O que é a luz?

A luz na forma como a conhecemos é uma gama de comprimentos de onda a que o olho humano é sensível. Trata-se de uma radiação electromagnética pulsante ou num sentido mais geral, qualquer radiação electromagnética que se situa entre as radiações infravermelhas e as radiações ultravioletas. As três grandezas físicas básicas da luz (e de toda a radiação electromagnética) são: brilho (ou amplitude), cor (ou frequência), e polarização (ou ângulo de vibração). Um raio de luz é a representação da trajectória da luz em determinado espaço, e sua representação indica de onde a luz sai (fonte) e para onde ela se dirige. O conceito de raio de luz foi introduzido por Alhazen. Propagando-se em meio homogéneo, a luz sempre percorre trajectórias rectilíneas; somente em meios não homogéneos é que a luz pode descrever "curva".

Espectro electromagnético

O espectro electromagnético é um plano contínuo de ondas electromagnéticas arranjadas de acordo com a sua frequência e comprimento. O sol, a terra e outros corpos celestes radiam energia electromagnética de comprimentos de onda variáveis. A energia electromagnética passa através do espaço à velocidade da luz e em forma de onda sinusoidal. A luz é um tipo particular de radiação electromagnética que pode ser vista e sentida pelo olho humano, mas este tipo de energia engloba um alcance considerável de comprimentos de onda. O micron é a unidade básica de medição do comprimento de onda. O espectro está dividido em várias secções de acordo com o comprimento de onda, como podemos observar na figura acima. A parte visível encontra-se entre os 0.4 microns (azul) e os 0.7 microns (vermelho).

Radiação Electromagnética Solar

A radiação electromagnética solar é constituída por partículas designadas por fotões, que transportam o campo electromagnético em propagação, que é também um fenómeno ondulatório, ou seja, a propagação de uma onda no espaço. Conforme a energia crescente que os fotões carregam, a radiação electromagnética assume as designações de ondas de rádio, de microondas, radiação infravermelha, luz visível, radiação ultravioleta, raios-X e raios gama. Daí os infravermelhos terem muito menos energia que a luz visível, e esta menos que os ultravioleta.

Ondas Rádio

As ondas rádio foram descobertas por Heinrich Hertz em 1887 pelo professor de física. Elas são muito usadas na comunicação entre a sociedade (no nosso quotidiano), porque são fáceis de gerar e tem uma fácil comunicação. Movimentam-se em todos os sentidos abrangendo uma vasta área geográfica, e também uma das suas vantagens é que penetram em vários tipos de materiais. Umas das suas desvantagens é que só dão para comunicar se estiverem por exemplo dois aparelhos com a mesma frequência. São um meio eficaz e rápido de transmissão, sendo apenas um pouco susceptíveis às interferências eléctricas e magnéticas  com as interferências causadas por objectos e fenómenos naturais, (ex: chuva).  As ondas de rádio podem passar através de paredes, enquanto as microondas necessitam, regra geral, de um espaço limpo de obstruções. A principal desvantagem deste tipo de redes é a sua normalmente baixa capacidade em termos de velocidade de transmissão.

Micro-ondas

Foi descoberto por Percy Spencer, trabalhava numa empresa em que fabricava aparelhos radar.

Partindo de semelhante princípio, entenderemos que a fonte primordial de qualquer irradiação é o átomo ou partes dele em agitação, despedindo raios ou ondas que se articulam, de acordo com as oscilações que emite.

Chegaram à conclusão que daria para inventar uma máquina que hoje em dia se utiliza no dia-a-dia chamado microondas, pois Percy apercebeu-se que seria possível depois de reparar que um chocolate que usava no seu bolso se tinha derretido. Ou seja as ondas agitam as moléculas e provocam um aquecimento das mesmas. Actuam sobretudo em alimentos com alguma quantidade de água que agitam os electrões e as moléculas fazendo com que haja um aquecimento. As ondas ou oscilações electromagnéticas são sempre da mesma substância, diferenciando-se, porém, na pauta do seu comprimento ou distância que se segue do penacho ou crista de uma onda à crista da onda seguinte.

Radiação infravermelha

As ondas infravermelhas, às quais a nossa vista não é sensível, têm comprimentos superiores ao das ondas vermelhas. O máximo da energia de radiação do arco voltaico e da lâmpada de incandescência corresponde aos raios infravermelhos.

A radiação infravermelha utiliza-se para secar revestimentos de tintas e de vernizes, legumes, frutas, etc. Foram construídos instrumentos com o auxílio dos quais a imagem infravermelha invisível do objecto se transforma numa imagem visível. Fabricam-se binóculos e lunetas que permitem ver no escuro.

Visível

O primeiro a conhecer foi Newton, descobriu que a luz branca é a única constituída por todas as cores do espectro visível. O visível varia muito de espécie de animal para animal. Por exemplo os cães, os gatos, as cobras, etc. não detectam todos as mesmas cores, por exemplo para as cobras detectam apenas o infra-vermelho, o cão não vê todas as cores enquanto que o humano detecta numa faixa que vai do vermelho até ao violeta. Ou seja existem grandes variações. Não se pode dizer que a luz é amarela, mas sim é vista como amarela.

Radiação ultravioleta

Os raios ultravioletas não formam imagens visuais, são invisíveis. Mas a sua acção na retina do olho e na pele é muito intensa e destruidora. A radiação ultravioleta do Sol é insuficientemente absorvida pelas camadas superiores da atmosfera. Por isso, nas zonas altas das montanhas, não se deve estar na neve sem óculos de vidro escuros nem muito tempo sem roupa. O vidro absorve intensamente os raios ultravioletas. Por isso, óculos escuros de vidro, transparentes para o espectro visível, defendem os olhos da radiação ultravioleta.

No entanto, em pequenas doses, os raios violetas têm acção curativa. Uma exposição moderada ao Sol é proveitosa, em especial para os mais novos: os raios ultravioletas contribuem para o desenvolvimento e a consolidação do organismo. Para além da acção directa nos tecidos da pele (formação de um pigmento de defesa - queimado do Sol, vitamina D2 ), os raios ultravioletas têm acção sobre o sistema nervoso central, estimulando um conjunto de funções vitais do organismo.

Os raios ultravioletas têm também uma acção bactericida. Eles destroem muitas bactérias prejudiciais ao organismo e utilizam-se na medicina com esse fim.

Produção de Raios X

Os raios X foram descobertos em 8 de Novembro de 1895, quando o físico alemão. Numa tarde tinha um tubo de vidro e dentro um condutor que emitias electrões em direcção a outro condutor. Quando ligou o tubo perto dele tinha uma placa de material florescente (platino cianeto de bário) e brilhou, quando desligou a luz desapareceu e voltou a ligar novamente e voltou a brilhar.

De seguida a sua experiência foi a uma mão de uma mulher e do outro lado tinha a chapa, e reparou que se via os ossos dela. Então aí surgiu a nova invenção chamado raios X (X por ser o símbolo  da ciência do desconhecido). Passado alguns anos os raios X são utilizados na medicina para tirar dúvidas, como se o osso está fracturado, etc. Mas passado uns anos queriam proibir a utilização dos raios X porque diziam que podiam ver as pessoas nuas que iam a passar na rua, mas a lei não foi aprovada. Os raios X podem e são utilizados na medicina mas as pessoas não devem estar expostas muitas vezes a essas, poderá causar danos no corpo humano.

Raios Gama

Os raios gama são as ondas mais energéticas e com menor comprimento de onda (por exemplo os raios X), são irradiadas por partículas que sofrem transições no interior do núcleo atómico. Conseguem atravessar a Terra de um lado ao outro, têm uma velocidade igual à da luz, têm um elevado poder penetrante. São bastantes prejudiciais para a saúde, pode alterar o DNA do ser humano. Mas também tem a sua vantagem, elas são utilizadas no tratamento de tumores cancerígenos, assola as células malignas, mas por consequência assolam as células saudáveis, por isso deve ser feito com precaução.

Estrutura Electrónica dos Átomos

A energia electrónica foi obtida a partir da interacção das radiações com o átomo de hidrogénio. No núcleo do átomo (o interior), estão protões e neutrões e os electrões giram à volta do núcleo, eles encontram-se na nuvem electrónica. No núcleo do átomo encontra-se carga positiva e na nuvem electrónica (electrões) encontram-se a carga negativa. Os protões são positivos, os neutrões têm carga nula e por sua vez os electrões têm carga negativa.

Princípio da incerteza de Heisenberg

O físico alemão Werner Heisenberg (1901-1976) demonstrou que é impossível conhecer simultaneamente a posição e a energia do electrão no átomo, Princípio da Incerteza de Heisenberg, o que levou à criação de outro modelo para o átomo, um modelo baseado na Mecânica Quântica, o modelo da nuvem electrónica.

Após muitos estudos chegou à conclusão que é impossível conhecer a estrutura íntima da matéria, pois é impossível saber como as partículas elementares se interagem. Ou seja se conseguirmos localizar a posição da uma partícula em relação à outra não poderemos dizer como ela se move, nem nunca determinar exactamente a posição do electrão, porque um electrão move-se num espaço tridimensional e não numa trajectória definida, por exemplo os carros, tem uma determinada trajectória, se nós soubermos a sua posição e a sua velocidade saberemos a hora de chegada num local já determinado, mas se só tivermos um factor por exemplo a velocidade não conseguíamos saber. A fórmula da mecânica quântica segundo a qual a variância (dispersão em torno da média) da posição de um electrão, ou de qualquer outra partícula quântica, é inversamente proporcional à variância da velocidade. No caso de um electrão é um caso mais difícil, por não sabermos a sua estrutura íntima da matéria com exactidão e por se mover num espaço tridimensional ou seja livre. Após Heinsenberg ter determinado esta teoria os outros físicos da altura e até mesmo depois deste conhecimento não aceitariam esta incerteza, mas com estudos acabaram por afirmar que seria verdade essa teoria que é considerada científica mas ao mesmo tempo filosófica. o princípio da incerteza de Heisenberg diz que:

"Não podemos especificar sem ambiguidade os valores das observáveis posições e momento linear para uma partícula microscópica (...) Posição e momento linear são observáveis incompatíveis a um nível fundamental, uma vez que o conhecimento preciso do valor de um impede-nos de conhecer qualquer coisa sobre o valor do outro."

Os Números Quânticos e a Energia do Electrão

. A energia de um electrão pode ser caracterizada por quatro números designados por números quânticos (número quântico principal [n] e número quântico secundário [l]).

. O número quântico principal designa o nível de energia e varia por valores inteiros 1, 2, 3…; a energia do nível aumenta com n e a energia de ionização diminui quando n aumenta, a distância média do electrão ao núcleo aumenta também com n. O número quântico secundário identifica, dentro de um dado nível de energia, os diversos sub-niveis possíveis; toma todos os valores desde 0 a n-1 e determina a forma das orbitais.

. O número quântico magnético [m] pode tomar todos os valores inteiros desde  -l a l; está relacionado com o comportamento do electrão quando sujeito a uma acção magnética.

. O número quântico de spin [s] apresenta apenas dois valores alternativos +1/2 e -1/2  conforme o sentido de rotação sobre si que o electrão apresentam.

Orbitais e Níveis de Energia

Com base no estudo do espectro atómico do hidrogénio, espectro descontínuo, Niels Bohr formulou o seu modelo para o átomo de hidrogénio, que admitiu:

. O electrão gira à volta do núcleo, descrevendo órbitas circulares. O raio das órbitas não possui valores aleatórios, ou seja, não pode tomar um valor qualquer, mas sim um valor múltiplo do quadrado de um número inteiro n, sendo por isso quantificado, o que implica que a energia do electrão não pode ter um valor qualquer, sendo também quantificada.

. Enquanto o electrão percorre determinada órbita, não absorve nem emite energia.

. Quando o electrão absorve energia, transita de uma órbita mais interna para uma órbita mais externa.

. Quando o electrão transita de uma órbita mais externa para uma órbita mais interna, emite energia.

. O electrão do átomo de hidrogénio pode ser excitado, o que implica um aumento da sua energia, por elevação de temperatura, da amostra de hidrogénio atómico, colisão com um electrão de elevada energia cinética, acção de uma descarga eléctrica ou acção de uma radiação electromagnética.

. Pode depois desexcitar-se, perdendo energia, através de emissão de radiação electromagnética, isto é, emitindo um fotão.

Regra de Hund

A regra de Hund, como o próprio nome indica, foi formulada pela primeira vez, em 1927, pelo físico alemão Friedrich Hund que nasceu a 4 de Fevereiro de 1896, em Karlsruhe na Alemanha, e faleceu a 31 de Março de 1997, também em Karlsruhe.
Hund partiu directamente da estrutura nuclear conhecida e medida das moléculas e tentou calcular as orbitais moleculares adequadas por via directa, resultando na regra de Hund.

Esta regra afirma que a energia de uma orbital incompleta é menor quando nela existe o maior número possível de electrões com spins paralelos. Assim, durante o preenchimento das orbitais de um mesmo nível energético, deve-se colocar em primeiro lugar em todas elas um só electrão, todos com o mesmo spin, antes de se proceder à lotação completa dessas orbitais. Os próximos electrões a serem colocados deverão apresentar spins antiparalelos em relação aos já presentes.
Por exemplo, na configuração electrónica do azoto (número atómico 7) os electrões são distribuídos da seguinte forma: 2 na orbital 1s, 2 na orbital 2s e 3 na orbital 2p.

Estados de energia

Em mecânica quântica, um nível de energia ou nível energético é um estado quântico (de um electrão, átomo ou molécula, por exemplo) cuja energia está bem definida ao longo do tempo.

Em química, associam-se os níveis energéticos com orbitais para relacionar a distribuição espacial dos electrões com a sua reactividade atómica. Apresentam especial importância os níveis energéticos do orbital molecular mais alto ocupado (HOMO) e o orbital mais baixo vazio (LUMO).

Os electrões que se dispensam em níveis de energia são designados níveis electrónicos.

Tipos de Radiação

Dependendo da quantidade de energia, uma radiação pode ser descrita como não ionizante ou ionizante.

Radiações não ionizantes possuem relativamente baixa energia. De fato, radiações não ionizantes estão sempre a nossa volta. Ondas electromagnéticas como a luz, calor e ondas de rádio são formas comuns de radiações não ionizantes. Sem radiações não ionizantes, nós não poderíamos apreciar um programa de TV em nossos lares ou cozinhar em nosso forno de microondas.

Altos níveis de energia, radiações ionizantes, são originadas do núcleo de átomos, podem alterar o estado físico de um átomo e causar a perda de electrões, tornando-os electricamente carregados. Este processo chama-se "ionização". No caso da emissão de energia, a emissão se faz por uma forma de onda electromagnéticas muito semelhante aos raio-X: os raios gama.

Um átomo pode se tornar ionizado quando a radiação colide com um de seus electrões. Se essa colisão ocorrer com muita violência, o electrão pode ser arrancado do átomo. Após a perda do electrão, o átomo deixa de ser neutro, pois com um electrão a menos, o número de protões é maior. O átomo torna-se um "ião positivo".

Conclusão

Ao concluir este trabalho adquiri mais conhecimentos acerca deste tema tão necessário e útil. Ao realizar este trabalho tive uma maior percepção do que nos rodeia e é invisível aos nossos olhos.

Bibliografia

Módulo de Físico-Química - Módulo F3 – Luz e Fontes de Luz

http://pt.wikipedia.org/wiki/Espectro_eletromagn%C3%A9tico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o_n%C3%A3o_ionizante

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http://pt.wikipedia.org/wiki/Ondas_de_r%C3%A1dio

http://www.mundovestibular.com.br/articles/343/2/ESTUDO-GERAL-DO ATOMO/Paacutegina2.html

http://mocho.pt/wwwfi/hipertextos/espectro/hiper_espectro_gama.html

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