
a energia será igual à constante de Planck
vezes a frequência. Sabemos a frequência aqui,
então será igual à constante de Planck vezes a velocidade da luz dividida
pelo comprimento de onda da luz. Posso escrever
486 vezes 10⁻⁹ metros. Um nanômetro é um bilionésimo
de um metro. Então, podemos apenas pegar
a nossa calculadora. Sabemos qual
é a constante de Planck, sabemos qual
é a velocidade da luz... Nossa resposta terá apenas
duas casas decimais. A constante de Planck é 6,626, vezes 10⁻³⁴ joules por segundo... Vou escrever isso, 10⁻³⁴. E vou multiplicar pela velocidade da luz, 2,998, vezes 10⁸ metros por segundo. Então, vou dividir o resultado
por 486 vezes 10⁻⁹. E o resultado é este. Se arredondarmos,
isso será 4,09 vezes 10⁻¹⁹. A constante de Planck
aqui é dada em joules: 4 vezes 10⁻¹⁹ joules. Isso nos diz que a diferença
nesses níveis de energia é a energia deste fóton, que tem comprimento de onda
de 486 nanômetros. Esta energia é 4,09 vezes 10⁻¹⁹ joules. Terminamos a nossa aula.
Até a próxima!