PRÁTICA transições eletrônica e cores

1 P R Á T ICA 01- Tr a n s iç õe s E l e tr ô n i cas e Cor e s INT R ODUÇÃ O O pr im e i ro m ode l o at ô mic o des e nv o lvi do co nf or m e co nh ec im e nt os da m ec â ni ca qu â nt i ca e n ão c lá ss i ca f o i f e i to pe l o fí s i co d i na m a r q u ês N i e l s B o h r . E m 1913, B o h r i m a gin o u q u e de v e r i a m e xis t i r pr i nc í p i os fí s i cos a i nda n ão est u dado s, q u e de scr e v es se m o com po rt a m e n t o dos e l ét ro n s n os áto mos . B o h r co m e ço u ad m i t i n do q u e um gás e m it e l uz q u a n do é at i ngi do por um a desca r ga e l ét r i ca, de vi do ao f at o de que os el ét ro ns de se u át o mo ab sor v e m ess a e n e r gi a e, e m se gui da, l ibe ra m - n a e m for m a de luz . A t ra v és de estu dos, propô s que um e l é t r o n e m um á t o m o, pode t e r so m e nt e cer t os v a l ores o u cer ta s q u a nt i dade s es pec íf ic as de e n er gi a, o u sej a, e s sa e n er gi a é q u a nt i z ada , po is um e l ét ro n não pode t e r um a q u a nt i dad e q u a l q u e r de e n er gia , m as ape n as c ert a s q u a n t idade s per m i t i da s. [1] B o h r es t abe l ece u q u e um át o m o poss ui um co n j unto de e n er gi as q u a nt iza das par a se u s e l ét ro ns, q u e são c h a m ados de ní v e is de e n er gi a (F i gura 1 ), e ca da um des se s ní ve i s poder á t er um núm er o má xim o de e l é t r o n s. Q u a n do t odos os e lé t ro n s do áto m o e st ão n os nív e i s de e n er gia ma is ba i xos q u e lh e s s ão d i spo ní ve i s, d ize m os q u e o át o mo e st á n o se u es t ado fun da m e n ta l. Q u a n do um á t o m o abso r v e e n er gi a, a lgun s de s e us e l é t ro n s sa e m do se u ní ve l de e n er gia e sã o l e v ados par a um ní v e l m a i s a l t o de e n er gia . Q u a n do i ss o oco rr e, d i ze m os q u e o át o mo e st á num e s t ado e x c it ado. A o v o l tar e m pa r a os se u s ní ve i s i nic ia i s d e e n er gi a, os e l ét r o ns e mi te m a e n er gi a adq ui r i da a nt er ior m e n te . [ 1] ht tp : // rep os i t orio.roc a.utfp r.edu.br/j s p ui/ bit s t rea m/ 1/303/ 1/PB_CO Q UI_2011_1_08.p df F i g ur a1 - Mode l o A tô m ic o d e B o hr U m a das a p l i cações do m ode l o a t ô mi co de B o h r é o T es t e de C ha m a. A l uz é c o m pos t a por r ad ia ções e le t ro m a gn é t i ca s o n d ul a tórias . T odas a s r ad iaç ões e l et ro m a gn é t i cas vi aja m n o v ác u o a uma v e loc i d ade de 3,00x 10 8 m / s, e es ta v e l o c i dade é r epr es e nt ada pe l a co n st a nte c , se n do c h a mada de v el oci dade da luz . [ 3 ] A s car act e r í s t i ca s o n d ul atór i as d a ra d i açã o e l e t r o m a gnét i ca se de v e m às o sc il ações per i ód i c as e nt re o ca m po m a gn é t i co e o ca m po e l é t r i co. I st o dá or i ge m a d u as car act e r í s t i ca s da on da : o co m p r im e n to e f req ü ê n c ia . Se o com p r im e n to da on d a é l o ng o, s u a fr eq u ê n c ia ser á ba i x a ; se a f req uê n c i a d a o n da é a lt a, se u co m p r im e n to ser á cu r t o. D es ta f or m a, pode- s e d i zer q ue a fr eq u ê n c i a d e um a o n da e l e tr o m a gnética é 2 i nver sa m e n t e p ropor c io n a l ao s e u co m p r im e n t o e d i re t a m e nt e pr oporc i o n a l à r a z ão e nt re a v e l oc i dade d a luz e o co m pr im e nt o de o n da. [4] F i g ur a 2 \u2013 R e l açã o e nt re o c o m pr im e nt o e a fr eq u ê n c ia de um a o n d a. Qu a nt o m a i or o co m pr im e n t o, ma i s ba i xa a f req u ê n c ia ; q u a nto m e n or o co m p r i me n t o, m a s a l ta a f re q u ê n c ia. A f r eq u ê n c i a é e x pr es sa e m c i c l o s por s e gun do, e a s u a uni dade é o H e rt z ( Hz ) . Est a uni d ade eq ui v a l e ao i nvers o de um se gun do, o u se ja : É a fr eq u ê n c i a da luz q u e de t er mi na a s u a co r . N oss os o l hos de te ct a m d if ere nte s cor es porqu e e l es re spo n de m de f or ma d i fer e n t e a cada f req ü ê n c ia [4] . Ap e n as um a es t re it a f a i xa de f req u ê nc i as e de co m pr i me ntos de o n da , é vis íve l ao o l h o huma n o. É o ch a m ado es pect ro da l u z v is í v el . O es pect ro vi s í v e l pode ser s u bd ivi d i do de ac o r do co m a cor , co m v e r m e l ho n os co m pr im e n t o s de o n da l o ng os e vio l e t a para os co m pr im e nt os de o n da m a i s c urt os, conf o r m e i lus tr ado n a f i gur a 3 aba i x o. [5] 3 ht tp : // w w w . p i bi d.uf p r.br/p i bi d_ne w/up l oads/qui mi ca 2009/ arqui vo/ 312 /E X P ERIM ENT O _ P A T RICIA_S ILV A .p df F i g ur a 3 - Espectro de Luz V i s í v e l A f req u ê n c ia e o co mpr i m e n t o da r ad i aç ão e l e t ro m a gnét i ca est ão d i re t a m e nte l iga dos à en e r gi a ab s or vi d a pe l o c or po d u ra nt e o aq uec im e n to. A fi gura 4 m os t ra a re l ação e ntr e a en e r gi a e a f req u ê n c ia da o n da e l et ro m a gn é t i ca : ht tps:/ /e ns ina ndoqui m i c a.fi l es.w ordp ress .com / 2011/ 03/quc 3adm ic a - inor g c3a 2n ic a- aul a -01.p df F i g ur a 4 - R e l ação e nt re a e n e r gi a e a f req u ê nc i a de um a o n da. Max P la n ck propô s q u e a e n e r gi a e ra l i berad a o u abs or vida pe l os át o mos dos corpos aqu ec i dos e m \u201c pacotes \u201d de e n e r gi a de v a lor e s mí nim o s, a os q u a i s P l a n ck c h a m o u de quant um e qu e a en e r gi a de um único quant um é i gu a l à f re q uê n c i a da o n da e l et ro m a gn é t i ca m ult i p li cada por um a co nst a nt e. E st a co n s ta n t e, r epr ese ntada por h é conh ec i da co m o const ant e de Planck . E s t a co nst a nt e te m v a l or i gu a l a 6,63. 10 - 34 J.s . D e a cor do co m P l a nck, a e n e r gi a é e m itida o u absor vi da por um co r po e m múl t ip l os de hv . Por t an t o, a e n er gi a de um único quant um é igua l a : [ 5] Conf or m e t u do o q u e fo i d i t o, te m os : E= h. c / \u03bb O n de : E = e n er gia h = co n s ta n t e d e P l a n ck 4 c= v e l oc i dade d a luz \u03bb= co m pr im e n t o de o n da E stas te or ias f o ra m co m pro vadas a tr a v é s de cá lc ul o s e e x per i m e n t o s, co m o o T es te de Ch a m a q u e co n s i s t e e m um a t éc ni ca e l e m e n ta r de vi a s eca . A f i m de co m p ree n der a s oper açõe s e nv o l vidas n os e n sa i os de co lor ação da c h a m a e o t es t e co m pé ro l as ( re a çõe s de via se ca ) a ser e m desc r i to s n a seq uê n c i a e n o pre se n te r e l at ó r i o, é nec ess á r i o t e r c onh ec im e nt o da est r ut u ra da cha m a n ão - l um inos a do bi co de Bun se n . (F i gura 5) Fon t e: h t t p : // farm ac i a eb i o m ed i c i n a.bl o g s p o t .co m .b r / 201 0 / 0 7 / q u i m i c a - an a l i t i c a.h t ml F i g ur a 5 : R e gi ões da c h a m a do B i co de B un se n U m a c h a m a não - lum inos a co n s i st e e m t rê s par t e : um co n e int er n o a zul , co n te n do pr in c i pa l m e nte o g ás n ão q u e im ado; uma po nta lum ino sa; um m a n to e x t er n o, n o q u a l se t e m a co m b u s tão c o m p le t a do g ás . A m a i s ba i xa te mpera t u ra e st á n a b ase da c h a m a, q u e é e m pre g ada par a te s t ar s u b s t â n c i as v o l át e i s. A par te ma i s q u e n t e é a z o n a de fu são, ap l i cada para e n s a i os de fu são das s u bs t â n c i as . A z o n a oxi da n t e i nf er i or pode ser u sada par a o xi daç ão de s u b st â n c ia s d i ss o l vi das e m pé ro l a s de bór a x , car bo n a t o de s ód i o o u sa l m i crocó s m i co. A z o n a oxi da n t e s u pe r i or é a ponta n ão - lum i no sa da ch a m a, pe l a g ra n de qu a nt i dade de o xigê ni o n ão é t ão q u e nt e q u a nt o a i nfer i o r. P ode s er u sa da par a t odo s os pr oces sos de o xi d ação n as q u a i s n ão é n ece s sár i a um a t e m pe r at u r a tã o a lt a. A z o n a r edut ora s u per i or é r i ca e m c ar bo n o, u sad a para r ed uzi r e spe c i a lm e n t e ó xi dos a m e ta l . A z o n a r ed utor a inf er i o r n e l a os g as es red u t o r es se mi s t u ra m co m o o xi gê ni o do ar , é um a z o n a r ed u t o ra de m e n o r poder e pode s er u s ada pa r a r ed u ção de bóra x fund i do e pér o l as se m e l h a nt es. [ 6] A g ora pode mos v o lt ar a os e n sa i o s de vi a sec a : T es t e de C h a m a e Pér o l a d e B ó r a x: T e s t e d e C h a m a O te st e de c h a m a o u pro v a da c h a m a é um p r oced i me n t o ut il iz ado e m Q uí m ic a par a det ect a r a pre se n ça de a l gun s í o n s me t á li cos, bas eado n o es pec t ro de e m is são car act e r í s t i co par a cada e l e m e n t o. Base i a- se n o fat o de q u e e l e m e n to s q u a n do s u j e i to s a um a e le v ada t e m pe r at ura ( co m o a c h a m a o xida n t e do Bi co de B un se n) abs o r v e m 5 en e r gi a e m f o r m a de ca l o r e est a f a z co m q u e se u s í o n s m et á l i cos (c át i o ns) sa l te m de se u es t ado f un da me n t a l d e ener gi a ao es t ado e x c i tado de m a i or e n er gia (s a lt o q u â n t i co) e ao v o lt are m a se u es t ado me n os e ner g ét i co e mi t e m rad i ação e m f o r m a de l uz, s e n do obse r v ado e m for m a de cor n a c h a ma . [ 2] Cada cát i o n e m ite um a r ad i ação e c or c ar act e r í s t i ca, co m o m o st rado na ta be l a A ab a i x o : E l e m e n t o C o r d a l uz e m it i d a L í t io V er m e l h o Sód i o A m ar e l o P ot ás s io V i o le t a C álc io L ar a nj a E s t r ô n c i o V er m e l h o Bár i o V erde F e rr o L ar a nj a C obr e V erde C ob a l to A zul T a b e l a A - C or es da r ad i a ção e mi t ida por a l guns e l e m e ntos . En s ai os d a P é r o la d e B ór ax. O u tr a re ação por vi a sec a são e nsa i os da Pér o l a de B óra x . E ss e e nsa i o co ns i s t e n a f o r m ação d a Péro l a d e B ó r a x co m a s u bst â n c ia q u e co nt é m o m et a l q u e se r á a n a li sado. O en sa i o é re a l iz ado co m um fi o de p l a t i n a ( co m o o ut il i zado n o Test e de C h a m a ), o fi o de p l at i na é aq u ec i do n a c h a m a do b ico de Bun se n e e nt ão me r gulha do e m B óra x pul ver i zado N a 2 B 4 O 7 . 10H 2 O . O sól i do adere nte é m a nt i do n a r e gi ão m a i s q u e nte da ch a m a. O sa l in c ha- s e ao pe rde r á gu a d e c r is t a l iza ção e co n tr a í - s e n o fi o, f o r m a n do um a pér o l a inco l or, q u e se co m põ e de um a m is t u ra de m et abor at o d e sód i o e a ni dro bó r i co. [ 6] Na 2 B 4 O 7 = 2NaB O 2 +B 2 O 3 En t ão a pér o l a é um edec i da e m er gul hada e m um a peq u e n a q u a nt i dade da s u bst â n c i a. Pr im e i ro, a pér o l a e a su bs t â n c i a ade r e n t e sã o aq u ec i das n a c h a m a r ed u tor a m a i s ba ixa; 6 de i x a- se es fr i a r e obs er v a- se a cor . E l a s s ão, e n t ão, aq u ec i d as n a c h a m a o xi da nt e m a i s ba i x a; de i xa- se es f r i ar e ob se r v a- s e a c or o ut r a v e z. A s péro l as ca ract e r í s t i c as sã o p rod uzi da s co m s a i s de cobre, fe r ro, c ro m o, m a ng a n ês, coba l t o e níq u e l . A s péro l a s co l or i d as de bór ax sã o de vi da s à f o r m ação de borat o s co l or idos ; n os cas os e m q u e a s d i fere n t es p ér o l a s co l o r i das s ão obt i das n a s c h a m a s o xi da nt es e r ed u t or as, sã o pr oduzi dos bo rat os corr e spo n de n te s a v ár i os es t á gi os de o xi dação. Por e xe m p lo, co m sa l de cobr e na c h a m a o xi da n te, te m o s : Na 2 B 4 O 7 = 2NaB O 2 +B 2 O 3 C uO+B 2 O 3 = C u(BO 2 ) 2 ( Met abor at o de cob re I I ) N a ch a m a red utor a ( na pres e nça de ca r bo n o ) pode aco r re r : o sa l de cob r e I I co l o r i do é r eduzi do a m et abo ra t o de cob re I i nco l or : 2C u(BO 2 ) 2 +2NaB O 2 +C = 2C u B O 2 +Na 2 B 4 O 7 +C O \u2191 E o bor at o de cobre II é red uzido a cobr e m etá li co, de ta l m odo qu e a péro l a apar ece v er m e l ha e opa ca : [6] 2C u(BO 2 ) 2 +4NaB O 2 +2C = 2C u +2N a 2 B 4 O 7 +2C O \u2191 Me t al C h a ma oxid a n te C h a ma r e du t o r a Cobre V erde q u a n do q u e nt e, a zul qu a n do f r i a. I n co lor q u a n do q u e nt e, v er m e l h o op aco q u a n do f r i a Fer ro Mar ro m a m are la da o u v er m e l ha q u a n do q u e n t e e a m ar e l a q u a n do f r ia V erde q u a n do q u e nt e e f r i a Crom o A m ar e l o es c u ro q u a n do qu e nte e v erde q u a n do f r i a V erde q u a n do q u e nt e e f r i a. Mang a nês V i o le t a q u a n do q u e n t e e f r i a. V erde q u a n do q u e nt e e f r i a Cobalt o A zul q u a n do q u e nte e fri a A zul q u a n do q u e nt e e fri a N í q u e l Mar ro m a v e r m e l hada qu a n do f r i a Cinz a o u p ret a q u a n do f r ia T a b e l a B : Cores das pér o las dos m et a i s e m c h a m a r ed u to ra e o xi da nt e. [ 6 ] 7 R E FE R Ê N C I AS BIBL I OG R Á F I C A S [ 1] RU S SEL , Jo hn B . Q u í mi ca Ge r al . v 1. 2. ed. São Pa ul o : Mak r o n B ook s, 1994. [ 2] D i spo ní ve l e m : h t t p :/ / w w w .po n t oc ie n c i a.or g .br /e x per im e nt os - i nt er n a.p h p ?e x per i me nto=160&T E STE + DA +CH A M A #t op A cess o e m 24/03 /2015 ás 15 h 13 m in. [ 3] B R O WN , T . L ; LE M A Y , H . E . ; B U R S TE N , B . E . Quí m i ca: a ci ênci a cent r al . T raduç ão de R ob so n Ma tos . São Pa ul o : Pear so n P re n t i ce H a l l, 2005. [ 4] A T K IN S, P.; JON E S, L . P ri ncí pi os de Qu í m i ca: Q ues t i on ando a Vi da M oderna e o M ei o A m bi ent e. 3 ed. Port o A l e g re : B ook m a n , 2006. [ 5] Ener gi a e o Espectro Ele t ro m a gn é t i co D i spo ní ve l e m : w w w . uff .br/ f i s i coq ui mi c a/ doce nt es/ k at ia l ea l /d i dat i co/ C a p it ul o _ 2 .pd f A cess o e m 24/03 /2015 ás 15 h 26 m in. [ 6] V O G E L , A . I. Q u í mi ca An a lí t ica Q u a l it a ti va . 5 ed. r e v . São Pa ul o : Mes t re Jo u , 1981. ( V o u i m pr i mi r as im a g e n s para a n e x a r o u m es m o co l ar n o re lat ó r i o )

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