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CEFET Química-RJ

CEFET QUÍMICA RJ – Análise Instrumental - apostila de espectrofotometria molecular

1. INTRODUÇÃO

2. PROPRIEDADES ONDULATÓRIAS E CORPUSCULARES DA LUZ

3. A INTERAÇÃO DA LUZ COM A MATÉRIA

4. COMO E PARA QUE MEDIR A ABSORÇÃO DE LUZ

5. A LEI DE LAMBERT-BEER

6. A CURVA DE CALIBRAÇÃO EM ESPECTROFOTOMETRIA

7. O MÉTODO DA ADIÇÃO-PADRÃO EM ESPECTROFOTOMETRIA

8. ANÁLISE DE MISTURA DE CROMÓFOROS

9. DESVIOS DA LEI DE BEER 10.BIBLIOGRAFIA

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1. INTRODUÇÃO

Os métodos óticos são os métodos que empregam a luz, ou melhor, as propriedades da interação da luz com a matéria, para fazer a análise qualitativa e quantitativa das substâncias. Nos tópicos que se seguem, serão examinados basicamente os fenômenos de absorção da energia luminosa. Começar-se-á por um breve resumo das propriedades da luz, de acordo com a Física atual, a seguir as diferentes formas de interação que provocarão diferentes fenômenos na estrutura molecular e, por fim, a definição das técnicas e equações matemáticas que possibilitam a realização de análises quantitativas.

Essa última parte (a análise quantitativa) é a principal ênfase do curso. Os tópicos iniciais são para dar o suporte teórico para o entendimento de porque e como a matéria absorve luz.

2. PROPRIEDADES ONDULATÓRIAS E CORPUSCULARES DA LUZ

Atualmente matéria e energia não são consideradas entidades distintas e se interconvertem uma na outra, de acordo com a equação de Einstein: E = mC2 . Mas é mais do que isso. É como se matéria e energia fossem duas faces da mesma moeda. Medem-se o comprimento de onda e a freqüência (propriedades ondulatórias) de partículas como elétron, próton ou nêutron. Do mesmo modo, a luz é um conjunto de partículas se deslocando no espaço (fótons) com comprimento de onda e freqüência. O que caracteriza a energia luminosa é a energia dos fótons, determinada pelo comprimento de onda (-lâmbda) e freqüência (-ni), pois a velocidade (outro parâmetro de energia) dos diversos fótons é a mesma e constante em cada meio.

A luz é dita onda eletromagnética porque na Física clássica ela foi descrita como uma oscilação de um campo elétrico e de um campo magnético se propagando no espaço. Essa aproximação permite calcular vários fenômenos ondulatórios e, paradoxalmente, a energia das partículas de luz:

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A energia de um trem de ondas é proporcional à freqüência, pois quanto maior o número de ondas que passam por segundo (maior freqüência, ), maior a energia transportada. Do mesmo modo, se a velocidade é a mesma, quanto maior a distância entre as ondas (o comprimento de onda,

), menor a freqüência e menor a energia. Se pode ser expressa como c (velocidade da luz) dividida por , teremos:

E é energia e h é a constante de proporcionalidade (constante de Planck). Essa é a energia da partícula (um fóton) de luz. A energia do conjunto de fótons se deslocando no espaço seria dada por E = Nh, onde "N" seria o número de fótons.

3. A INTERAÇÃO DA LUZ COM A MATÉRIA

A teoria quântica, modelo atual da estrutura química, informa que os níveis de energia dos elétrons em átomos neutros são quantizados, isto é, os elétrons assumem estados discretos1 de energia e só passam de um nível de energia para outro se receberem uma quantidade exata. Essa energia pode ser muito alta, e fazer com que o elétron saia da estrutura atômica e o átomo neutro se torne um íon. A partir desse limite, que é a energia de ionização, o átomo neutro passa a poder receber qualquer quantidade de energia e não mais "pacotes discretos". Cada elemento químico tem estrutura eletrônica e níveis de energia diferenciados, tem uma energia de ionização característica e absorve uma série diferente de "pacotes discretos"2:

1Discreto, nesse caso, quer dizer uma energia fixa e definida em cada nível. 2 A unidade de absorção no espectro, absorbância, será explicada mais adiante.

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Espectro de Absorção do Vapor de Sódio

Absorbância

Como será nas moléculas, em que os elétrons estabelecem ligações químicas? Uma molécula tem movimento rotacional e vibracional (a ligação química vibra em torno do comprimento médio). Esse movimento é quantizado e ela não gira nem vibra em qualquer velocidade. Os níveis de energia rotacionais e vibracionais também dependem da estrutura molecular. Existem estados rotacionais discretos, estados vibracionais discretos e mesmo estados eletrônicos discretos, antes que o elétron seja ejetado e a ligação química se rompa. A partir da energia de ionização da molécula qualquer quantidade de energia pode ser absorvida.

Esquema dos níveis de energia na molécula: A-nível eletrônico, B-nivel vibracional, traços finos-nível rotacional. Os fótons de uma determinada freqüência podem ser absorvidos, se eles estiverem

"sintonizados" na freqüência que fornece a energia necessária para a transição de um estado rotacional para outro, ou de um estado vibracional para outro, ou de um estado eletrônico para outro numa determinada molécula. Outras possibilidades são:

A transição de um estado eletrônico para outro estado eletrônico, acompanhada também de uma modificação no estado vibracional original.

A transição de um estado vibracional para outro, acompanhada também de uma modificação no estado rotacional original.

A transição de um estado eletrônico para outro acompanhada de modificações no estado vibracional e também no rotacional.

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