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INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
COM A MATÉRIA1
1. Conceitos fundamentais
Radiação eletromagnética é um tipo de ene...
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Nem todas as interações entre radiação eletromagnética e matéria podem ser
explicadas em termos de uma simples teoria da...
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Etotal = Eeletrônica + Evibracional + Erotacional (4)
A quantidade de energia que uma molécula possui em cada uma das fo...
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A primeira formulação matemática relacionando transmitância da luz com
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Na prática, a medida do coeficiente de extinção também depende parcialmente das
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Atividade01

  1. 1. 1 INTERAÇÃO DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA COM A MATÉRIA1 1. Conceitos fundamentais Radiação eletromagnética é um tipo de energia que interage com a matéria em uma grande variedade de maneiras e, portanto é de grande importância em química. A fim de entender a natureza dessas interações, alguma familiaridade com as propriedades da energia radiante é necessária. A radiação eletromagnética ou energia radiante não é facilmente caracterizada, possui algumas propriedades consistentes com a teoria das ondas, porém possui outras propriedades que a faz com que se comporte como partícula. Radiação eletromagnética pode ser considerada como uma combinação de corrente elétrica alternada e campo magnético que percorre através do espaço com um movimento de onda. Devido a radiação atuar como uma onda, ela pode ser classificada tanto em termos de comprimento de onda como de freqüência, as quais estão relacionadas pela seguinte equação: v = c/λ (1) onde: v = freqüência em segundos-1 (s-1 ); c = velocidade da luz (3 x 10-8 m s-1 ); λ = comprimento de onda em metros (normalmente em nm = 10-9 m). 1 Arquimedes Lavorenti. Professor Associado do Depto. de Ciências Exatas, ESALQ/USP, Caixa Postal 9, 13418-900 – Piracicaba – SP. E-mail: alavoren@carpa.ciagri.usp.br – Publicação Destinada ao Ensino de Ciências - Química - 28/3/2002
  2. 2. 2 Nem todas as interações entre radiação eletromagnética e matéria podem ser explicadas em termos de uma simples teoria das ondas. Um entendimento de certas interações requer que a radiação seja visualizada como uma partícula ou um pacote de energia denominada de fóton. A energia de um fóton associada com a radiação eletromagnética é definida pela seguinte equação: E = h v (2) onde: E = energia em joules (J); h = constante de Planck (6,62 x 10-34 J s). Uma vez que freqüência e comprimento de onda são inversamente proporcionais, a energia de um fóton é descrita em termos de comprimento de onda pela equação: E = h c/λ (3) Tentando usar simultaneamente as características de onda e partícula, a radiação eletromagnética pode ser considerada como sendo pequenos pacotes de energia se movendo no espaço na forma de onda. Através das equações acima, verifica-se que as radiações com menores comprimentos de onda possuem maior energia. Quando a radiação interage com a matéria, um certo número de processos pode ocorrer, incluindo reflexão, espalhamento, absorção, fluorescência/fosforescência (absorção e re- emissão), e reações fotoquímicas (absorção e quebra de ligações químicas). Como a luz é uma forma de energia, absorção de luz pela matéria faz com que a quantidade de energia das moléculas (ou átomos) aumente. A energia potencial total de uma molécula é representada geralmente como a soma de suas energias eletrônica, vibracional e rotacional:
  3. 3. 3 Etotal = Eeletrônica + Evibracional + Erotacional (4) A quantidade de energia que uma molécula possui em cada uma das formas não é contínua mas uma série de níveis discretos ou níveis de estado. As diferenças de energia entre os diferentes estados são na seguinte ordem: Eeletrônica > Evibracional > Erotacional Em algumas moléculas e átomos, luz tem energia suficiente para ocasionar transições entre os diferentes níveis eletrônicos de energia. O comprimento de onda da luz absorvida é aquele que tem energia suficiente para mover um elétron de um nível inferior de energia para um nível superior de energia. Para transições eletrônicas, a diferença de energia entre o estado fundamental e o estado excitado é relativamente grande. Portanto, a absorção de energia e o retorno para o estado fundamental são processos rápidos, e o equilíbrio é alcançado muito rapidamente. Assim, uma simples relação linear entre absorbância e concentração e a relativa facilidade de medida da luz têm feito com que a espectroscopia seja a base de vários métodos analíticos quantitativos. 2. Leis da absorção de radiação Quando luz passa através de uma amostra ou quando ela é refletida de uma amostra, a quantidade de luz absorvida é a diferença entre a radiação incidente (I0) e a radiação transmitida (I). A quantidade de luz absorvida é expressa tanto como transmitância ou absorbância. Transmitância é dada normalmente em termos de uma fração da radiação transmitida (I) ou como uma percentagem e, é definida como: T = I/I0 ou %T = (I/I0) 100 (5) A absorbância é definida como: A = - log T (6)
  4. 4. 4 A primeira formulação matemática relacionando transmitância da luz com concentração de uma substância foi atribuída a Lambert em 1760, embora tenha sido comentado que Bouguer já tenha verificado este efeito em 1729: T = I/Io = e-kb (7) onde: T = transmitância; I = intensidade incidente; Io = intensidade transmitida; e = base do logarítmo natural; k = constante; b = comprimento do percurso (cm). A lei de Beer é idêntica à lei de Bouguer, exceto que está relacionada com a concentração. A quantidade de luz absorvida é proporcional ao número de moléculas que absorvem através da passagem da luz. Combinando as duas leis resulta na lei de Beer-Bouguer-Lambert: T = I/I0 = e-kbc (8) onde: c = concentração das espécies absorvedoras (expresso normalmente em g L-1 ou mg L-1 ). Esta expressão pode ser transformada de uma maneira linear aplicando logaritmo, ficando da seguinte forma: A = - log T = - log (I/I0) = log (I0/I) = εbc (9) onde: ε = absorção molar ou coeficiente de extinção. Esta expressão é conhecida normalmente como lei de Beer. O coeficiente de extinção ou absortividade molar (ε) é característico de uma dada substância sob uma série de condições exatamente definidas, tais como comprimento de onda, solvente, e temperatura.
  5. 5. 5 Na prática, a medida do coeficiente de extinção também depende parcialmente das características do instrumento utilizado. Por esta razão, valores pré-determinados para o coeficiente de extinção, não são usados normalmente em análises quantitativas. Em seu lugar, é feita uma curva de calibração da substância que vai ser analisada, usando uma ou mais soluções padrões com concentrações conhecidas do analito.

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