Aula-2-Espectrofotometria-UV-VIS-Aula-Fernanda-1

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Espectrofotometria UV-VIS 
 
QUÍMICA ANALÍTICA V 
ESTAGIÁRIA A DOCÊNCIA: FERNANDA CERQUEIRA M. FERREIRA 
PROF. DR. JÚLIO CÉSAR JOSÉ DA SILVA 
 
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Conceitos Básicos 
 Espectroscopia: É o estudo de sistemas físicos pela radiação eletromagnética 
com a qual eles interagem ou que eles produzem; 
 
 Espectrometria: É a medida de tais radiações como um meio de obter 
informações sobre os sistemas e seus componentes; 
 
 Espectrofotometria: É o tipo de espectrometria que mede as intensidades das 
radiações emitidas ou absorvidas pelos sistemas em análise. 
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IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, Gold Book, 2012. 
Conceitos Básicos 
Os métodos espectroscópicos podem ser classificados de acordo com a região do 
espectro eletromagnético envolvida na medida. 
As regiões espectrais que têm sido empregadas incluem os raios γ, os raios X, 
ultravioleta (UV), visível, infravermelha (IV), microondas e radiofreqüência (RF). 
Os métodos espectroquímicos têm provido ferramentas amplamente empregadas 
para a elucidação de estruturas moleculares, bem como na determinação 
qualitativa e quantitativa de compostos orgânicos e inorgânicos. 
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Conceitos Básicos 
 
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Luz Matéria 
Diferentes substâncias interagem de 
forma diferente com a RADIAÇÃO 
ELETROMAGNÉTICA 
Conceitos Básicos 
 A radiação eletromagnética é uma forma de energia que é transmitida através do espaço a 
grandes velocidades. 
 Quando se lida com fenômenos como a reflexão, refração, interferência e difração, a radiação 
eletromagnética é modelada de forma conveniente como ondas constituídas de um campo 
elétrico e um campo magnético oscilantes e perpendiculares entre si. (a) 
 O campo elétrico para uma dada frequência oscila de forma senoidal no espaço e no tempo, 
como exposto. (b) 
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Conceitos Básicos 
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Amplitude (A) de uma onda é uma quantidade 
vetorial que fornece a medida da intensidade do 
campo elétrico ou magnético no ponto de máximo 
da onda. 
Comprimento de onda (λ) é a distância linear 
entre dois máximos ou mínimos sucessivos de uma 
onda. 
Período (p) é o tempo em segundos necessário 
para a passagem de dois máximos sucessivos ou 
dois mínimos por um ponto fixo no espaço 
• Características das Ondas 
Conceitos Básicos 
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Frequência (ν) é o número de oscilações do 
vetor campo elétrico por unidade de tempo e 
é igual a 1/p. Uma oscilação por segundo é 
chamada de um Hertz (1Hz): 
106 s-1 = 106 Hz = 10 MHz 
A velocidade (c) de propagação é dada 
por: 
c = λ.ν 
cvácuo = 299.792.458 ms
-1 = 3,00 108 ms-1 
• Características das Ondas 
Conceitos Básicos 
 
 Ao mudar-se o meio de propagação, a frequência permanece constante, mas a velocidade não. 
 
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O índice de refração (η) de um meio mede a extensão da interação entre a radiação eletromagnética e o 
meio através do qual ela passa 
 
Ele é definido como: η = c/ν 
ηvácuo = 1 ηágua = 1,33 ηar = 1,000293 
 
Em um meio contendo matéria, a luz move-se com velocidades menores por causa da interação entre o 
campo eletromagnético e os elétrons dos átomos ou moléculas do meio. Uma vez que a frequência da 
radiação é constante, o comprimento de onda deve diminuir quando a luz passa do vácuo para um meio 
contendo matéria (c = λ.ν) 
• Características das Ondas 
Conceitos Básicos 
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• Características das Ondas 
Conceitos Básicos 
 
 Em muitas interações entre radiação e matéria, é mais útil considerar a luz como constituída 
por fótons. 
 
 Podemos relacionar a energia de um fóton com seu comprimento de onda e frequência 
através da seguinte equação: 
E = hν = hc/λ 
Onde h é a Constante de Planck (h = 6,63 10-34 Js) 
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• Características das Ondas 
Conceitos Básicos 
 
 O espectro eletromagnético cobre uma faixa enorme de energias (frequências) 
e, portanto, de comprimentos de onda; 
 
 
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Observe que a parte visível, a 
qual nossos olhos respondem, é 
somente uma parte diminuta do 
espetro total 
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Radiação Ultravioleta: é a radiação de freqüência 
mais alta do que a da luz violeta. Seu comprimento 
de onda é inferior a 400 nm. 
Radiação Infravermelha: é a radiação que 
conhecemos como calor, tem uma freqüência 
mais baixa e um comprimento de onda maior 
do que a luz vermelha. Seu comprimento de 
onda é maior do que 800 nm. 
Radiação Visível: é aquela que os nossos olhos enxergam, 
ou seja, corresponde a radiação eletromagnética com 
comprimentos de onda no intervalo de 400 à 800 nm. 
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Na figura abaixo: regiões do espectro eletromagnético que são empregadas em análises espectroscópicas. Também estão 
expostos os tipos de transições atômicas e moleculares que resultam das interações da radiação com a amostra. 
A radiação de baixa energia empregada na ressonância nuclear magnética (RNM) e ressonância de spin eletrônica (RSE) 
causam alterações sutis, tais como mudanças de spin; a radiação de alta energia empregada na espectroscopia de raios γ 
pode produzir efeitos muito mais drásticos, como alterações na configuração nuclear. 
Medidas Espectroscópicas 
 Empregam-se as interações da radiação com a matéria para obter informações sobre uma 
amostra. 
 A amostra é estimulada de alguma forma, aplicando-se energia na forma de calor, energia 
elétrica, luz, partículas ou por uma reação química. 
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Antes de se aplicar o 
estímulo 
• O analito se encontra 
predominantemente em seu 
estado de energia mais baixo 
ou estado fundamental 
Depois de aplicar o 
estímulo 
• Algumas das espécies do 
analito sofrem uma transição 
para um estado de maior 
energia ou estado excitado 
Medidas Espectroscópicas 
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Maior 
Energia da 
molécula 
Menor 
energia da 
molécula 
Emissão 
de 
Fótons 
Absorção 
de 
Fótons 
Obtêm-se informações sobre o analito 
medindo-se a radiação eletromagnética 
emitida quando este retorna ao estado 
fundamental ou a quantidade de radiação 
eletromagnética absorvida decorrente da 
excitação. 
Medidas Espectroscópicas 
 
- Amostra é estimulada; 
- Antes do estímulo, o analito se encontra no estado 
fundamental (menor energia); 
- Estímulo faz com que espécies do analito sofram 
uma transição para um estado excitado (maior 
energia); 
- Resultados expressos através de um espectro 
(gráfico). 
 
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Processos de Emissão 
Medidas Espectroscópicas 
 - Uma parte da radiação incidente pode ser absorvida e promover algumas das espécies do 
analito para um estado excitado; 
 
 
 
 
 
 
 - Espectroscopia de absorção: mede-se a quantidade de luz absorvida em função do 
comprimento de onda (informações qualitativas e quantitativas da amostra). 
 
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Processos de Absorção 
Medidas Espectroscópicas 
 Espectroscopia de fotoluminescência: a emissão de fótons é medida após a absorção 
(fluorescência e fosforescência) 
 
 
 
 
 
 Foco: Espectroscopia de absorção na região UV/Visível: largamente empregada em química, 
biologia, ciências forenses, engenharia, análises clínicas, dentre muitos outros campos. 
 
 
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Espectrofotometria UV-Vis 
 Quando a radiação é absorvida por uma amostra, há uma diminuição na 
intensidade do feixe incidente; 
 Esta diminuição é dependente da natureza da amostra, assim como da 
concentração do analito; 
 O campo elétrico das radiações eletromagnéticas interage com átomos, 
moléculas e íons da amostra de certa forma que alguns comprimentos de onda 
são seletivamente absorvidos; 
 Por isso, isso, a espectroscopia pode ser utilizada como uma ferramenta 
qualitativa ou quantitativa. 
 
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Espectrofotometria UV-Vis 
 
 
 
 
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- Luz Monocromática: Luz de comprimentode onda único. 
 
- Portanto, antes de ser irradiada sobre a amostra, o feixe de luz passa por um 
monocromador. 
 
- P0 é a intensidade da radiação incidida e P é a intensidade da radiação 
transmitida. 
Espectrofotometria UV-Vis 
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Espectrofotometria UV-Vis 
 - Perdas por reflexão ou espalhamento podem ocorrer nas 
paredes das células, podem ser perdas substanciais; 
 - A luz pode também ser espalhada em todas as direções a 
partir da superfície de moléculas grandes ou de partículas 
(como poeira) presentes no solvente, e esse espalhamento 
pode causar uma atenuação adicional do feixe quando este 
passa através da solução; 
 - Para compensar para esses efeitos: uso do branco (potência 
que atravessa uma célula contendo somente o solvente ou o 
branco dos reagentes); 
 - Cubeta deve estar sempre limpa e ser constituída de 
material que não absorva na faixa de trabalho do UV-Vis. 
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Lei de Lambert-Beer 
De acordo com a lei de Beer, a absorvância é diretamente proporcional à 
concentração da substância absorvente (c) e também ao caminho óptico (b) 
 b: distância percorrida pelo feixe. 
 
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Lei de Lambert-Beer 
 A = ε.b.C 
 b é o caminho óptico, cm 
 c é a concentração do analito, mol L-1 
 ε é a absortividade molar, L mol-1 cm-1 
 
 Intrínseco a cada substância e possui valores diferentes para diferentes 
comprimentos de onda. 
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Lei de Lambert-Beer 
 Lei de Beer: 
 - Determinação da absortividade molar das substâncias 
 - Determinação da concentração 
 As absortividades podem variar de acordo com: 
 - Solvente 
 - Composição da solução 
 - Temperatura 
 
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Exercícios 
 Exercício 1) Uma solução 7,25 10-5 mol L-1 de permanganato de potássio 
apresenta uma transmitância de 44,1% quando medida em uma célula de 2,10 
cm no comprimento de onda de 525 nm. Calcule (a) a absorbância dessa 
solução; (b) a absortividade molar do KMnO4. 
 Exercício 2) Encontre a absorvância e a transmitância de uma substância 
substância a 0,0024 M, cujo ε é 313 M-1cm-1, em uma célula de 2,0 cm de 
espessura. 
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 A interação linear entre absorvância e concentração só é válida 
para radiações monocromáticas. 
 A lei de Beer é válida apenas para soluções diluídas (≤0,01mol L-1). 
 Em altas concentrações a distância média entre as moléculas ou 
íons responsáveis pela absorção é pequena, de forma que cada 
partícula afeta na distribuição de carga da partícula vizinha. 
 
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Lei de Lambert-Beer 
Espectros de Absorção 
 A absorção molecular nas regiões do ultravioleta e visível consiste em bandas de absorção 
constituídas por linhas próximas entre si. 
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Níveis de Energia 
Vibracional 
Níveis de Energia 
Eletrônicos 
- Uma molécula real apresenta muito mais níveis 
energéticos que os mostrados; 
 Uma banda de absorção típica consiste em um 
número muito grande de linhas. 
- Uma transição eletrônica envolve a transferência de um 
elétron de um orbital para outro. Tanto os átomos (orbitais 
atômicos) como as moléculas (orbitais moleculares) podem 
sofrer esse tipo de transição. 
- As transições vibracionais e rotacionais ocorrem em 
espécies poliatômicas porque somente essas espécies 
possuem estados vibracionais e rotacionais com diferentes 
energias. 
Espectros de Absorção 
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- (a): As moléculas individuais da tetrazina estão suficientemente 
separadas umas das outras para vibrarem e girarem livremente. 
Portanto, muitas linhas em razão das transições eletrônicas, vibracionais 
e rotacionais são distinguíveis. 
- (b) e (c): No estado líquido, e em solução, as moléculas da tetrazina não 
conseguem girar livremente, assim, não vemos uma estrutura fina no 
espectro. 
Moléculas de água causam uma modificação energética irregular nos 
níveis vibracionais  espectro com o formato de uma banda única e 
larga 
Colorimetria 
 - A percepção visual da cor depende da absorção seletiva de certos comprimentos de onda da 
luz incidente pelo objeto colorido. 
 - Os demais comprimentos de onda são refletidos ou transmitidos de acordo com a natureza do 
objeto e são percebidos pelo olho como a cor do objeto. 
 
 
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Todas as moléculas absorvem radiação 
UV-Vis? 
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 Para que uma molécula absorva radiação UV-Vis é preciso que haja 
na molécula a presença de um grupo Cromóforo. 
 
 • Grupos Cromóforos: São os grupos funcionais com absorção 
característica na região do ultravioleta ou do visível. 
 
Todas as moléculas absorvem radiação 
UV-Vis? 
 A molécula de Aspartame possui vários grupos cromóforos e por isso é capaz de 
absorver diversos comprimentos de onda na região do UV. 
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Todas as moléculas absorvem radiação 
UV-Vis? 
 - É possível realizar reações de complexação para gerar moléculas que irão 
absorver radiação UV-Vis. 
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Exercícios 
 Exercício 3) a) Uma solução preparada dissolvendo-se 25,8 mg de Benzeno(C6H6 - PM 78,11) em 
Hexano e diluindo-se a 250,0 mL tem um pico de absorção em 256 nm e uma absorbância de 
0,266 numa célula de 1,000 cm. Encontre a absortividade molar do Benzeno neste comprimento 
de onda. 
 b) Uma amostra de Hexano contaminada com Benzeno tem absorvância de 0,070 em 256nm em 
uma célula de 5,000 cm. Qual a concentração de benzeno em mg L-1? 
 Exercício 4) 0.10 mM KMnO4 tem uma absorbância máxima de 0.26 perto de 525 nm em uma 
célula de 1.000 cm. Encontre a absortividade molar e a concentração de uma solução cuja 
absorvância é de 0,52 a 525 nm na mesma célula. 
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36 
Continua...