O que é, diagrama de energia molecular e exercício

O transmitância Óptica é o quociente entre a intensidade da luz emergente e o incidente de intensidade da luz em uma amostra de solução translúcida que foi iluminada com luz monocromática.

O processo físico da passagem da luz através de uma amostra é chamado transmissão luminosa e a transmitância É uma medida da transmissão de luz. A transmitância é um valor importante para determinar a concentração de uma amostra que geralmente é dissolvida em um solvente como água ou álcool, entre outros.

figura 1. Montagem para medição de transmitância. Fonte: f. Zapata.

Um eletro-fotômetro mede uma corrente proporcional à intensidade da luz que afeta sua superfície. Para calcular a transmitância, o sinal da intensidade correspondente apenas ao solvente é geralmente medido e esse resultado é registrado como Io.

Em seguida, a amostra se dissolveu no solvente com as mesmas condições de iluminação e o sinal medido pelo eletro-fotômetro é indicado como é denotado como Yo, Em seguida, a transmitância é calculada de acordo com a seguinte fórmula:

T = i / iqualquer

Deve -se notar que a transmitância é uma quantidade adimensional, porque é uma medida da intensidade da luz de uma amostra em relação à intensidade da transmissão do solvente.

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O que é transmitância?

Absorção de luz em um meio

Quando a luz passa por uma amostra, parte da energia da luz é absorvida pelas moléculas. Transmitância é a medida macroscópica de um fenômeno que ocorre no nível molecular ou atômico.

A luz é uma onda eletromagnética, a energia que transporta está no campo elétrico e magnético da onda. Esses campos oscilantes interagem com as moléculas de uma substância.

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A energia que transporta a onda depende de sua frequência. A luz monocromática tem apenas uma frequência, enquanto a luz branca tem uma faixa de frequência ou espectro.

Todas as frequências de uma onda eletromagnética viajam no vácuo na mesma velocidade de 300000 km/s. Se denotarmos por c Na velocidade da luz no vácuo, a relação entre a frequência F e comprimento de onda λ é:

C = λ⋅f

Como c É uma constante em cada frequência corresponde ao seu respectivo comprimento de onda.

Para medir a transmitância de uma substância, as regiões do espectro eletromagnético visível (380 nm a 780 nm), a região ultravioleta (180 a 380 nm) e a de infravermelho (780 nm até 5600 nm) 

A velocidade de propagação da luz em um meio material depende da frequência e é menor que c. Isso explica a dispersão em um prisma com o qual as frequências que compõem a luz branca podem ser separadas. 

Teoria molecular da absorção de luz 

Átomos e moléculas quantizaram os níveis de energia. À temperatura ambiente, as moléculas estão nos níveis mais baixos de energia.

O fóton é a partícula quântica associada à onda eletromagnética. A energia de foton também é quantizada, ou seja, um fóton de frequência F Tem energia dada por:

E = h⋅f

onde h É a constante de Planck cujo valor é 6,62 × 10^-34 J⋅s.

A luz monocromática é um feixe de fótons de uma frequência e uma determinada energia.

As moléculas absorvem fótons quando sua energia coincide com a diferença necessária para levar a molécula a um nível de energia mais alto.

As transições energéticas por absorção de fótons nas moléculas podem ser de vários tipos:

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1- Transições eletrônicas, quando elétrons de orbitais moleculares passam para o orbital de maior energia. Essas transições geralmente ocorrem na faixa visível e ultravioleta e são as mais importantes.

2- Transições vibracionais, energias de ligação molecular também são quantizadas e quando um fóton da região infravermelha é absorvido, a molécula passa para um estado de energia vibracional mais alto.

3- Transições rotacionais, quando a absorção de um fóton leva à molécula a um estado rotacional de maior energia.

Diagrama de energia molecular

Essas transições são melhor compreendidas com um diagrama de energia molecular mostrado na Figura 2:

Figura 2. Diagrama de energia molecular. Fonte: f. Zapata.

No diagrama, as linhas horizontais representam diferentes níveis de energia molecular. A linha E0 é um nível de energia fundamental ou mais baixo. Os níveis de E1 e E2 são níveis excitados de maior energia. Níveis E0, E1, E2 correspondem aos estados eletrônicos da molécula.

Sub -níveis 1, 2, 3, 4 dentro de cada nível eletrônico correspondem aos diferentes estados vibracionais correspondentes a cada nível eletrônico. Cada um desses níveis tem as melhores subdivisões que não são mostradas que correspondem aos estados rotacionais associados a cada nível vibracional.

O diagrama mostra setas verticais que representam a energia dos fótons na faixa infravermelha, visível e ultravioleta. Como pode ser visto fótons infravermelhos não têm energia suficiente para promover transições eletrônicas, em vez disso, radiação visível e ultravioleta sim.

Quando os fótons incidentes de um feixe monocromático coincidem em energia (ou frequência) com a diferença de energia entre os estados de energia molecular, ocorre a absorção de fótons.

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Fatores dependendo da transmitância

De acordo com o que foi dito na seção anterior, a transmitância dependerá de vários fatores entre os quais podemos nomear:

1- a frequência com que a amostra acende.

2- O tipo de molécula que você deseja analisar.

3- A concentração da solução.

4- O comprimento do caminho percorreu o feixe de luz.

Dados experimentais indicam que a transmitância T diminui exponencialmente com a concentração C E com o comprimento eu do caminho óptico:

T = 10^-AOCEC

Na expressão anterior para É uma constante que depende da frequência e tipo de substância.

Exercício resolvido

Exercício 1

Uma amostra de padrão de uma certa substância tem uma concentração de 150 micromoles por litro (μm). Quando sua transmitância com 525 nm é medida, uma transmitância 0 0 é obtida.4. 

Outra amostra da mesma substância, mas de concentração desconhecida tem uma transmitância 0.5, quando medido na mesma frequência e com a mesma espessura óptica. 

Calcule a concentração da segunda amostra.

Responder

A transmitância t decai exponencialmente com a concentração C:

T = 10^-B⋅l

Se você tomar o logaritmo da igualdade anterior, ele permanece:

log t = -b⋅c

Dividir o membro ao membro A igualdade anterior aplicada a cada amostra e limpar a concentração desconhecida permanece:

C2 = c1⋅ (log t2 / log t1)

C2 = 150μm⋅ (log 0.5 / log 0.4) = 150μm⋅ (-0.3010 / -0.3979) = 113.5μm

Referências

1. Atkins, p. 1999. Química Física. Edições Omega. 460-462.
2. A guia. Transmitância e absorvância. Recuperado de: química.LaGuia2000.com
3. Toxicologia Ambiental. Transmitância, absorvância e lei de Lambert. Recuperado de: repositório.Innovationumh.é
4. Física de aventura. Absorvância e transmitância. Recuperado de: rpfisica.Blogspot.com
5. Sistofotometria. Recuperado de: química.Librettexts.org
6. Toxicologia Ambiental. Transmitância, absorvância e lei de Lambert. Recuperado de: repositório.Innovationumh.é
7. Wikipedia. Transmitância. Recuperado de: Wikipedia.com
8. Wikipedia. Espectrofotometria. Recuperado de: Wikipedia.com