Lei dos processos de absorção de radiação

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATO GROSSO – CAMPUS RONDONÓPOLIS.
IFMT
Lei dos Processos de Absorção de Radiação
Rondonópolis – MT
Março, 2017
GEOVANE DE OLIVEIRA
Lei dos Processos de Absorção de Radiação
Resumo sobre as leis dos processos de absorção de radiação solicitado pelo Prof. Leonardo Miguel Farias de Oliveira para avaliação referente a matéria de análise instrumental.
Rondonópolis – MT
Março, 2017
1. A LEI DOS PROCESSOS DE ABSORÇÃO DA RADIAÇÃO
	A radiação eletromagnética pode ser convenientemente representada como dois campos, elétrico e magnético, que sofrem oscilações senoidais em fase um com o outro e na direção de propagação. Duas variáveis de interesse são a frequência f da onda e o comprimento de onda , o produto destas duas variáveis fornece a velocidade de propagação da onda. A frequência de um feixe de radiação é determinada pela fonte e tende a permanecer constante, a velocidade de propagação depende do meio devido às interações com a matéria, por exemplo, no vácuo e velocidade de propagação é máxima e assume o valor de 2, 99792 x108 m/s 3 x108 m/s (no ar a velocidade é apenas 0,03% menor, assim, usamos o mesmo valor para vácuo e ar). Logo, o comprimento da onda depende do meio que ela atravessa. [2] 
 (eq-1)
Estudos quantitativos envolvendo absorção de radiação necessitam de uma medida experimental que caracterize a quantidade de radiação eletromagnética absorvida por uma amostra, isto é, a potência radiante, que tem por unidade de medida o Watt. A radiação absorvida por uma amostra é determinada experimentalmente comparando-se a potência radiante e o feixe transmitido na ausência se espécies absorventes. A intensidade da radiação, I, é definida como a razão entre a potência radiante e o ângulo sólido (definido pela razão de uma área na superfície de uma esfera pelo quadrado do raio) de incidência. Quando o ângulo sólido e o volume do absorvedor são pequenos a potência pode ser tomada como intensidade da radiação. [1]
Quando um feixe monocromático de radiação de intensidade I0 incide sobre uma cubeta contendo uma solução, vários fenômenos podem acontecer como absorção (Ia), reflexão (Ir), espalhamento (Ie) e transmissão (It). De modo que: [1]
 (eq-2)
Em medidas analíticas convencionais, o efeito da reflexão da radiação pode ser minimizado com o uso de medidas relativas e de cubetas com paredes homogêneas de pequena espessura e de faces paralelas, isto é, preparam-se duas cubetas, uma contendo a amostra e outra com todos os componentes da anterior, menos a substância de interesse, servindo de referência para a calibração do instrumento. Descartando a reflexão por esse processo e trabalhando com soluções homogêneas, a intensidade da radiação incidente pode ser considerada como sendo utilizada em dois processos descritos na equação 3. [1]
 (eq-3)
1.1. Transmissão de radiação
	A interação envolvida na transmissão pode ser atribuída à polarização, isto é, deformação temporária das nuvens eletrônicas causada pelo campo elétrico alternante da radiação, periódica das espécies atômicas e moleculares que formam o meio. Considerando que a radiação não é absorvida, a energia necessária à polarização é retida apenas momentaneamente (de 10-14 a 10-15 s) pelas espécies e reemitida sem alteração logo que a substância volta ao seu estado original. A radiação deveria ser emitida em todas as direções, mas, se as partículas são muito pequenas, a interferência destrutiva previne a propagação de quantidades significativas de radiação em qualquer outra direção que não seja o caminho óptico original do feixe. [2]
1.2. Reflexão da radiação
	Quando a radiação cruza a interface entre meios que diferem seus índices de refração, sempre ocorre reflexão. A fração da radiação refletida torna-se maior com o aumento da diferença do índice de refração. Para um feixe que penetra a interface em um ângulo reto a fração refletida é dada por
 (eq-4)
em que I0 é a intensidade do feixe incidente e Ir é a intensidade refletida; n1 e n2 são os índices de refração dos meios. [2]
	O índice de refração de um meio é uma medida da sua interação com a radiação e é dado por
 (eq-5)
em que ni é o índice de refração a uma frequência especifica i, vi é a velocidade da radiação no meio e c é a velocidade no vácuo. Para muitos líquidos situa-se entre 1,3 e 1,8; para sólidos, ele é de 1,3 a 2,5 ou maior. [2]
1.3. Espalhamento da radiação
	Uma observação cuidadosa da transmissão revela que uma pequena fração da radiação é transmitida em todos os ângulos a partir da direção original e que a intensidade dessa radiação espalhada aumenta com o tamanho das partículas. [2]
1.3.1. Espalhamento Rayleigh
	É o espalhamento por moléculas ou agregados moleculares com dimensões significativamente menores do que o comprimento de onda da radiação, sua intensidade é proporcional inverso da quarta potência do comprimento de onda, à dimensão das partículas que promovem o espalhamento e ao quadrado da polarizabilidade das partículas. [2]
1.3.2. Espalhamento por moléculas grandes
	Para partículas grandes, o espalhamento pode ser diferente em direções diferentes (espalhamento Mie). As medidas desse tipo de radiação espalhada são empregadas para determinar o tamanho e a forma de moléculas grandes e de partículas coloidais. [2]
1.3.3. Espalhamento Raman
	Parte da radiação espalhada sofre alterações quantizadas de frequência. Essas alterações resultam de transições de nível vibracional que ocorrem na molécula em virtude do processo de polarização. [2]
2. MÉTODOS DE ABSORÇÃO
	Os estudos de absorção da luz por soluções são anteriores a descoberta da luz elétrica, eram utilizadas luz solar ou a luz emitida por chamas. Entre as primeiras investigações sobre a relação existente entre as intensidades de radiação incidente e transmitida destacam-se as experiências de Pierre Bouguer (1729) e de Johann H. Lambert (1760). Ambos efetuaram observações independentes e verificaram propriedades associadas à absorção da luz que podem ser enunciados em dois termos: [1]
A intensidade da luz (monocromática) transmitida por um corpo homogêneo é proporcional à intensidade de luz incidente, isto é, It = k I0.
A intensidade da luz (monocromática) transmitida decresce exponencialmente com o aumento da espessura da camada do corpo homogêneo, It = I0 e-k’b. 
Os métodos quantitativos baseados em absorção requerem duas medidas de potência: uma antes do feixe passar pelo meio que contém o analito (P0) e outra depois (P). Dois termos que são amplamente empregados na espectrometria de absorção e relacionados à razão de P0 e P são a transmitância e a absorbância[2]. Como disposto no item 1, se o ângulo de incidência e o volume do absorvedor são pequenos (como normalmente é nas análises químicas), P0 = I0 e P = It.
2.1. Transmitância
	Em consequência das interações entre os fótons e os átomos ou moléculas absorventes, a potência do feixe é atenuada de P0 a P. A transmitância T de um meio é a fração da radiação incidente que é transmitida pelo meio: [2]
 (eq-6)
	A transmitância é frequentemente expressa como uma porcentagem.
 (eq-6.1)
2.2. Absorbância
	A absorbância A de um meio é definida como:
 (eq-7)
	Observe que, em contraste com a transmitância, a absorbância de um meio aumenta à medida que a atenuação do feixe se torna maior. [2]
2.3. A Lei de Beer
	Para uma radiação monocromática, a absorbância é diretamente proporcional ao caminho b, percorrido pela radiação através do meio, e à concentração c da espécie absorvente.
 (eq-8)
em que a é uma constante de proporcionalidade chamada absortividade. A magnitude de a depende das unidades empregadas para b e c. Quando a concentração é expressa em mols por litro, e o comprimento da célula é expresso em centímetros, a absortividade é denominada absortividade molar e recebe o símbolo .
 (eq-8.1)
As equações 8 e 8.1 são equações da lei de Beer que servem tanto paraabsorção atômica como molecular, contudo, há certas limitações n aplicabilidade da lei de Beer. [2]
	Juntando a lei de Beer com os estudos desenvolvido por Bouguer e Lambert obtemos a lei básica da espectrometria, a lei de Bourguer-Lambert-Beer:
 (eq-9)
A absortividade molar depende da substância, do comprimento de onda utilizado, da temperatura e do solvente. Quanto maior o valor de, maior será a taxa de absorção observada e mais sensível o método espectrofotométrico. Esta é a razão pela qual, idealmente, procura-se trabalhar com uma radiação monocromática, sempre que possível, correspondente ao máximo de absorção da espécie a ser determinada. [1]
REFERÊNCIAS
[1] Rogério Custodio; Lauro T. Kubota; João Carlos de Andrade. Lei dos Processos de Absorção da Radiação. Chemkeys. Disponível em: <http://chemkeys.com/br/2000/03/18/lei-dos-processos-de-absorcao-da-radiacao/>.
[2] D. A. Skoog, F. J. Holler, S. R. Crouch. Princípios da Análise Instrumental. 6ª edição, editora bookman®, 2009. Capítulo 6.