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Espetros atómicos

Documento disponível por Carlos Gomes

2.1 Espetros atómicos

Espetro eletromagnético

Newton, em 1666, separou os componentes da luz visível ao fazer incidir a luz
solar num prisma de vidro (prisma ótico), tendo projetado um “arco-íris” num alvo.

prisma alvo

Luz Espetro visível da luz solar
solar
Fig. 1 | Experiência de Newton

Ao atravessar o prisma de vidro, as diferentes radiações propagam-se com
diferentes velocidades, separando-se umas das outras. A radiação que
sofre maior desvio é a violeta e a que sofre menor desvio é a vermelha.

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2.1 Espetros atómicos

Espetro eletromagnético

O conjunto de todas as radiações eletromagnéticas constitui o
espetro eletromagnético.

10-25 10-23 10-21 10-19 10-17 10-15 10-13
1010 1016 1018 1020
Energia 1012 1014
J

108

Frequência
Hz

Tipo de Ondas de rádio Micro-ondas Infravermelho Ultravioleta Raios X Raios gama
radiação Visível
2,55 × 10-19 J 5,23 × 10-19 J

Energia crescente

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2.1 Espetros atómicos

Tipos de espetro

De emissão Descontínuos
Contínuos

Espetros

De absorção Descontínuos

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2.1 Espetros atómicos

Espetros de emissão contínuos

O espetro da luz solar, por exemplo, é um espetro de emissão contínuo.

Diz-se de emissão porque as radiações que o compõem são emitidas

pela camada superficial do Sol e diz-se contínuo porque nos aparece

como um conjunto ininterrupto de cores (radiações), desde as menos

energéticas às mais energéticas. Alvo

Qualquer corpo sólido ou líquido Prisma
incandescente emite radiações, a
que corresponde sempre um Lâmpada de
espetro de emissão contínuo. incandescência

Fig. 2 | Espetro de emissão contínuo

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2.1 Espetros atómicos

Espetros de emissão descontínuos ou de riscas

Quando submetidos a descargas elétricas, os gases rarefeitos emitem

luz. Observando essa luz com um espetroscópio, pode ver-se um

espetro de emissão descontínuo, formado por um conjunto de

riscas coloridas sobre um fundo negro. Este tipo de espetro também

pode ser chamado espetro de emissão de riscas. Alvo

Prisma

Fig. 3 | Espetroscópio

Gás

Fig. 4 | Espetro de emissão descontínuo

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2.1 Espetros atómicos

Espetros de emissão descontínuos ou de riscas

Um espetro de emissão (descontínuo ou de E Ocorre emissão
riscas) resulta da passagem dos eletrões dos de fotões.
átomos de um estado de energia mais
elevado para um estado de energia mais
baixo, emitindo energia sob a forma de
radiação.

Um fotão pode ser considerado uma Fig. 5 | Transição eletrónica
“partícula” de luz, cuja energia é dada pela
expressão:

E=hʋ Como uma radiação corresponde a

energia frequência um feixe de n fotões, tem-se:
do fotão Eradiação = n h ʋ
constante de Planck
6,63 × 10−34 J s−1

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2.1 Espetros atómicos

Espetros de emissão descontínuos ou de riscas

Na zona do visível estes espetros correspondem às riscas coloridas
sobre o fundo negro. O fundo negro deve-se à ausência de radiação
emitida.

A

B

Fig. 6 | Espetros de emissão descontínuos: A – do hélio B – do sódio

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2.1 Espetros atómicos

Espetros de absorção descontínuos ou de riscas

Quando átomos de um determinado elemento se interpõem no
caminho da luz branca, algumas radiações desta última são
absorvidas por esses átomos obtendo-se um espetro de absorção
descontínuo ou de riscas.

Alvo

Prisma

Lâmpada de Gás
incandescência
Fig. 7 | Espetro de absorção descontínuo

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2.1 Espetros atómicos

Espetros de absorção descontínuos ou de riscas

E

Um espetro de absorção (descontínuo ou
de riscas) resulta da passagem dos
eletrões dos átomos de um estado de
energia mais baixo para um estado de
energia mais elevado, absorvendo
energia.

Um estado de energia mais elevado para o Fig. 8 | Transição eletrónica
átomo pode ser obtido por:

energia térmica, através de uma elevação de temperatura;

energia elétrica, através de descarga elétrica sobre os átomos de um
gás rarefeito;

energia luminosa, através da absorção de um fotão.

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2.1 Espetros atómicos

Espetros de absorção descontínuos ou de riscas

Comparando os espetros de emissão e de absorção de diferentes elementos
verifica-se que:

cada elemento tem um único espetro de emissão e um único espetro de
absorção, que são diferentes dos espetros dos outros elementos;
esses espetros repetem-se sempre para o mesmo elemento, quer a análise
seja feita a partir da substância elementar, quer do respetivo composto
depois de atomizado (separado nos seus átomos constituintes).

O espetro de riscas de um dado elemento, seja de emissão,
seja de absorção, é característico desse elemento, constituindo
uma espécie de “impressão digital” do mesmo e permitindo
reconhecer a sua presença em qualquer material.

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2.1 Espetros atómicos
Espetros de absorção descontínuos ou de riscas

Fig. 9 | Espetro do hidrogénio E

As radiações absorvidas têm energia igual à das radiações que
compõem o espetro de emissão do elemento. Por isso se diz
que o espetro de absorção de um elemento é o “negativo” do
seu espetro de emissão.

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2.1 Espetros atómicos

Riscas de Fraunhofer

Uma análise espetroscópica detalhada da luz solar
revela a existência de riscas escuras sobrepostas ao
seu espetro contínuo.

Fig. 10 | Joseph Fraunhofer
(1787-1826)

Estas riscas resultam da absorção de radiação pelos átomos ou
iões existentes na cromosfera, que é a superfície exterior da
estrela. A sua análise permite-nos identificar os átomos ou iões
que as originam.

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2.1 Espetros atómicos

Aplicações da espetroscopia atómica

Os espetros atómicos são característicos de um dado elemento.
Por essa razão, a espetroscopia atómica permite detetar elementos
químicos em amostras, a partir da comparação com espetros de
referência.

Fig. 11 | Identificação de elementos num espetro

A espetroscopia atómica é usada em análises físico-químicas, tais
como a identificação de vestígios de metais em amostras
biológicas e amostras metalúrgicas, ou a deteção de quantidades
vestigiais de elementos em amostras na “química forense”.

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2.1 Espetros atómicos

Atividade

Classifique em Verdadeira ou Falsa cada uma das afirmações seguintes.
A. Um átomo emite energia sob a forma de radiação quando um dos
seus eletrões passa de um nível de energia inferior para um
superior.
B. Os espetros de absorção podem ser contínuos ou descontínuos.
C. Uma lâmpada incandescente emite um espetro contínuo.
D. Os espetros são impressões digitais dos elementos químicos
porque permitem a sua identificação.
E. A espetroscopia atómica é usada na química forense.

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2.1 Espetros atómicos

Atividade – Resolução

Classifique em Verdadeira ou Falsa cada uma das afirmações seguintes.

A. Um átomo emite energia sob a forma de radiação quando um dos
seus eletrões passa de um nível de energia inferior para um

superior. Falsa. Emite radiação quando passa de um nível de energia superior
para um nível de energia inferior.

B. Os espetros de absorção podem ser contínuos ou descontínuos.

Falsa. Os espetros de absorção são descontínuos.

C. Uma lâmpada incandescente emite um espetro contínuo.

Verdadeira.

D. Os espetros são impressões digitais dos elementos químicos
porque permitem a sua identificação.

Verdadeira.

E. A espetroscopia atómica é usada na química forense.

Verdadeira.

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2.1 Espetros atómicos

Em síntese

Espetro eletromagnético: conjunto de todas as radiações, desde as ondas
de rádio – as menos energéticas – até às radiações – as mais energéticas. É
um espetro de emissão.

Espetro contínuo: espetro constituído por uma gama de radiações contínuas.

Espetro de emissão: espetro descontínuo formado por um conjunto de
riscas (coloridas no visível) sobre um fundo escuro. Resulta da desexcitação
dos eletrões nos átomos (passagem de um estado de energia mais elevado
para um estado de energia mais baixo).

Espetro de absorção: conjunto de riscas escuras sobre um fundo colorido.
As riscas escuras correspondem às radiações absorvidas pelos átomos de um
elemento quando interposto no “caminho” da luz branca, retirando-lhe
algumas radiações. As riscas escuras do espetro atómico de absorção de um
elemento são correspondentes às riscas coloridas do espetro de emissão
desse elemento.

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