Qual é o espectro de emissão? (Com exemplos)

O espectro de emissão é o espectro de comprimento de onda da luz emitida por átomos e moléculas ao fazer uma transição entre dois estados de energia. A luz branca ou visível que afeta um prisma se divide em cores diferentes, com comprimentos de onda específicos para cada cor. O padrão de cores obtido é o espectro visível de radiação da luz chamado espectro de emissão.

Átomos, moléculas e substâncias também possuem um espectro de emissão devido à emissão de luz quando absorvem a quantidade certa de energia externa para viajar entre dois estados de energia. Quando essa luz passa através de um prisma, ela se decompõe em linhas espectrais coloridas com diferentes comprimentos de onda característicos de cada elemento.

A importância do espectro de emissão é que ele permite que a composição de substâncias desconhecidas e objetos astronômicos seja determinada através da análise de suas linhas espectrais usando técnicas de espectroscopia de emissão.

A seguir, é explicado o que é e como o espectro de emissão é interpretado, alguns exemplos são mencionados e as diferenças existentes entre o espectro de emissão e o espectro de absorção.

O que é um espectro de emissão?

Os átomos de um elemento ou substância possuem elétrons e prótons que se mantêm unidos graças à força da atração eletromagnética. De acordo com o modelo de Bohr, os elétrons são organizados de tal maneira que a energia do átomo é a mais baixa possível. Este nível de energia é chamado estado fundamental do átomo.

Quando os átomos adquirem energia de fora, os elétrons se deslocam para um nível de energia mais alto e o átomo muda seu estado fundamental para um estado excitado.

No estado excitado, o tempo de permanência do elétron é muito pequeno (± 10-8 s) (1), o átomo é instável e retorna ao estado fundamental, passando, se necessário, por níveis intermediários de energia.

Qual é o espectro de emissão? (Com exemplos) 1

Figura 1. a) Emissão de um fóton devido à transição do átomo entre o nível de energia de excitação e o nível de energia fundamental. b) emissão de fótons devido à transição do átomo entre níveis intermediários de energia.

No processo de transição de um estado excitado para um estado fundamental, o átomo emite um fóton de luz com energia igual à diferença de energia entre os dois estados, sendo diretamente proporcional à frequência ve inversamente proporcional ao seu comprimento de onda λ.

O fóton emitido é mostrado como uma linha brilhante, chamada linha espectral (2) , e a distribuição espectral de energia da coleção de fótons emitidos nas transições do átomo é o espectro de emissão .

Interpretação do espectro de emissão

Algumas transições do átomo são causadas pelo aumento da temperatura ou pela presença de outras fontes externas de energia, como um feixe de luz, uma corrente de elétrons ou uma reação química .

Se um gás como o hidrogênio for colocado em uma câmara a baixa pressão e uma corrente elétrica passar através da câmara, o gás emitirá uma luz de sua própria cor que o diferencia de outros gases.

Ao passar a luz emitida, através de um prisma, em vez de obter um arco-íris de luz, unidades discretas são obtidas na forma de linhas coloridas com comprimentos de onda específicos , que transportam quantidades discretas de energia.

As linhas de espectro de emissão são únicas em cada elemento e seu uso da técnica de espectroscopia permite determinar a composição elementar de uma substância desconhecida, bem como a composição de objetos astronômicos, analisando os comprimentos de onda dos fótons emitidos durante a transição do átomo.

Diferença entre o espectro de emissão e o espectro de absorção.

Nos processos de absorção e emissão, o átomo tem transições entre dois estados de energia, mas é na absorção que ele obtém energia do exterior e atinge o estado de excitação.

A linha de emissão espectral é oposta ao espectro contínuo de luz branca. No primeiro, a distribuição espectral é observada na forma de linhas brilhantes e no segundo, uma faixa contínua de cores.

Se um feixe de luz branca atingir um gás como o hidrogênio, fechado em uma câmara a baixa pressão, apenas uma parte da luz será absorvida pelo gás e o restante será transmitido.

Quando a luz transmitida atravessa um prisma, ela se decompõe em linhas espectrais, cada uma com um comprimento de onda diferente, formando o espectro de absorção de gás.

O espectro de absorção é totalmente oposto ao espectro de emissão e também é específico para cada elemento. Ao comparar os dois espectros do mesmo elemento, observa-se que as linhas de emissão espectral são aquelas que estão ausentes no espectro de absorção (Figura 2).

Qual é o espectro de emissão? (Com exemplos) 2

Figura 2. a) Espectro de emissão eb) Espectro de absorção (Autor: Stkl. Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page)

Exemplos de espectros de emissão de elementos químicos

a) As linhas espectrais do átomo de hidrogênio, na região visível do espectro, são uma linha vermelha de 656,3 nm, um azul claro de 486,1 nm, um azul escuro de 434 nm e um violeta muito fraco de 410 nm. Esses comprimentos de onda são obtidos a partir da equação de Balmer-Rydberg em sua versão moderna (3).

é o número da onda da linha espectral

é a constante de Rydberg (109666,56 cm-1)

é o mais alto nível de energia

é o mais alto nível de energia

Qual é o espectro de emissão? (Com exemplos) 3

Figura 3. Espectro de emissão de hidrogênio (Autor: Adrignola. Fonte: commons.wikimedia.org

b) O espectro de emissão de hélio possui duas séries de linhas principais, uma na região visível e outra próxima ao ultravioleta. Peterson (4) utilizou o modelo de Bohr para calcular uma série de linhas de emissão de hélio na parte visível do espectro, como resultado de várias transições simultâneas de dois elétrons para o estado n = 5, e obteve valores de comprimento de onda consistente com os resultados experimentais. Os comprimentos de onda obtidos são 468,8 nm, 450,1 nm, 426,3 nm, 418,4 nm, 412,2 nm, 371,9 nm.

c) O espectro de emissão de sódio possui duas linhas muito brilhantes de 589nm e 589,6nm chamadas linhas D (5) . As outras linhas são muito mais fracas que essas e, para fins práticos, toda luz de sódio é considerada proveniente das linhas D.

Referências

  1. Medição das vidas úteis dos estados excitados do átomo de hidrogênio. VA Ankudinov, SV Bobashev e EP Andreev. 1, 1965, Física Soviética JETP, Vol. 21, pp. 26-32.
  2. Demtröder, W. Spectroscopy Laser 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
  3. DKRai, SN Thakur e. Átomo, laser e espectroscopia. Nova Deli: Phi Learning, 2010.
  4. Revisitado por Bohr: Modelo e linhas espectrais de hélio. Peterson, C. 5, 2016, Journal of young investigators, Vol. 30, pp. 32-35.
  5. Jornal de Educação química. JR Appling, FJ Yonke, RA Edgington e S. Jacobs. 3, 1993, Vol. 70, pp. 250-251.

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