1. COLEGIO SALESIANO DOM BOSCO
AL UNO(A): ....... N°
. .
~
SALESIANO ANO: 1° TURMA: . ENSINO MEDIO - TRIMESTRE: II
DOM BOSCO PROFESSOR(A)' . . .
APOSTILA DE QUIMICA
No~oes de espectroscopia
de luz visivel
1.. No~oes sabre ondas
1
Considere uma piscina em que a agua esteja em perfeito repouso e em cuja superficie
flutue um peda<;o de rolha de corti<;a.Com a ponta do dedo, alguem movimenta a rolha para
cima e para baixo, num movimento peri6dico. Sobre a superficie da agua Ira se formar uma
serie de circulos concentricos que parecem mover-se a partir do ponto em que esta a mlha.
Vma visao lateral mostrauma serie de eleva<;6es(chamadas de cristas) e depress6es (chama-
das de vales). Esse conjunto de cristas e vales se propagando constitui uma onda.
Sentido de
propaga.;:ao
da onda
Se houver outra rolha flutuando a uma certa distancia -ciaprimeira, notaremos que ela,
inicialmente em repouso, passara a oscilar para cima e para baixo sem se movimentar na dire-
<;aode propaga<;ao da onda.
Rolha cuja oscila.;:ao
e consequencia da
propaga.;:ao da onda
_.
Vma vez que essa segunda rolha nao se move na dire<;aode propaga<;ao da onda, concluf-
mos que a agua nao esta caminhando junto com a onda, ou seja, a onda nao transporta materia.
No entanto, 0 fato de essa rolha, inicialmente em repouso, passar a oscilar revela que a onda
transferiu energia para ela. Assim, podemos dizer que:

2. Onda e uma perturba<;ao que se propaga transportando energia, mas nao materia.
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Gutro exemplo de onda podeni ser observado se duas
pessoas segurarem as pontas de uma corda e uma delas
fizer oscilar a sua extremidade de maneira periodica.
As ondas na corda e na superffcie da agua podem ser
vistas par nos. Ha, por outro lado, outras ondas que nao
podem ser vistas, como e 0 caso do som e das ondas de
radio e televisao.
: fA Onda se propagando na superffcie da agua, provocada por
'onc;:a bebendo agua.
1~2Caracteristicas de uma onda
rodas as ondas, tern tres grandezas que as caracterizam: velocidade (v), freqiiencia (f) e
comprimento de onda (A).
Essas tres grandezas se relacionam por meio de uma formula que voce estudara com mais
detalhesno seu curso de Flsica:
Onda se propagando na corda com velocidade v
•
Comprimento
Movimento rftmico de sobe-e-desce. de onda (A)
Quanto maior 0 numero de
..••Dizer que a corda de um violino, colocada em
balanc;:adas corda por unidade de
na vibrac;:aopelo musico, emite uma onda sonora de
tempo, maior sera a freqiiencia (f) freqiiencia 440 Hz (Ie-se 440 hertz) significa dizer
da onda que se propaga na corda. que essa onda sonora produzida pelo instrumento
realiza 440 oscilac;:6es a cada segundo.

3. I A freqiiencia de uma onda e 0 numero de oscilac;6espor unidade de tempo.
A unidade mais comum usada internacionalmente para expressar a freqiiencia de uma
onda e 0 hertz, simbolizado por Hz, que equivale a uma ascila9aa par segundo.
1.3 Ondas eletromagneticas
As ondas numa corda necessitam de urn meio material para se prop agar, e esse meio e a
pr6pria corda. E 6bvio que, se nao houver corda, nao havera ondas. Uma situac;ao analoga
acontececom as ondas na superffcie da agua. Urn exemplo menos 6bvio e 0 do som. Ele conse-
gue propagar-se em s6lidos, Hquidos e gases. Contudo nao se propaga no vacuo, 0 que de-
monstra que ele, assim como as ondas na corda e na superficie da agua, depende de urn rneio
material para se prop agar.
Chamamos de ondas mecanicas aquelas ondas que, como 0 sorn,
necessitam de um meio material para se prop agar. Nao i'ie
propagam no vacuo.
Ja a luz, por sua vez, e urn tipo de onda que pode propagar-se no ar e
no vacuo. A luz e urn exemplo de onda eletromagnetica.
As ondas eletromagneticas sao aquelas que nao necessitam de urn
meio material para se propagar. Conseguem se propagar no vacuo. o som nao se propaga no
vacuo porque e uma onda
medinica
Qutros exernplos de ondas eletromagneticas sac as ondas de radio e
de teve, as microondas, os raios X, gama, infravermelhos e ultravioleta.
Todas as ondas eletromagneticas possuem a mesrna velocidade de prop a-
gaC;ao vacuo. Seu valor e 3,0 '108 m/s. No ar, essa velocidade e pratica-
no
mente a mesma.
Como a velocidade de todas as ondas eletromageticas e a me sma,
uitlizando a expressao v = 'A • f conclufmos que para elas 0 comprimento
de onda ('A) e a freqiiencia .(f)SaDinversamente proporcionais:
A velocidade e a
mesma para todas as A luz se propaga no vacuo
porque e uma onda
ondas Quanto menor 0 comprimento de onda,
eletromagnetica
eletromagneticas maior a freqiiencia, e vice-versa.
As ondas eletromagneticas diferern quanta a freqiiencia, que pode variar significativa-
mente de uma onda para outra. Q esquema abaixo mostra 0 espectro eletromagnetico e os
nomes aTtibufdos as suas varias ondas, dependendo da freqiiencia.

4. o ESPECTRO ELETROMAGNETICO.
Aseguir aparece um:~~quema do espectro eletroinagnetico, mostrando os diferentes nomes
dados as ondas.eletrorn:agneticas dependendo da freqiiencia.
Para cOl1lP~een~~r:'o~squema, lembre-se de que 104 significa 10.000, 106 significa 1.000.000, e
assim porcHa.Ilt~.•. ,',' , '
r;:t:r~
yrr- -..~n;;
I (~r J '
.•.•••
'qm'(-;."
Forno de
microondas
CUIDADOl
••
tv
Cui dado
=C-3-.-
~ c:.
Acentuado risco ,.~ ....
,
, ExplosOes nucleares
, de cancer de pele
,, e materiais radioativos
,,
,
Cornunicac;:ao ,
via satelite ,
,
,
,
, ,
: Forno e fogao - - - ~ Lampadas para Aparelhos para
_____________ ~. • .J
: : bronzeamento
I I
;- radiografias
, ~n:;' -,.
: i(= Comprimento de:onda (rn) :
I I
108 107 106 105 '10· 103 102 10' : 10-1 1O-21O-~ 10-4 1O-~1O~6 10~~ 10-08 10-9, 10~,(j1O~111O~121O-1~1O-1.1o-1510-16
1010 10" 10
12
Freqiiencia (Hz): '
, ,, ',
, ,
! ',,;~* .
1013 10'4 10'5 10'6 10'7 10'810'9 10201021 1 an 1023 1024
, , "I "
, ",
, ,
Parte visivel do espectro eletromagnetico (espectro visivel)
Frequencia (Hz) , '''i'i.~
,
Usos maritimos
e aeronauticos
Radio
AM
Radio FM
Radio maritimo, . , .~ , '
aeronautico e movel ~
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Canais deN
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~ Radio maritimo, aeronautico,
movel e faixa-cidadao
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"""•. =,-->~~~~ ~:
I I
6 7
10 10
Frequencia (Hz) ":'':i~

5. Voce pode estar se perguntando por que interrompemos 0 estudo do Momo para falar
sabre ondas. Acontece que, para continuarmos, precisamos ter a seguinte informa<;;ao: as on-
das eletromagneticas transportam energia e, quanto maior for a £reqiiencia da onda, maior
sera a energia transportada por ela*. ,
Observe atentamente 0 esquema do espectro eletromagnetico, em especial a parte que
mastra a luz visivel. Perceba que ha diferen<;;asna £reqiiencia das divers as ondas de luz visivel.
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1.. Espectros atomicos
4
Se a luz de uma lampada comum (de filamento incandescente) atravessar um prisma, ela
sera decomposta em varias cores, que sac popularmente conhecidas como arco-iris. Cientifica-
mente, 0 que se obtem e chamado de espectro da luz vlsivel.
Filme
Lampada
comum fotOgrafiCO~
Contudo, se repetirmos essa experiencia utilizando a luz proveniente de umq lampada de
gas (tubo de raios cat6dicos), nao obteremos 0 espectro completo. Apenas algumas linhas esta-
rao presentes, correspondendo somente a algumas freqiiencias das ondas de luz visivel. Essas'
linhas formam 0 espectro de linhas ou espectro atomico.

6. Alguns exemplos de espectros atomicos sac re rd'
ceber~as linhas obtidas dependem do elemento utilrz:~~nt,a. os.a segUlr. Com~ voce pode per-
fato e que acontece! E os cientistas da e dR' 9
E mtn ante por que lSS0acontece. 0
observac;6es. Coube a um cientista dinanfa~qC~ .eN.u~h~fhr°rdnao conseguiam explicar essas
A
es, le so, propor uma resposta
~d~ .
, . .•.
1
Frequeneia (Hz)
£. Representa<;:aode espee t ros atomleos (ou espeetros de linhas) obtidos co m a Iguns e Iementos.
A'
o modelo de Rutherford, proposto em 1911,apesar de esclarecer satisfato-
riamente os resultados da experiencia de dispersao de particulas aHa, possula
algumas deficil~ncias,como, por exemplo, nao explicar os espectros at6micos.
Em 1913, Niels Bohr propos urn outro modelo, mais completo, que conseguia
explicar 0 espectro de linhas.
Em seu modelo, Bohr incluiu uma serie de postulados (postulado e uma
afirma<;aoaceita como verdadeira, sem demonstrac;ao):
• as eh~tronsnos atomos movimentam-se ao redor do nucleo em trajet6rias
circulares, chamadas de camadas au niveis.
• Cada um desses roveis tem urn valor determinado de energia.
• Nao e permitido a urn eletron permanecer entre dois desses roveis.
• Um eletron pode passar de urn rovel para outro de maior energia, desde
que absorva energia externa (ultravioleta,luz vislvel, infravermelho etc.).
f!I, Foto do dinamarques
Quando isso acontece, dizemos que 0 eletron foi excitado e que ocorreu
Niels Bohr (1885-1962), uma transi<;aoeletronica (veja a ilustra<;ao esquematica @).
Premio Nobel em 1922.

7. • A transl<;av ae retorno do eletron ao nivel inicial se faz acompanhar da
liberac;ao de energia na forma de ondas eletromagneticas (veja a ilustra-
c;ao@), por exemplo, como luz visivel ou ultravioleta.
No retorno ao
A abson;:ao de
estado fundamental
energia excita
ocorre libera~ao
o eletron.
·,;
de energia.
I
Uma novidade relevante cia teoriade Bohr esta na afirmac;ao de a
~."
..
energia dos eletrons ser quantizada, isto e, ter apenas alguns
determinados valores. ""
" .
Utilizando a modelo de Bohr podem-se explicar os espectros atomicos. Primeiramente as
;eletronssao excitados na lampada de gas e, a seguir, ao retornarem aos niveis de men or ener-
~a, liberam energia na forma de luz. Como a cor da luz emitida depende da diferen~a de
energiaentre as niveis envolvidos na transic;ao (veja a ilustra~ao ©) e como essa diferen~a
yaria de elemento para elemento, a luz apresentara cor caracteristica para cad a elemento qui-
.mico.0 modelo atomico de Rutherford, modificado par Bohr, e tambem conhecido como mo-
,'delo de Rutherford-Bohr.
Retorno do Representa~ao dos nfveis de energia
eletron excil,lclo e das transic;:6es eletr6nicas
13r
is
:~~~~:: I
=1-~: ... "
I IVV'~ ~--. ::>
·t - -
~ Cores .;
~!
2° nfvel / diferentes
::;
w 12 /llvel ~
Representac;:ao de espectro de Iinhas
(cada linha corresponde
a uma transic;:aol
ANALOGIAS PARA A QUANTIZAC;AO
z 0..",-",'
w~. .~
... ~" 0'<'>'
~ ~~- ',. :.....•
Pessoa parada Pessoa parada
w
""
numa rampa numa escala
~
al
::>
, ;:;Ospes de uma pessoa parada numa rampa poliem estar· ~qua1qtier." 1. Asb~ia~~~b' ~~ndida;de'f~rma
"•.•
•' TaJtura do solo (no minima zero e no maximo a altura da rampa). . "
" .. qu~ntizada:>fbala,2balas, 3 balas,
lt~~:::~:~F<"';: . . _ ", ' 4balasetc.Valores como 2,34 balas
, ~;:Jaas pes de uma pessoa parada numa escada podem apresentar ape- ou 4,98 baIas nao sac oferecidos
: ;-:nas alguns valores de altura em rela<;aoao solo. . ' pelo vendedor.

8. Algumas aplica~oes do -:nodelo
de Bohr ' .
31111 Interpreta~ao da cor no teste
da chama Colo"O'o I."oj' ~_
Considere a seguinte experiencia: na ponta de urn fio de platina coloca~se ~ .,. / '" ---
umapequena amostra de cloreto de s6dio (NaCl) e leva-se a cha:na de ~ blCO 11 "" ~
';, Fio de~;'atina com
de Bunsen, segurando-o com urn pregador de madeira para nao se quermar. ,~ uma argollnha na
A observa<;aomacrosc6pica que se faz e que a chama, inicialmente azul i ponta, contendo
bem clara, quase transparente, adquire urna intensa color~<;~olaranja. R~petin- ",'. composto de s6dio
" ':j~i'
do-seesse procedimento, porem utilizando brometo ~e sodio ~aBr) oU.lOdeto ~
desodio (NaI), tambem se observa que a chama adqwre colora<;aolaranJa. Bica de Bunsen
Como 0 fio de platina levado it chama sem a presen<;ado sal nao produz colora<;aona chama,
isso parece indicar que 0 s6dio deve ser 0 responsavel pela colora<;ao.De fato, ao repetir esse proce-
dimento com sais de alguns outros elementos metalicos, percebe-se que cada urn deles produz
urna cor caracterfstica ao ser submetido it chama (veja a tabela 1).
'T'A~i0tJ~: emitidas pelos atomos de alguns elementos no teste da chama
Cores
Elemento Cor Elemento
S6dio Laranja Bario
Potassio Violeta Cobre Azul-esverdeada
CaIcio Vermelho-tijolo Cesio Azul-clara
Estroncio Vermelho-carmim
o procedimento que descrevemos e conhecido como teste da chama. Ele teve importancia
hist6rica como um dos testes empregados na detec<;ao de certos elementos em amostras de
minerais. (Atualmente ha tecnicas bem mais modernas, algumas das quais se baseiam em prin-
dpios cientificos relacionados ao teste da chama.)
[I
~~
A cor no teste da chama e urna caracteristica do elemento analisado.
Como explicar 0 aparecirnento de cor caracteristica no teste da chama? Segundo 0 modela '
de Bohr, quando os atomos de sodio sao colocados na chama, 0 calor excita os elt~trons, ista e, .
faz com que passem para niveis de maior energia. Ao voItarem aos niveis iniciais, liberam
energia na forma de luz.
Observe 0 espectro at6mico do s6dio:
Boo- Representa~ao do
espectro atomico do s6dio.
Como voce pode perceber, a luz emitida pelos eletrons do s6dio ao voltarem para niveis
de menor energia e laranja, exatamente a cor que vemos no teste da chama ao usar 0 s6dio.
Veja, agora, 0 espectro de linhas do estr6ncio:

9. Quando ,Homos de estroncio SaDsubmetidos ao teste da chama, eles emitem uma mis-
tura de todas as cores que aparecem nesse espectro. Tal mistura e percebida pela visao hu-
mana como urn vermelho-carmim. Urn elemento quimico tern suas linhas coloridas caracterfs-
ticas no espectro atomico. Da mesma maneira, ele tera sua cor caracterfstica ao ser submetido
ao teste da chama.
3m3 ~uminosos e lampada$
. O~ ~uminosos de neonio e as lfunpadas de vapor de sodio au mercurio sao
~ISP?SltiVOSaseados no tuba de raios catodicos (pagina 114).Neles, ha uma subs-
b
t~Cla no esta~o gas~so (gas_neOni?,vapor de sadio e vapor de mercurio, respec-
tivamer:te), cUJoseletrons sao eXCltadospor a<;aoda corrente eJetrica. Quando
esses eletrons retornam, ha a emissao de luz.
Nos l~o~os de.gas neonio, a luz emitida e vermelha, e, nas lampadas de
vapor de S?dlO,e laranJa. Nas lampadas de vapor de mercUrio, tambem conheci-.
d~s como l.ampadas flu~re~ce~:es,ha libera<;aode quantidade apreciavel de radia-
<;aoultravI,?le:a, que ~ao e visivel. A pintura que reveste tais lampadas contem.
uma ~ubstancia especIal (denominada fluorescente), que absorve tal radia<;aoe
reemite luz branca, visivel.

10. ·FLUORESCENCIA E FOSFORESCENCIA
Alguns 1TIat~riais,quando absory~m radiaao ultravioleta ou outras formas de radiaao,
emitein de volta luz visiveh
EsseJenomeno echamado genericamente de luminesd~ncia. Quando a emissao. ocorre
imediatamenteapos a incidencia da radiaao ultravioleta, 0 fenomeno e chamado de
fluor~sc~ncia;se, par outro lado,a emissao demorar alguns segtmdosou ate mesmo al-
gumashoras, chamamos de fosforesd~ncia. Os interruptores de luz eos ponteiros de
relogio que brilham no escuro baseiam-se na fosforescencia.
~ as rel6gios feitos de material
fosforescente sao visiveis no eSCUfO
grac;as ao retorno gradual dos eletrons
excitados durante 0 tempo em que 0
dispositivo esteve iluminado.
A palavra laser vem do ingles light amplification by stimulated emission of
radiation, que significa "amplificaao da luz por emissao estimulada de radia-
hud"
ao". 0 mais simples, e mais antigo, dos aparelhos desse tipo e 0 laser de rubi. ll1CL]('st,lvel
o rubi e urn solido de formula Al203 contendo pequenas quantidades de
fans Cr3+, responsaveis pela sua cor vermelha caracteristica. No laser de rubi,
eletrons dos ions Cr3+ sac excitados atraves de uma lampada tipo flash. Na
volta, esses eletrons ficam presos num nivel energetico intermediario (chama-
do de estado metaestrivel) onde podem permanecer alguns segundos.
Par meio de urn artiffcio, esses eletrons sac forados a retomar simulta-
neamente para 0 estado fundamental, num processo denominado emissiio esti- J!i>. Esquema que mostra um dos
processos de emissao de luz em um
mulada de radiar;iio. Atraves dela, pode-se obter urn feixe de luz de alta intensi- laser.
dade e de fr~qi.ienciabem definida, chamado de luz laser.
A A luz laser possui larga aplicac;ao A Leitores ("players") A Tratamento ocular de retinopatia causada
em pequisa, na industria, na medicina, de CD, CD-ROM e DVD pela diabetes.
no entretenimento. Na foto, laser utilizam a luz laser.
em laborat6rio de pesquisa.

11. 3.. Bioluminescencia:
5 a luz emitida
pelos vaga-Iumes
Alguns seres vivos possuem urn interessante mecanismo em seu organismo: rea<;:6es qui-
micasutilizam a energia (proveniente dos alimentos) para excitar eletrons de atomos de deter-
minadas moleculas. Quando os eIetrons voltam ao estado fundamental, ha enussao de luz.
Essefenomeno e chama do de bioluminescencia.
o caso mais conhecido de bioluminescencia e 0 dos vaga-Iumes (ou pirilampos). Ha eviden-
ciasde que eles utilizam os sinais luminosos para se comunicar com os parceiros do sexo oposto.
A emissao de luz tern, portanto, finalidade relacionada ao acasalamento dos vaga-Iumes.
Ha outras especies de seres vivos, como, por exemplo, alguns fungos, vermes e cnidarios,
que tambem apresentam bioluminescencia. Porem os cientistas ainda nao esclareceram, em
muitos casos, qual 0 papel que ela desempenha na vida desses organismos.
~ Os qufmicos ja
conseguiram
reproduzir em
laboratorio as
rea~6es de
bioluminescencia,
como, par exemplo,
}~ Vaga-Iumes emitem luz A Cogumelo bioluminescente a noite, em aquelas
por meio da f1aresta tropical da Costa Rica.
responsaveis pel a
bioluminescencia.
luz emitida pelos
vaga-Iumes.