Espectros
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Conteúdos
- O que é um espectro?
- Classificação de espectros.
- Espectros de emissão atómica.
- Espectros de absorção atómica.
- Espectros de emissão térmica.
- Espectros contínuos de absorção.
O que é um espectro?
Um espectro é um registo da radiação electromagnética. O que torna este registo especial é a forma como ele é feito e como o podemos interpretar. A ciência que estuda as diversas formas de obter um espectro e a sua interpretação é a espectroscopia.
Para se registar um espectro são necessárias algumas coisas básicas: uma amostra para estudo, um prisma óptico (ou outro sistema de difracção), equipamento para registo da intensidade de luz, e uma fonte de radiação ou de energia.
Classificação de espectros.
Existem duas formas de classificar um espectro. Podemos classificá-lo segundo o método de obtenção da radiação (espectros de emissão ou de absorção) ou segundo o seu aspecto (descontínuos ou contínuos). Na tabela abaixo podemos ver qual é o aspecto de cada um dos quatro espectros.
| Contínuos | Descontínuos | |
|---|---|---|
| Emissão |  |  |
| Absorção |  |  |
Existem outras formas de classificar os espectros. Podemos classificar pela zona do espectro que é estudada. Temos assim espectros de ultravioleta (UV), infravermelho ou ressonância magnética (ondas de rádio).
Para além disso, também nos podemos referir a alguns nomes tradicionais dados a determinados tipos de técnicas, como os espectros de emissão atómica, de absorção atómica, de emissão térmica, entre outros.
Espectros de emissão atómica.
Os espectros de emissão atómica são feitos de forma muito simples, e a técnica pode ser aplicada tanto a substâncias gasosas como a soluções. O processo básico encontra-se esquematizado na figura seguinte.
A amostra, se for um gás é excitada por passagem da corrente eléctrica (tubo de descarga. As amostras líquida são normalmente atomizada (pulverizadas) e misturadas com combustível. A excitação dos átomos da amostra é feita queimando-se o combustível. A radiação emitida é então difractada por um prisma óptico e depois registada.
Os espectros de emissão atómica são espectros descontínuos (de riscas) e cada elemento tem um padrão de riscas bem definido que depende das diferenças energéticas entre os vários níveis electrónicos. Por isso se diz que o espectro de emissão atómica é o "bilhete de identidade " dos elementos.
Espectros de absorção atómica.
Os espectros de emissão atómica são feitos de forma ligeiramente diferente dos de emissão atómica. Em vez de excitarmos (com electricidade ou calor) os átomos da amostra de forma a que estes emitam radiação, colocamos uma lâmpada (fonte de radiação) entre a amostra o registrador, conforme mostra o esquema seguinte.
Dependendo do aparelho, o prisma óptimo (ou rede de difracção) é colocado entre a fonte de radiação e a amostra, ou entre a amostra e o detector.
Os espectros de absorção atómica são espectros descontínuos. O que vemos ao olhar para um espectro desses são riscas negras num espectro contínuo. A posição dessas riscas é a mesma que a posição ocupada pelas riscas luminosas do mesmo elemento num espectro de emissão atómica. Por exemplo, se um elemento emite radiação aos 320nm, 460nm e 740nm, no seu espectro de absorção atómica aparecem riscas negras aos 320nm, 460nm e 740nm.
Os espectros de emissão atómica e de absorção atómica do mesmo elemento são complementares: somando-os, obtemos um espectro contínuo.
Espectros de emissão térmica.
Os espectros de emissão térmica são emitidos por todos os corpos e devem-se à vibração térmica dos átomos ou moléculas que o compõem. São uma banda de emissão, normalmente no infravermelho (nos corpos mais quentes, a emissão dá-se também na zona da luz visível).
A existência deste tipo de espectros pode ser verificada com algumas experiências do dia a dia. Um ferro em brasa começa por ficar vermelho, e depois vai ficando cada vez mais alaranjado à medida que aquece. A lava incandescente é cor de laranja claro. Uma lâmpada incandescente tem uma cor que vai desde o amarelo ao branco. O comprimento máximo da radiação (ou seja, a sua "cor" predominante) é dada pela lei de Wien:
λmax x T = 2,898x10-3 m.K
em que T é a temperatura do corpo. Já a potência total emitida depende da área do corpo em causa, sendo dada pela lei de Stefan-Boltzmann:
P = e σ A T4
em que e é a emissividade do corpo, σ é a constante de Stefan-Boltzmann (5,67x10-8 W/m2K4) e T é a temperatura do corpo.
Estes espectros são registados com de forma semelhante à dos espectros de emissão atómica, não sendo, no entanto necessário excitar a amostra. Além disso, tanto a lei de Stefan-Boltzman como a lei de Wien são independentes do material do corpo, pelo que raramente se consegue informação estrutural com este tipo de espectros.
Espectros contínuos de absorção.
Os espectros contínuos de absorção são normalmente espectros de moléculas. As regiões de interesse em termos de estudo da estrutura molecular são a zona do ultravioleta e do visível (espectros UV/Vis), infravermelho próximo (NIR) e infravermelho médio (IR). Pode-se discutir se os espectros moleculares noutras zonas do espectro poderão ou não ser considerados como sendo de bandas ou de riscas, como é o caso dos microondas e da ressonância magnética nuclear.
Embora estes espectros possam ser obtidos recorrendo a técnicas muito variadas, o esquema fundamental, e mais antigo, é semelhante ao mostrado para os espectros de absorção atómica, não havendo, neste caso, necessidade de pulverizar a amostra.
O aspecto destes espectros, visto pelo prisma óptico é o de um espectro contínuo com bandas negras, que correspondem às radiações absorvidas pela amostra.
