natureza da luz (1)

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Universidade Católica de Brasília – UCB
Natureza da luz
Brasília- DF
2017
Introdução
O conhecimento do átomo tornou-se imprescindível para aprofundar conhecimentos em outras áreas de estudo como a natureza da luz. O modelo atômico de Rutherford contendo carga positiva no núcleo e elétrons na eletrosfera ‘’modelo planetário’’ levou Niels Bohr a aprofundar seus estudos com respeito ao átomo. 
 	Pesquisas de outros estudiosos contribuíram para o modelo atómico de Bohr, como por exemplo, o conhecimento fotoelétrico de Einstein. E sobre a natureza da luz Planck afirmou: ‘‘A radiação é absorvida ou emitida por um corpo aquecido por meio de pequenos “pacotes” de energia. ” A esses pequenos “pacotes” de energia Max Planck deu o nome de quantum e significa “quantidade”, passando a ideia de unidade mínima, indivisível; já que o quantum seria uma unidade definida de energia proporcional à frequência da radiação. Atualmente um quantum é chamado de fóton.
 	Com isso Bohr pôde concluir que enquanto o elétron está numa determinada orbita, sua energia é constante. Se o elétron receber energia suficiente, ele saltará a uma orbita com energia superior. Ao retornar a sua orbita de origem, o elétron emite, na forma de ondas eletromagnéticas, a mesma quantidade de energia absorvida. Porém o modelo atômico de Bohr tornou-se obsoleto. Erwin Schrödinger, um físico austríaco, tomou o modelo de átomo de Bohr um passo adiante. Schrödinger usou equações matemáticas para descrever a probabilidade de encontrar um elétron em uma determinada posição, seu modelo ficou conhecido como mecânico quântico do átomo introduziu o conceito de níveis de sub-energia.
Esses conhecimentos nos ajuda a entender a luz, que tem energia, apresenta caráter de onda e de partícula. A quantidade de energia presente na luz é proporcional ao número de fótons, mas inversamente proporcional ao comprimento de onda. Quando a luz passa de um meio para outra sua velocidade altera e ocorre variação na frequência da onda. O comprimento de onda está relacionado com a velocidade e frequência. Assim os fótons vibram com uma frequência v e transportam uma energia como Bohr tinha concluído. A variação no comprimento de onda é detectada pelos fotorreceptores presentes na retina e o cérebro interpreta, para cada comprimento de onda da região do visível, relaciona-se a uma cor complementar. As cores na visão humana variam do vermelho ao violeta.
O experimento a ser analisada a frente conhecido como teste da chama mostrará as diferentes cores das chamas com diferentes sais, basicamente a diferença das cores está relacionada com o comprimento de onda e as frequências que variam para cada cor. As variações do comprimento de onda de cada cor foram anotadas e os cálculos para saber a energia da onda através da fórmula química. O que Bohr propôs serve de explicação para os fenômenos que serão apresentados no teste da chama. 
Objetivo
	Verificar o intervalo de comprimento de onda emitido pelos metais por meio do teste da chama.
Procedimento experimental
Materiais:
Bico de Bunsen 
Bastão de vidro
1 espátula
3 béqueres de 50 ml
Algodão
Fósforo
Álcool etílico
Cloreto de lítio
Cloreto de sódio
Cloreto de potássio 
Cloreto de magnésio
Cloreto de cálcio
Cloreto de estrôncio
Cloreto de bário
Cloreto cúprico
Metodologia
Foi necessária a organização dos materiais na bancada para realizar o experimento. Separar os elementos no seu devido lugar e colocar um pouco de álcool etílico no béquer. Um pedaço de algodão foi enrolado no bastão de vidro e depois mergulhado no béquer contendo álcool, em seguida no algodão com álcool foi colocado um pouco de sal disponibilizado na bancada, o primeiro Cloreto de lítio. Para observar a cor da chama liga-se primeiro o bico de Bunsen e coloca o bastão com algodão contendo sal na chama. Após a observação foi retirado o algodão do bastão com auxílio de papel e colocado no Becker.
Todos os procedimentos supramencionados foram repetidos alterando apenas os tipos de sais seguindo a seguinte ordem: cloreto de potássio, cloreto de sódio, cloreto de cálcio, cloreto de magnésio, cloreto de estrôncio, cloreto de bário e cloreto de cobre.
Aparelhagem utilizada:
Bastão de Vidro
 
Béquer
Bico de Busen
Resultado e discussão:
Tabela de Resultado
	Metal 
	Cor da chama 
	Variação do comprimento de onde 
	Energia da onda 
	Lítio 
	Vermelho 
	720nm a 630nm
	Entre = 2,76. 10 -19 J/ 3,15.10-19 J
	Sódio
	Amarelo 
	580nm a 545nm
	Entre = 3,42.10-19 J/3,64.10-19J
	Potássio 
	Violeta 
	400nm a 450nm
	Entre = 4,97,10-19/4,42.10-19
	Magnésio 
	Branca 
	Todas 
	 //
	Cálcio 
	Vermelho 
	720nm a 630nm
	Entre = 2,76. 10 -19 J/ 3,15.10-19 J
	Estrôncio 
	Vermelho 
	720nm a 630 nm
	Entre = 2,76. 10 -19 J/ 3,15.10-19 J
	Bário 
	Laranja 
	630nm a 580 nm
	Entre= 3,15.10-19 J/ 3,42.10-19 J
	Cobre (II)
	Verde
	530nm a 510 nm
	Entre = 3,75.10-19 J/3,9.10-19 J
 
Cálculos 
	Para realizar esse tipo cálculo precisa-se saber a energia da onda, utiliza-se duas constantes “h” que é igual a 6,63.10-34 (cte de Plank) e de “v” que é a velocidade da luz (3,00.108) e o comprimento de onda h.v/ λ(h= cte de Plank, v= velocidade da luz e λ = comprimento da onda). Para descobrir qual é o comprimento da onda de cada matéria deve- se observar a cor da chama que e a matéria libera. Por exemplo o lítio que tem a chama vermelha de acordo com espectro visível da luz, observa-se que o comprimento de onda está entre 720nm e entre 630nm, para calcular a energia da onda do Lítio deve-se usar a formula h.v/ λ que será igual a 6,63.10-19 X 3,00.108 ÷ 720.10-9 (sempre coloca o comprimento de onda em notação científica) que será igual a 2,76. 10 -19J, depois de ter feito isso deve-se fazer de novo o cálculo utilizando a mesma fórmula usando o 630nm pois a variação do comprimento de onda para a cor vermelha esta entre 720 nm e 630nm. A de 630nm será igual a 3,15.10-19 J assim, a energia liberada do comprimento da onda do Lítio será entre 2,76.10-19 e 3,15.10-19 em Joules. Para calcular a energia de cada onda utiliza-se a formula h.v/ λ. Foram calculadas as outras cores da mesma forma os resultados estão apresentados na tabela acima.
Observações:
Para verificar a cor da chama houve uma certa dificuldade pois o etanol estava queimando também isso causou uma certa dificuldade na identificação da cor apresentada pelos sais, com a repetição do experimento tornou-se mais clara a cor da chama.
O Teste da Chama é um importante método de identificação, principalmente de cátions metálicos, utilizado na análise química. Neste ensaio, ocorrem as interações atômicas através dos níveis e subníveis de energia quantizada. Quando um objeto é aquecido, ele emite radiação, que pode ser observada através da sua cor.
	
Roteiro para a discussão 
Ilustre o espectro eletromagnético e descreva a teoria de atômica Bohr.
Resposta:
Teoria atômica de Bohr: o átomo de Bohr é um modelo que descreve o átomo como um núcleo pequeno e carregado positivamente cercado por elétrons em órbita circular. Os elétrons que circundam o núcleo atômico existem em órbitas que têm níveis de energia quantizados. A energia total do elétron (cinética e potencial) não pode apresentar um valor qualquer e sim, valores múltiplos de um quantum. Quando ocorre o salto de um elétron entre órbitas, a diferença de energia é emitida (ou suprida) por um simples quantum de luz (também chamado de fóton), que tem energia exatamente igual à diferença de energia entre as órbitas em questão. As órbitas permitidas dependem de valores quantizados. Mais o modelo proposto para o Bohr só foi possível graças as descobertas da época de radiação propostas por Albert Einstein e Max Plank. 
Pesquise na literatura os comprimentos de onda e as energias relacionadas às emissões observadas. 
Resposta: De acordo com o Espectro visível da luz podemos ver que depende do tipo da cor da luz queo material libera ele terá uma energia grande o menor quando mais vermelha mais fraca será a energia dela seria também como um fogo mais fraco e quando estiver mais pro azul terá uma energia maior como um fogo mais quente então vai depender do seu comprimento de onda como será a energia do matéria.
Pesquise a definição de: (I) Fosforescência e (II) Luminescência. Cite exemplos para cada definição.
Resposta: Fosforescência, trata-se do fenômeno pelo qual certos elementos químicos como o fósforo emitem luz no escuro. Devido a uma configuração especial de seus elétrons, eles absorvem a energia da luz visível ou luz ultravioleta. Quando os átomos recebem essa energia, seus elétrons são ativados e passam a irradiar luz, mesmo no escuro. Depois de um determinado tempo, não mais que alguns minutos, os elétrons voltam ao seu estado normal e param de emitir luz. É o que acontece com os interruptores, nas tintas fosforescentes usadas em placas de sinalização de rodovias, interruptores elétricos e mostradores de relógios. O processo também é usado em tubos de televisão, e em detectores de partículas elementares. Luminescência é a emissão de luz por uma substância quando submetida a algum tipo de estímulo como luz, reação química, radiação ionizante. A luminescência é a geração de luz, sem calor.
Existem duas principais variedades de luminescência, fluorescência e fosforescência, que se distingue pelo atraso na reação à radiação eletromagnética externa. Vaga-lumes produzir luz por meio de reações químicas que ocorrem dentro de seus corpos. Eles converter um composto conhecido como luciferina de uma forma para outra. Como ocorre esse processo, a luz é emitida.
Os fogos de artifícios são fabricados adicionando-se a pólvora outros compostos responsáveis por conferir a cor a eles. Ao serem acionados, os fogos de artifício apresentam diferentes cores, como: amarelo, vermelho, roxo, entre outros.Com base nessas informações, você já imaginou qual (quais) composto (s) são os responsáveis pelas diferentes cores visualizadas no céu?
Resposta: Os fogos de artifício, tem um efeito, esse efeito se deve à queima de diferentes elementos químicos. Cada íon existente na composição das substâncias utilizadas ou formadas na combustão da pólvora emite uma luz com uma cor característica, quando submetidos à ação de uma chama. Alguns exemplos: Arsênio – azul; Sódio – Amarelo; Potássio – Azul ou púrpura; Estrôncio – Vermelho; Magnésio – Branco ou prata; Lítio – vermelho ou magenta; Bário – Verde; Ferro – Dourado; Cálcio – Amarelo; Alumínio – Branco; Cobre – Verde;
Você conhece as pulseirinhas distribuídas em festa, também conhecidas como ‘’pulseira de neon’’? Já pensou como elas funcionam? Qual sua composição? Por qual motivo precisamos ‘’bater’’ nelas para que começassem a brilhar?
Resposta: As pulseiras de neon, são bastões de plástico preenchidos com uma solução química (corante e um derivado do éster de fenil oxalato). Dentro dessa solução existe uma ampola de vidro que contém uma outra solução (peróxido de hidrogênio concentrado a 35%). Quando a pulseirinha é dobrada, você está nada mais, nada menos que quebrando a ampola de vidro e misturando as duas soluções. Essa reação ocorre ao juntar das duas soluções é chamada de quimiluminescência. (A pulseirinha contém basicamente luminol e água oxigenada. A reação que ocorre é a oxidação do luminol). Essa quimiluminescência é uma reação com muita energia em forma de luz e não emite pouquíssimo calor. O tempo de brilho varia de 4 a 6 horas, porém depende também das condições do local, exemplo: locais com alta temperatura, a pulseira brilha forte.
Conclusão 
 A evolução dos modelos atómicos tornou-se importante para entender a natureza da luz, especialmente o modelo de Bohr, apesar de não ser o modelo atómico atual contribuiu para explicar o experimento do teste da chama. Observa-se que quando um elétron recebe energia ele salta para uma orbita mais externa. E a quantidade pacote de energia absorvida e bem definida (quantum) que é equivalente á diferença energética entre as camadas. Quando um elétron esta no estado excitado ele volta para a sua orbita estacionaria liberando assim energia na forma de ondas eletromagnéticas (luz) de frequência característica do elemento desse átomo. Bohr então propõe que o átomo só pode perder energia em certas quantidades discretas e definidas, e isso sugere que os átomos possuem níveis com energia definida. Essas teorias de Bohr hoje são comprovadas a partir de cálculos e experimentos. A colaboração de Bohr e de outros estudiosos contribuíram para entendermos a luz, as cores e hoje tais conhecimentos são usados em objetos que encontramos no nosso dia-a-dia. 
Referências bibliográficas
http://franquimica.blogspot.com.br/2009/07/fosforescencia-fluorecencia-e.html
http://www.portalsaofrancisco.com.br/quimica/luminescencia
http://biomundi.blogspot.com.br/2009/09/como-funcionam-as-pulseiras-de-neon.html
http://alunosonline.uol.com.br/quimica/fogos-artificio.html