4 Por que o gás hidrogênio é incolor e o gás cloro é amarelo esverdeado em condições normais. Por que a atmosfera terrestre é dita espalhar a luz azul com relação à incidência solar? Explique o fenômeno utilizando a teoria de absorção-emissão.

Passo 1

O enunciado pergunta por que o gás hidrogênio é incolor, enquanto o gás cloro apresenta cor amarelo-esverdeada em condições normais, e também por que a atmosfera espalha preferencialmente a luz azul do Sol. Vamos usar a teoria de absorção-emissão para explicar como a cor de um gás ou o espalhamento atmosférico se relacionam com os comprimentos de onda que são absorvidos e reemitidos.

Passo 2

Segundo a teoria de absorção-emissão, um átomo ou molécula só absorve fótons cujas energias h\nu (ou comprimentos de onda \lambda) coincidam com as diferenças de níveis de energia discretos \Delta E internos. Quando isso ocorre, o fóton é absorvido e depois reemitido, geralmente em direções aleatórias. Para os comprimentos de onda que não se encaixam nessas diferenças \Delta E, o gás é transparente e a radiação atravessa sem alteração.

Passo 3

No caso do gás hidrogênio ( \mathrm{H_2}), os saltos eletrônicos mais fortes (séries de Lyman) correspondem ao ultravioleta e só há algumas linhas isoladas na região visível (série de Balmer). Essas linhas são muito estreitas e esparsas, de modo que, na prática, o hidrogênio em baixas densidades não “retira” quantidade apreciável de luz em toda a faixa visível. Logo, o gás não apresenta cor visível e nos parece incolor.

Passo 4

Já o cloro molecular ( \mathrm{Cl_2}) possui bandas de transição eletrônica e vibro-eletrônica relativamente largas que coincidem justamente com a parte azul do espectro visível. Ou seja, \mathrm{Cl_2} absorve fortemente comprimentos de onda menores (azul) e transmite/retroilumina comprimentos de onda maiores (amarelo-esverdeado). Essa absorção seletiva faz com que o gás cloro nos pareça amarelo-esverdeado.

Passo 5

Na atmosfera, as moléculas de nitrogênio e oxigênio espalham a luz solar por um processo análogo a absorção seguida de reemissão elástica (espalhamento de Rayleigh). A intensidade do espalhamento varia aproximadamente como 1/\lambda^4, o que significa que comprimentos de onda menores (azul) são espalhados muito mais que os maiores (vermelho). Assim, quando olhamos para o céu longe do Sol, vemos principalmente a luz azul redistribuída em todas as direções.

Resposta

O hidrogênio é incolor porque só absorve em linhas muito estreitas — quase todas no ultravioleta — deixando o visível passar sem perda apreciável. O cloro absorve amplamente a luz azul em bandas largas, transmitindo o amarelo-esverdeado. Na atmosfera, o espalhamento de Rayleigh (absorção-reemissão elástica) forte em \lambda curtas faz com que a luz azul seja desviada para nosso olhar, dando ao céu sua cor característica.

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