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7.6:

Espectros de Emissão

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Chimie
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Emission Spectra

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Quando um átomo absorve energia, os elétrons ficam excitados e passam para um nível de energia mais elevado. Como os elétrons relaxam até um estado de energia mais baixa ou até ao estado do solo, o excesso de energia seja libertado como um fotão. O comprimento de onda da luz absorvida e emitida depende da diferença entre os níveis de energia elevada energia baixa.A luz de energia elevada emitida resulta dos elétrons a relaxar a partir de um nível de energia mais elevado, e a luz de baixa energia emitida resulta do relaxamento dos elétrons de um nível de energia mais baixo. Um espectro de emissão é uma medida da radiação emitida através de uma gama de comprimentos de onda. Com espécies elementares puras, o comportamento das emissões aparecem como linhas de comprimentos de onda específicos em vez de um largo espectro.Este é o espectro das emissões de hidrogênio. O conjunto de linhas espectrais na região da luz visível é conhecida como a série Balder. Ocorre quando a transição dos elétrons a partir de um nível de energia superior a n 3 de volta a n 2.O espectro de luz visível aparece como linhas espectrais a 410, 434, 486 e 656 nm, que correspondem a transições de nível de energia de n 3, 4, 5, e 6, respetivamente até n 2. Podem ser medidas linhas espectrais adicionais fora do alcance visível, como a série Lyman na região UV e a série Paschen na região do infravermelho. Os comprimentos de onda das linhas espectrais para o hidrogênio podem ser previstos utilizando uma expressão matemática, onde R-H é a constante de Rydberg, n1 é o número quântico principal do nível de energia inferior, e n2 é o número quântico principal para o nível de energia mais elevado.Para a série Balmer, n1 2. Uma vez que átomos diferentes têm níveis de energia diferentes, as linhas de emissão espectral variam de elemento para elemento e são utilizadas para identificar substâncias. O inverso de um espectro de emissões é o seu espectro de absorção.Olhando para o hidrogênio, as linhas no seu espectro de absorção estão localizadas nos mesmos comprimentos de onda da sua emissão mas são escuras. Estes são os comprimentos de onda de luz que são absorvidos por um átomo de hidrogênio quando é exposto ao espectro de uma luz branca contínua.

7.6:

Espectros de Emissão

Quando sólidos, líquidos, ou gases condensados são suficientemente aquecidos, eles irradiam alguma energia em excesso na forma de luz. Os fotões produzidos desta forma têm uma gama de energias, produzindo assim um espectro contínuo no qual uma série de comprimentos de onda não quebrados está presente.

Ao contrário dos espectros contínuos, a luz também pode ocorrer como espectros discretos ou de linha com larguras de linha muito estreitas intercaladas ao longo das regiões espectrais. Excitar um gás a baixa pressão parcial utilizando uma corrente elétrica, ou o seu aquecimento, irá produzir espectros de linha. As lâmpadas fluorescentes e os sinais de néon funcionam desta forma. Cada elemento apresenta o seu próprio conjunto de linhas característico, tal como as moléculas, embora os seus espectros sejam geralmente muito mais complicados.

Cada linha de emissão consiste em um único comprimento de onda de luz, o que implica que a luz emitida por um gás consiste em um conjunto de energias discretas. Por exemplo, quando uma descarga elétrica passa através de um tubo que contém hidrogénio a baixa pressão, as moléculas H2 são divididas em átomos H separados e é observada uma cor azul-rosa. Passando a luz através de um prisma produz um espectro de linha, indicando que esta luz é composta por fotões de quatro comprimentos de onda visíveis.

A origem dos espectros discretos em átomos e moléculas foi extremamente intrigante para os cientistas no final do século XIX. De acordo com a teoria eletromagnética clássica, apenas espectros contínuos deveriam ser observados. Outras linhas discretas para o átomo de hidrogénio foram encontradas nas regiões UV e IV. Johannes Rydberg generalizou o trabalho de Balmer e desenvolveu uma fórmula empírica que previa todas as linhas de emissão do hidrogénio, não apenas as restritas à gama visível, onde , n1 e n2 são inteiros, n1 < n2

Eq1

Mesmo no final do século XIX, a espectroscopia era uma ciência muito precisa, pelo que os comprimentos de onda do hidrogénio foram medidos com uma precisão muito elevada, o que implicou que a constante Rydberg pudesse ser também determinada com muita precisão. Que uma fórmula tão simples como a fórmula de Rydberg poderia explicar tais medições precisas parecia surpreendente na altura, mas foi a eventual explicação para os espectros de emissões por Neils Bohr em 1913 que, em última análise, convenceu os cientistas a abandonarem a física clássica e estimulou o desenvolvimento da mecânica quântica moderna.

Este texto foi adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 3.1: Electromagnetic Energy.