O documento discute os conceitos básicos da espectroscopia infravermelha. Aborda a descoberta do infravermelho, o funcionamento de espectrômetros e os principais tipos de espectroscopia. Também apresenta aplicações da espectroscopia em áreas como química, medicina, indústria e astronomia.
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Espectroscopia
1. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
SECRETARIA DE EDUCAÇÃO MÉDIA E TECNOLÓGICA
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO AMAZONAS - IFAM
PRÓ-REITORIA DE ENSINO
DEPARTAMENTO DE ENSINO SUPERIOR-DES
Alunos: João Carlos
Julliana Gadelha
Professor: Joab Santos
Espectroscopia de INFRAVERMELHO - IR
2. O objetivo deste trabalho, consiste em abordar os conceitos no
que aborda ao tema proposto, sendo Espectroscopia é o estudo da
interação entre a matéria e a radiação eletromagnética. As moléculas
orgânicas são estruturas flexíveis. As ligações covalentes tem elasticidade e
os átomos ou grupos de átomos podem sofrer rotação em torno de ligações
covalentes simples. Os elétrons nas ligações podem se moverem de um
nível de energia para outro como por exemplo os elétrons
de uma orbital molecular ligante pode ser promovido para um orbital
molecular antiligante.
Infravermelho (IV), é a chamada radiação quente. Sua energia é suficiente
para alterar o estado vibracional e rotacional das moléculas o que resulta na
liberação de calor.
5. Espectroscopia de uma maneira geral, consiste no estudo da
radiação eletromagnética emitida ou absorvida por um corpo.
Esta técnica é largamente empregada na Química, Física,
engenharias, astronomia, e várias outras áreas.
Em astronomia, ela permite saber informações sobre a
constituição química das estrelas e a evolução das reações que lá
acontecem assim como a expansão do universo.
Na Física e na Química, a espectroscopia nos fornece
informações sobre as propriedades nucleares, atômicas e
moleculares da matéria.
Definição
6. • A radiação emitida ou absorvida pode ser luz visível,
infravermelho, ultravioleta, raios-X, elétrons,... A Partir dela,
podemos obter informações características do corpo ou material
em estudo.
Radiação
Principais regiões empregadas em
espectroscopia
Sentido crescente de
UV Visível Infravermelho
Próximo NIR – Near
Infrared
2500
4000
700
14285
400
25000
200
50000
25000 nm
400 cm
-1
Infravermelho Médio
7. É a relação da intensidade
de radiação transmitida,
absorvida ou refletida em
função do comprimento de
onda ou freqüência da dita
radiação. O espectro pode
ser melhor interpretado
como a decomposição da
radiação nos comprimentos
de onda que a compõem.
Espectro
O conjunto das cores obtidas ao passar a luz do sol por um
prima, é um exemplo de espectro.
11. Exemplo de espectro: Nosso arco-íris
O arco-íris é o espectro da luz do sol no visível, que é formado pela decomposição
da luz através da refração (semelhante ao que ocorre num prisma – Porém aqui são
as gotículas de água no ar que refratam a luz):
12. Sabia-se desde a antiguidade
que a luz solar pode ser
decomposta nas cores do arco-
íris, mas foi Isaac Newton, no
século XVII, que pela primeira
vez explicou de forma
adequada o fenômeno da
decomposição da luz pelo
prisma, assim como de sua
recomposição por um segundo
prisma.
Descoberta
13. Em 1814, o jovem construtor de instrumentos ópticos alemão Joseph
Fraunhofer, usando inicialmente prismas e depois grades de difração,
constatou que o espectro solar na realidade contém centenas de linhas
negras sobre as cores. Algumas dessas linhas podem ser vistas no
espectro solar mostrado abaixo. Fraunhofer designou as linhas mais fortes
pelas letras do alfabeto, de A até I, e mapeou 574 linhas entre a linha B
(no vermelho) e a linha H (no violeta). Também ocorriam linhas nas
regiões invisíveis do espectro. Com o passar do tempo, verificou-se que o
número de linhas era bem maior, chegando a vários milhares.
Diagrama de Fraunhofer.
Descoberta
14. Figura Acima: Espectros solar e de vários elementos individuais. O primeiro, acima, é o espectro
contínuo de emissão do Sol, ao qual estão sobrepostas várias linhas negras correspondentes aos
espectros de absorção de elementos químicos presentes no Sol. Os 11 seguintes são espectros
de emissão de vários elementos, obtidos em laboratório. Note, por exemplo, que os espectros
de emissão do sódio e do hélio apresentam linhas muito próximas no amarelo, correspondendo
a linhas negras no espectro solar.
Exemplos:
15. O astrônomo inglês William Herschel, em 1800, experimentou colocar
o bulbo de um termômetro em cada uma das regiões coloridas do
espectro solar. O resultado observado foi que a temperatura do
mercúrio aumentava pela incidência da luz, mas esse era mais rápido
quanto mais próximo da extremidade vermelha. Ao testar a região
não iluminada depois do vermelho, Herschel descobriu que a
temperatura subia ainda mais rapidamente. A radiação invisível que
provocava este efeito foi então denominada de infravermelho.
Descoberta do infravermelho
16. Robert Wilhelm Bunsen, inventor do queimador
de gás comum de laboratório, associou-se em
1859 ao Físico Gustav Robert Kirchhoff na
criação do espectroscópio, mostrado a seguir.
O espectroscópio é usado para medir a
intensidade da luz em comparação com a de uma
luz procedente de uma fonte padrão. Essa
comparação permite determinar a concentração
da substância que produz esse espectro.
Espectrômetro
17. O espectroscópio de Bunsen e Kirchhoff. Este aparelho, de concepção bastante simples e
conseqüências extraordinárias para o avanço da ciência, mostra uma alça de platina presa ao
suporte E, contendo um composto que será excitado até à incandescência pela chama do
queimador de Bunsen. A luz emitida será colimada e atravessará o tubo B para ser decomposta
pelo prisma F. A luneta C permitirá a observação do espectro de emissão (ou ele poderá ser
projetado num anteparo).
Espectrômetro
20. • Espectroscopia de absorção - Correlaciona a quantidade
da energia absorvida em função do comprimento de onda
da radiação incidente.
• Espectroscopia de emissão - Analisa a quantidade de
energia emitida por uma amostra contra o comprimento de
onda da radiação absorvida. Consiste fundamentalmente
na reemissão de energia previamente absorvida pela
amostra.
• Espectroscopia de espalhamento (ou de dispersão) -
Determina a quantidade da energia espalhada (dispersa)
em função de parâmetros tais como o comprimento de
onda, ângulo de incidência e o ângulo de polarização da
radiação incidente. É pouco usado em relação a
espectroscopia de absorção e de emissão.
Tipos de espectroscopia
22. Algumas Aplicações
A espectroscopia possibilitou a descoberta, em poucos anos, de
inúmeros elementos químicos, em especial muitos dos que
correspondiam às lacunas presentes na tabela periódica que seria
publicada por Dmitri Mendeleiev em 1869.
TABELA PERIÓDICA
23. Algumas Aplicações
A espectroscopia de prótons por
ressonância magnética é um
método não invasivo que
possibilita a detecção de
alterações metabólicas e
bioquímicas de áreas do encéfalo.
MEDICINA
•Pirômetros em siderúrgicas
– Lei de Wien – radiação de
corpo negro.
INDÚSTRIA
24. Algumas Aplicações
Uso em telescópios espaciais como o
hubble ou sondas espaciais enviadas
pela NASA.
Informação química das estrelas e
planetas.
ASTRONOMIA
25. A absorção de energia no IV corresponde a uma combinação de
movimentos atômicos, como flexões e estiramentos. A energia é
carcteristica do grupo de átomos de seus ligantes
Corresponde a vibrações e rotações.
McMurry Organic Chemistry 6th edition Chapter 12 (c) 2003
27. Algumas Aplicações
Detecção e quantificação de substâncias em
amostras desconhecidas a partir da comparação
computacional com milhares de espectros de
referência armazenados num banco de dados.
Informações químicas
e estruturais de
materiais.
QUÍMICA E FÍSICA
