Quais são as propriedades físicas que possibilitam a utilização da radiação eletromagnética na observação, análise e quantificação de espécies elementares e moleculares?
Passo 1
Beleza, o enunciado pede para identificarmos as “propriedades físicas” que permitem usar radiação eletromagnética para observar, analisar e quantificar átomos e moléculas. Isso cai na área de espectroscopia e no conceito de quantização de níveis de energia. Para resolver, vamos precisar lembrar:
- Que a energia de um fóton é
. - Que toda espécie (átomo ou molécula) tem níveis bem definidos de energia, gerando “impressões digitais” no espectro.
- A Lei de Beer–Lambert (
) para ligar intensidade com concentração.
Passo 2
Primeiro, o lance da quantização de níveis de energia. Na mecânica quântica a gente aprende que elétrons nos átomos (e os modos vibracionais/rotacionais das moléculas) só podem ocupar certos níveis de energia. Quando um fóton de frequência
interage, ele só é absorvido ou emitido se
ou seja, se a energia do fóton bate exatamente com a diferença entre dois níveis. É essa regra que gera linhas de absorção/emissão características de cada espécie.
Passo 3
Além das transições eletrônicas (que aparecem no UV–Vis), as moléculas têm transições vibracionais (IR médio) e rotacionais (micro-ondas). Cada modo vibra ou gira a uma frequência própria, e isso faz aparecer bandas no espectro infravermelho ou na região de micro-ondas. Então, saber qual região do EM usar depende do tipo de transição que a gente quer observar.
Passo 4
Para quantificar quanto de uma espécie está presente, usamos a Lei de Beer–Lambert:
onde
• é a absorbância (medida pelo espectrômetro),
• e
são intensidades de radiação antes e depois da amostra,
• é o coeficiente de extinção molar (próprio de cada transição),
• é a concentração da espécie,
• é o caminho óptico (comprimento da cubeta).
Como e
são conhecidos, medindo
você acha
.
•
•
•
•
•
Como
Passo 5
Por fim, temos também fenômenos como espalhamento Rayleigh e Raman, que dependem de polarizabilidade eletrônica e mudam a frequência ou direção da luz. No Raman, por exemplo, o espalhamento inelástico informa vibrações moleculares sem precisar de absorção direta na região IR.
Resposta
As principais propriedades físicas são:
- Quantização de níveis de energia em átomos e moléculas, gerando transições bem definidas onde
. - Cada espécie exibe “impressões digitais” únicas no espectro (linhas ou bandas eletrônicas, vibracionais e rotacionais).
- A intensidade de absorção ou emissão segue a Lei de Beer–Lambert (
), permitindo quantificação de concentração. - Fenômenos de espalhamento (Raman, Rayleigh) associados à polarizabilidade eletrônica/ molecular ampliam as técnicas de análise.