O espectro de emissão é a representação gráfica da luz emitida por um determinado elemento químico quando ele é excitado energeticamente. Esse fenômeno ocorre quando os elétrons dos átomos são excitados para níveis de energia mais elevados e, ao retornarem para seus estados fundamentais, emitem energia na forma de luz visível. Cada elemento químico possui um espectro de emissão característico, o que permite sua identificação. Um exemplo clássico é o espectro de emissão do hidrogênio, que apresenta linhas espectrais bem definidas nas cores vermelha, azul e violeta. Essas linhas são resultado da transição dos elétrons entre diferentes níveis de energia do átomo de hidrogênio.
Entendendo o funcionamento do espectro de emissão na análise de elementos químicos.
O espectro de emissão é uma técnica utilizada na análise de elementos químicos, que permite identificar a presença de determinados elementos em uma substância com base na emissão de luz. Quando um átomo é excitado por energia externa, como calor ou eletricidade, seus elétrons se movem para níveis de energia mais altos e, ao retornarem ao estado fundamental, emitem energia na forma de luz visível. Essa luz emitida é única para cada elemento químico, o que permite a sua identificação.
Para entender o funcionamento do espectro de emissão, é importante compreender que cada elemento químico possui um conjunto específico de níveis de energia para seus elétrons. Quando um elétron retorna de um nível de energia superior para o seu estado fundamental, ele emite uma quantidade precisa de energia na forma de luz. Essa energia é característica de cada elemento e pode ser visualizada como linhas espectrais em um gráfico conhecido como espectro de emissão.
Por exemplo, o sódio possui um espectro de emissão característico, com linhas espectrais bem definidas em amarelo. Quando uma amostra contendo sódio é excitada, observa-se a emissão de luz amarela, indicando a presença desse elemento na substância. Da mesma forma, outros elementos químicos possuem espectros de emissão únicos, o que possibilita a identificação precisa de sua presença em uma amostra.
Em resumo, o espectro de emissão é uma ferramenta poderosa na análise de elementos químicos, permitindo a identificação de substâncias com base na luz emitida pelos seus átomos. Através da observação das linhas espectrais, é possível determinar quais elementos estão presentes em uma amostra e em que quantidade, tornando essa técnica fundamental para a química analítica.
Conheça os diferentes tipos de espectros presentes na natureza e sua importância na astronomia.
O estudo dos espectros é de extrema importância na astronomia, pois através deles podemos obter informações valiosas sobre a composição química e a temperatura de corpos celestes. Existem três tipos principais de espectros na natureza: o espectro de absorção, o espectro de emissão e o espectro contínuo.
O espectro de emissão é caracterizado por linhas brilhantes em um fundo escuro. Essas linhas são produzidas quando átomos excitados emitem fótons de luz ao retornarem para seu estado fundamental. Cada elemento químico possui um padrão único de linhas de emissão, o que nos permite identificar sua presença em objetos celestes.
Um exemplo clássico de espectro de emissão é o da nebulosa de Órion, onde podemos observar linhas brilhantes de hidrogênio, hélio e outros elementos. Essas linhas nos fornecem informações sobre a composição química da nebulosa e sobre os processos físicos que lá ocorrem.
Em resumo, o espectro de emissão é uma ferramenta fundamental para os astrônomos, permitindo a análise detalhada da composição química e das propriedades físicas dos corpos celestes. É através do estudo dos espectros que podemos desvendar os segredos do universo e expandir nosso conhecimento sobre o cosmos.
Diferenças entre espectro de emissão e absorção: entenda as características distintas desses fenômenos.
O espectro de emissão é um fenômeno que ocorre quando um átomo ou molécula absorve energia e emite essa energia na forma de luz visível. Esse processo é caracterizado pela produção de linhas brilhantes em um fundo escuro, representando as diferentes cores emitidas pelo material analisado. Por outro lado, o espectro de absorção é o oposto, onde o material absorve determinadas frequências de luz, resultando em linhas escuras em um fundo brilhante.
Uma das principais diferenças entre os dois espectros é que o espectro de emissão mostra as cores específicas emitidas pelo material, enquanto o espectro de absorção mostra as cores que foram absorvidas. Além disso, no espectro de emissão, as linhas brilhantes representam as transições de elétrons de níveis de energia mais altos para níveis mais baixos, resultando na liberação de energia na forma de luz.
Um exemplo clássico de espectro de emissão é o espectro de cores do mercúrio. Quando uma descarga elétrica passa pelo vapor de mercúrio, o átomo absorve energia e emite luz em diversas cores, resultando em um espectro característico com linhas brilhantes. Já o espectro de absorção pode ser observado em estrelas, onde a luz emitida atravessa camadas de gases que absorvem determinadas frequências, criando linhas escuras no espectro.
Em resumo, o espectro de emissão e absorção são fenômenos opostos que revelam informações importantes sobre a composição e propriedades dos materiais. Enquanto o espectro de emissão mostra as cores emitidas pelo material, o espectro de absorção revela as cores que foram absorvidas. Ambos são ferramentas essenciais para os cientistas na análise e identificação de substâncias no universo.
Como as linhas espectrais são emitidas?
As linhas espectrais são emitidas quando os elétrons de um átomo absorvem energia e são excitados para níveis de energia mais altos. Quando esses elétrons retornam ao seu estado fundamental, eles emitem essa energia na forma de fótons de luz. Cada átomo tem níveis de energia específicos e, portanto, emitem fótons com frequências características, resultando em linhas espectrais únicas para cada elemento químico.
O espectro de emissão é o conjunto de todas as linhas espectrais emitidas por um determinado elemento quando seus elétrons retornam ao estado fundamental. Essas linhas espectrais podem ser usadas para identificar elementos químicos e estudar suas propriedades.
Por exemplo, o hidrogênio emite um espectro de emissão composto por várias linhas espectrais, sendo as mais proeminentes as linhas de Balmer, Lyman e Paschen. Cada uma dessas linhas corresponde a uma transição específica de elétrons em níveis de energia diferentes dentro do átomo de hidrogênio.
Em resumo, as linhas espectrais são emitidas quando os elétrons de um átomo retornam de um estado excitado para o estado fundamental, liberando energia na forma de fótons de luz. Essas linhas espectrais são únicas para cada elemento químico e podem ser usadas para identificar e estudar as propriedades dos átomos.
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.
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).
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
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
- 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.
- Demtröder, W. Spectroscopy Laser 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
- DKRai, SN Thakur e. Átomo, laser e espectroscopia. Nova Deli: Phi Learning, 2010.
- Revisitado por Bohr: Modelo e linhas espectrais de hélio. Peterson, C. 5, 2016, Journal of young investigators, Vol. 30, pp. 32-35.
- Jornal de Educação química. JR Appling, FJ Yonke, RA Edgington e S. Jacobs. 3, 1993, Vol. 70, pp. 250-251.