Qual é o espectro de emissão? (Com exemplos) - Ciência - 2023

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o Espectro de emissão é o espectro de comprimentos de onda da luz emitida por átomos e moléculas ao fazer uma transição entre dois estados de energia. A luz branca ou visível que atinge um prisma se divide em cores diferentes com comprimentos de onda específicos para cada cor. O padrão de cores obtido é o espectro de radiação visível da luz, denominado espectro de emissão.

Átomos, moléculas e substâncias também têm um espectro de emissão devido à emissão de luz quando absorvem a quantidade certa de energia externa para transitar entre dois estados de energia. Ao passar essa luz por um prisma, ela se divide em linhas coloridas espectrais com diferentes comprimentos de onda específicos para cada elemento.

A importância do espectro de emissão é que ele permite determinar a composição de substâncias desconhecidas e objetos astronômicos por meio da análise de suas linhas espectrais por meio de técnicas de espectroscopia de emissão.

A seguir se explica em que consiste o espectro de emissão e como ele é interpretado, alguns exemplos são mencionados e as diferenças que existem entre o espectro de emissão e o espectro de absorção.

O que é um espectro de emissão?

Os átomos de um elemento ou substância possuem elétrons e prótons que são mantidos juntos pela força eletromagnética de atração. De acordo com o modelo de Bohr, os elétrons são arranjados de forma que a energia do átomo seja a mais baixa possível. Este nível de energia é chamado de estado fundamental do átomo.

Quando os átomos adquirem energia de fora, os elétrons se movem para um nível de energia mais alto e o átomo muda seu estado fundamental para um estado excitado.

No estado excitado, o tempo de residência do elétron é muito pequeno (≈ 10-8 s) (1), o átomo é instável e retorna ao estado fundamental, passando, se necessário, por níveis intermediários de energia.

No processo de transição de um estado excitado para um estado fundamental, o átomo emite um fóton de luz com energia igual à diferença de energia entre os dois estados, sendo diretamente proporcional à frequência v e inversamente proporcional ao seu comprimento de onda λ.

O fóton emitido é mostrado como uma linha brilhante, chamada de linha espectral (2), e a distribuição de energia espectral da coleção de fótons emitidos nas transições do átomo é o espectro de emissão.

Interpretação do espectro de emissão

Algumas das transições do átomo são causadas por um aumento na temperatura ou pela presença de outras fontes externas de energia, como um feixe de luz, um fluxo de elétrons ou uma reação química.

Se um gás como o hidrogênio for colocado em uma câmara a baixa pressão e uma corrente elétrica passar pela câmara, o gás emitirá luz com sua própria cor que o diferencia dos outros gases.

Ao passar a luz emitida por um prisma, em vez de obter um arco-íris de luz, unidades discretas são obtidas na forma de linhas coloridas com comprimentos de onda específicos, que carregam quantidades discretas de energia.

As linhas do espectro de emissão são únicas em cada elemento e seu uso a partir da técnica de espectroscopia permite determinar a composição elementar de uma substância desconhecida e também a composição de objetos astronômicos, por meio da análise dos comprimentos de onda dos fótons emitidos. durante a transição do átomo.

Diferença entre espectro de emissão e espectro de absorção.

Nos processos de absorção e emissão, o átomo passa por transições entre dois estados de energia, mas é na absorção que ganha energia de fora e atinge o estado de excitação.

A linha espectral de emissão é oposta ao espectro contínuo da luz branca. No primeiro, a distribuição espectral é observada na forma de linhas brilhantes e, no segundo, uma faixa contínua de cores é observada.

Se um feixe de luz branca atingir um gás como o hidrogênio, encerrado em uma câmara de baixa pressão, apenas uma parte da luz será absorvida pelo gás e o restante será transmitido.

Quando a luz transmitida passa por um prisma, ela se divide em linhas espectrais, cada uma com um comprimento de onda diferente, formando o espectro de absorção do gás.

O espectro de absorção é totalmente oposto ao espectro de emissão e também é específico para cada elemento. Ao comparar os dois espectros de um mesmo elemento, observa-se que as linhas espectrais de emissão são as que faltam no espectro de absorção (Figura 2).

Exemplos de espectros de emissão de elementos químicos

a) As linhas espectrais do átomo de hidrogênio, na região visível do espectro, são uma linha vermelha de 656,3 nm, um azul claro de 486,1 nm, um azul escuro de 434 nm e um violeta muito fraco de 410 nm. Esses comprimentos de onda são obtidos a partir da equação de Balmer-Rydberg em sua versão moderna (3).

é o número de onda da linha espectral

é a constante de Rydberg (109666,56 cm-1)

é o nível de energia mais alto

b) O espectro de emissão do hélio possui duas séries de linhas principais, uma na região do visível e outra próxima ao ultravioleta. Peterson (4) utilizou o modelo de Bohr para calcular uma série de linhas de emissão de hélio na porção visível do espectro, como resultado de várias transições simultâneas de dois elétrons para o estado n = 5, e obteve valores do comprimento de onda consistente com os resultados experimentais. Os comprimentos de onda que foram obtidos são 468,8nm, 450,1nm, 426,3nm, 418,4nm, 412,2nm, 371,9nm.

c) O espectro de emissão do sódio tem duas linhas muito brilhantes de 589nm e 589,6nm chamadas linhas D (5). As outras linhas são muito mais fracas do que essas e, para fins práticos, toda a luz de sódio é considerada proveniente das linhas D.

Referências

Medição do tempo de vida dos estados excitados do átomo de hidrogênio. V. A. Ankudinov, S. V. Bobashev e E. P. Andreev. 1, 1965, Soviet Physics JETP, Vol. 21, pp. 26-32.
Demtröder, W. Laser Spectroscopy 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
D.K.Rai, S.N Thakur e. Átomo, laser e espectroscopia. Nova Delhi: Phi Learning, 2010.
Bohr revisitado: Modelo e linhas espectrais de hélio. Peterson, C. 5, 2016, Journal of young investigadores, Vol. 30, pp. 32-35.
Journal of chemical Education. J.R. Appling, F. J. Yonke, R. A. Edgington e S. Jacobs. 3, 1993, Vol. 70, pp. 250-251.