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Espectros, radiação e energia Arco-íris – luz do Sol, atravessando as gotas de chuva. Semelhante a um prisma óptico. Descoberta de Isaac Newton – separar a luz solar em luz de várias cores. Luz policromática – luzes monocromáticas 7 – com energias diferentes e velocidades diferentes – espectro visível da luz branca. Antes têm a mesma velocidade. Depois ao atravessarem o prisma ou as gotas, as radiações separam-se umas das outras, com velocidades diferentes. As partículas da luz chamam-se fotões. (Einstein). Cada fotão transporta uma determinada energia que depende da radiação a que pertence. (pag. 72). A energia transportada pela radiação depende da energia dos fotões correspondentes, mas também do nº total deles. Energia da radiação= nº de fotões x energia de cada fotão. Disco de Newton – Explicar o que é.
A cada radiação corresponde um valor de energia específico. As de maior energia no visível são as de cor violeta e as de menor energia são as vermelhas. O conjunto de todas as radiações visíveis ou não é o ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO. (MOSTRAR ACETATO).
Efeito térmico. Todas têm efeito térmico, mas as vermelhas são mais caloríficos embora as violetas sejam mais energéticas. Fora do visível temos a energia do microondas, pouco energética, mas muito calorífica. Espectro – É o conjunto das radiações emitidas ou absorvidas por um determinado material. Espectros contínuos de emissão Quando os átomos estão muito próximos, como acontece num sólido ou na matéria densa de uma estrela, os electrões dos vários átomos realizam saltos energéticos com valores de energia extremamente próximos. Libertam radiações com energias muito próximas, dando origem a um espectro contínuo com todas as cores. – Porque são emitidos (pela fotoesfera – camada superficial) Contínuos – porque são ininterruptos (todas as cores, todas as radiações). . Os corpos incandescentes também emitem radiações (vermelhas, esbranquiçadas, azuis, conforme a temperatura. . Os corpos apresentam a cor que emitem. . O corpo humano tb. emite radiações no infravermelho. Não se vêm, só em fotografias de I.V. Conforme a temperatura (energia) mais alta ou mais baixa, mais o espectro está deslocado para os vermelhos ou azuis e maior a energia da radiação emitida. Espectro contínuo – espectro elec.magnét. que apresenta todas as energias presentes na luz branca. Lâmpadas de incandescência, de halogéneo, metais ao rubro (emitem radiações vermelhas), espectro solar. Espectros contínuos de emissão. Espectros térmicos das estrelas As estrelas têm cores diferentes, umas emitem cor avermelhada, outras esbranquiçada, outras verdes, azuis e violetas, conforme a temperatura vai aumentando. Vemos com um espectroscópio. Podem ir dos 3500K (amarelo-claro) até aos 40000K (branco azulado). O nosso Sol é uma estrela amarela (6000K). Quanto maior a temperatura, maior a luminosidade. As estrelas, da mais fria à mais quente, podem ter as cores: amarelo clara, laranja, Branca, vermelha, azul, amarela, azul clara. Espectros de emissão de riscas (descontínuos) Se os átomos estiverem suficientemente separados como acontece no estado gasoso, as forças de interacção entre eles são pequenas, os electrões estão afastados e se eles estiverem a pressão reduzida emitem um conjunto de linhas finas sobre um fundo escuro, submetidos a descargas eléctricas. Ex: espectro de emissão do H, do He, do Na (2 riscas amarelas), etc. Ex: H – 4 riscas (vermelha, azulada, anil, violeta) Na – 2 amarelas – também se podem obter através do ensaio de chama; potássio – violeta; bário – verde, estrôncio – vermelho. Aplicações: lâmpadas fluorescentes, lâmpadas de vapor de sódio (candeeiros de iluminação pública, Néons (reclamos luminosos), ensaios de chama. Espectro atómico – espectro de riscas produzido quando átomos emitem radiações. Os atómicos são sempre de riscas. Submetendo a descargas eléctricas os gases rarefeitos emitem luz, característica do gás em questão. O néon dá cores azul ou vermelho (anúncios luminosos). Outras cores como o verde são produzidas por revestimentos especiais no interior dos tubos. Espectros: com um espectroscópio, vê-se um conjunto de riscas coloridas com um fundo escuro.
Espectro de absorção de
riscas São bandas ou de riscas.
A luz branca passa através de um elemento. Os átomos desse elemento absorvem algumas dessas radiações. Passam através do prisma. Só passam as que não foram absorvidas, portanto as que são emitidas, faltam as cores que foram absorvidas pelo elemento. Então esse elemento tem essas cores (frequências). Aos espectros de absorção faltam-lhes as partes da radiação que foram absorvidas. Espectros de bandas: soluções coradas, lâmpadas coloridas (O vidro actua como filtro selectivo, impedindo a passagem de determinadas bandas de radiação. Espectro de riscas: espectros de estrelas (riscas de Fraunhoffer), e de elementos atómicos existentes na Terra. O espectro de absorção dos elementos é os negativos dos espectros de emissão, ou seja, onde nos 1ºs aparecem riscas coloridas, nos 2ºs aparecem pretas. – Impressão digital. Aplicações das radiações R. visíveis – Lasers (monocromática), cirurgias, cortes de materiais, etc. Ondas de rádio – São as menos energéticas. Telecomunicações, radiodifusão. Microondas – Tipo ondas de rádio, elevado poder térmico, fornos microondas. R.I.V. Mais energéticas, maior efeito térmico. Painéis solares, diagnóstico de doenças. R.U.V.- Mais energéticas, absorvidas pela camada de ozono (os perigos!) Raios X – Atravessam a matéria (pele e carne). Radiografias e diagnóstico. Radiações γ – Muito penetrantes, atravessam muros de betão. Relações entre as radiações emitidas pelas estrelas, sua composição e temperatura superficial Riscas de Fraunhofer – riscas negras no espectro contínuo do Sol. porquê? No núcleo das estrelas, temperaturas muito elevadas – radiações altamente energéticas. Quando alcançam a camada superficial (fotoesfera), estão as radiações todas, gama de radiações muito próximas → espectro contínuo. Quando as radiações atravessam a atmosfera da estrela, a cromoesfera, algumas delas são absorvidas pelos átomos e iões aí existentes. Esses átomos absorvem algumas radiações, logo o espectro solar aparece desprovido dessas radiações que se pode detectar pelas riscas negras que aparecem, que correspondem no espectro solar a cores. Essas cores permitem detectar os elementos correspondentes. Pode-se saber quais os elementos químicos que constituem essa camada. A posição das riscas, a sua intensidade ou largura, depende dos espectros dos diferentes elementos que compõem a estrela. Ficamos a saber os elementos e a sua abundância nas estrelas. E também a temperatura. Ver pág. 83 e 84 com riscas e temperaturas. O efeito fotoeléctrico Consiste na emissão de electrões especialmente por parte dos metais, sob acção da luz.
Se a energia da radiação incidente for superior à energia de remoção, há energia cinética – energia em excesso. Eradiação = Eremoção + E cinética 3 casos se podem dar: E radiação < E remoção não há efeito fotoeléctrico Eradiação = Eremoção há efeito eléctrico Eradiação > Eremoção há efeito eléctrico + Ecinética
Há passagem de corrente pois a acção da luz sobre o metal provoca efeito fotoeléctrico e o fluxo de electrões removidos vai completar o circuito. Cores dos objectos Há as cores primárias (vermelho, verde e azul) e as cores secundárias (opostas, estão do outro lado da roda das cores). São ciano (azul turqueza) oposto de vermelho, magenta (avermelhado) , oposto do verde e amarelo oposto de azul.
A sobreposição (absorção) de todas as cores dá branco, daí a luz visível. A sobreposição (absorção) das 3 cores primárias dá branco. A sobreposição (absorção) de 2 cores complementares dá branco. Se não há absorção, o objecto, transmite todas as cores, é branco. Se uma amostra absorve todas as radiações da luz branca com excepção do verde, então transmite a cor verde, absorve preferencialmente o vermelho. Se absorve todas as cores é preto. As cores dos objectos são uma mistura de cores que não são absorvidas. As radiações que não são absorvidas são emitidas e estas é que traduzem a cor da substância. A clorofila tem cor verde porque absorve os vermelhos. (Falar nos negativos das fotografias). Uma substância azul absorve principalmente o amarelo, no seu espectro, no sítio do amarelo vai ver-se uma risca preta. No resto do espectro vêm-se as cores todas que por sobreposição dariam cor azul. Outro exemplo: A chama de sódio é amarela porque não absorve o amarelo, o azul foi absorvido não aparece no espectro (preto). No resto do espectro aparecem todas as cores menos o amarelo que por sobreposição dá o amarelo. Quando um objecto é iluminado com luz vermelha, das 2 uma: ou absorve a luz vermelha e vê-se preto ou não absorve a luz vermelha e vê-se vermelho. Parâmetros das radiações electromagnéticas Período, frequência, velocidade da luz, relação entre elas. Relação com a energia: (Planck/Einstein) E = hf ≡ h c/ʎ para um fotão; para n fotões será …………….nh…… EXERCÍCIO: Um feixe de radiações tem no vazio, uma frequência de 6,3x1014 Hz. Calcule: 1) O período T = 1,59x10-15 s 2) O c.d.o. γ = 4,76x10-7m 3) A energia emitida em KJmol-1 E = 251,4 KJmol-1
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Os
electrões estão ligados ao núcleo por forças de atracção.podem ser
libertados fornecendo uma quantidade de energia – se for mínima chama-se
energia de remoção (J/e) . Ao electrão mais exterior do átomo
corresponde a menor energia de remoção – energia de ionização.
Aplicam-se
nos circuitos eléctricos.