Natureza Ondulatória da Luz e os Espectros Atômicos.

 Natureza Ondulatória da Luz e os Espectros Atômicos.

Sabemos que os átomos são basicamente constituídos de prótons, elétrons e nêutrons, que são chamados de partículas fundamentais da estrutura de um átomo.

Ao estudarmos a história da evolução dos modelos atômicos, de Dalton à Rutherford, podemos compreender como essas partículas fundamentais foram descobertas. Um estudo mais aprofundando da estrutura atômica nos permitirá entender como essas partículas se comportam, em especial, o comportamento dos elétrons ao redor núcleo atômico.

Natureza Ondulatória da Luz.

Para investigar a estrutura interna dos átomos, é necessário estudá-los ou observá-los indiretamente a partir das propriedades da luz que eles emitem.

Os átomos quando estimulados por uma fonte de calor ou por uma descarga elétrica, emitem luz. Assim, para entendermos a estrutura eletrônica dos átomos devemos primeiro compreender a natureza da luz.

A luz, é um tipo de radiação eletromagnética, consiste em campos elétricos e magnéticos oscilantes que transporta energia pelo espaço a uma velocidade de  3 x 10 ⁸ m/s.

A luz tem características ondulatórias semelhantes às ondas que se deslocam na água. Quando você observa uma onda na superfície da água, é possível ver um padrão ondulatório de picos e vales que se repetem periodicamente. 

A distância entre dois picos da onda é chamada de comprimento de onda e é representado pela letra λ (lambda). O número de ciclos ou comprimentos de onda completos que passa por um ponto por unidade tempo (segundo) é chamado de frequência da onda, representamos a frequência pela letra ν (nu).

Assim como ocorre com as ondas na água, podemos atribuir uma frequência e um comprimento de onda para a radiação eletromagnética. A velocidade das ondas do mar pode variar, mas a velocidade da onda eletromagnética é sempre constante e igual a 3 x 10 ⁸ m/s. 

Tipos de Radiação Eletromagnética.

Existem vários tipos de radiação eletromagnética, como por exemplo, as ondas de rádio, as micro-ondas, o infravermelho, a luz visível, o ultravioleta, os raios X, os raios gama e até os raios cósmicos. Todos esses tipos de radiação eletromagnética, formam o que os químicos chamam de Espectro Eletromagnético. 

Mas, fica a pergunta, o que diferencia um tipo de radiação de ouro? A resposta são os diferentes tipos de comprimentos de ondas. Isso porque a frequência e o comprimento de onda da radiação eletromagnética estão sempre relacionados de um modo inverso. Ou seja, se a frequência de uma onda for alta (muitos ciclos por segundo) a onda terá comprimentos cada vez mais curtos, por outro lado, se a frequência for baixa (menos ciclos por segundo) os comprimentos de onda devem ser cada vez maiores. Essa relação pode ser perfeitamente expressar pela equação abaixo.

λ . ν = c

O espectro eletromagnético.

O espectro eletromagnético é um espectro que mostra os vários tipos de radiação eletromagnética dispostos em ordem crescente de comprimento de onda e decrescente de frequências. Quando você observa com atenção um espectro eletromagnético, acaba percebendo que a faixa de comprimentos de ondas da luz visível que vai de 400nm a 750nm é apenas uma parte, uma pequena porção do espetro. A unidade de comprimentos de onda depende do tipo de radiação. Por exemplo, para comprimentos longos (baixa frequência) pode ser usado o centímetro (cm) ou o micrometro (µm). Para a luz visível, é usado o nanômetro (nm) e para comprimentos de onda muito pequenos podemos usar o picnômetro (pm).

No espectro da luz visível, cada comprimento de onda está associado a uma cor do arco-íris. Assim, o comprimento de onda de 700 nm – 750 nm nos diz que o espetro está emitindo a cor vermelha, 620 nm a cor laranja, 580nm a cor amarela, 530nm verde, 470 nm azul e 400 nm – 420 a cor violeta.

O espectro atômico.

Já conhecemos as propriedades eletromagnéticas, agora podemos usá-las para estudar a estrutura dos átomos, uma vez que elas nos dão informações importantes a esse respeito.

Quando fazemos passar a luz branca ou normal por um prisma, o resultado é um espectro continuo da luz formado por todos os comprimentos de onda da luz visível. 

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Ao fazermos passar uma corrente elétrica por um tubo de vidro contendo gás hidrogênio a baixa pressão, o gás começa a emitir luz, pois os átomos de hidrogênio são estimulados a energias mais altas (o gás hidrogênio é usado como exemplo por ser um átomo mais simples). Quando essa luz emitida pelo gás passa por um prisma o resultado é um espectro com um número especifico de linhas espectrais, onde cada uma das linhas apresenta ou brilha em uma cor específica com seu respectivo comprimento de onda. Por exemplo, o espetro do átomo de hidrogênio apresenta quatro (04) linhas. A linha vermelha tem comprimento de onda de 656 nm, a linha verde bilha em 486nm, a azul 434 nm e a linha violeta 410 nm.  

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Bohr foi o primeiro cientista a trazer um entendimento bem-sucedido sobre as linhas espectrais e uma importante contribuição para o entendimento da estrutura atômica, principalmente sobre o comportamento dos elétrons.

O entendimento sobre as linhas espectrais no espetro do átomo de hidrogênio é que cada uma delas provém de uma transição entre dois níveis de energia permitidos no átomo. Assim, um elétron em um átomo só pode ter certas energias. Logo, a radiação ou luz emitida pelo átomo e observada no espectro pelos comprimentos de onda é o resultado da transição de um elétron de um nível de energia para outro, ou seja, da diferença de energia entre esses dois níveis.   

Como cada átomo tem um espectro de linhas específico, assim, é a partir do espectro atômico que os átomos são identificados e organizados na tabela periódica.

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