Introdução à espectroscopia

Autor: Gravilo, do blog Númerofilia

O que é espectroscopia?

Sabemos que a luz é uma onda eletromagnética, ou seja, uma onda que se propaga no vácuo. O que chamamos de espectro nada mais é do que a intensidade da luz em diferentes comprimentos de onda, e a espectroscopia estuda justamente isso. Em 1856, Kirchhoff e Bunsen realizaram um experimento vital para o desenvolvimento da espectroscopia, então vamos tentar entendê-lo.

Aproveitando o bico de Bunsen, que emitia chama incolor, os cientistas puderam observar a cor de cada elemento. Já realizou o chamado teste da chama, no qual você joga um determinado sal na chama do bico de Bunsen e verifica a coloração resultante? Pois então, Kirchhoff foi além e sugeriu que as cores passassem através de um prisma, decompondo-se (veremos a seguir com mais detalhes). Também foi posicionado um conjunto de lentes em frente ao prisma.

Ilustração esquemática do primeiro espectroscópio de Kirchhoff

A aparelhagem acima recebeu o nome de espectroscópio, ou espectrômetro, e através dela pode-se identificar as linhas refletidas pelo prisma com os elementos químicos. Assim, cada elemento gerava uma série de linhas diferentes: o sódio tinha linhas no amarelo, neônio no vermelho etc. Interessante, não? Agora já era possível identificar um elemento através do espectroscópio, mas para que tudo isso serve?

Para que serve a espectroscopia?

Hoje em dia muito do que sabemos sobre estrelas é proveniente da análise do espectro de cada uma delas, sem precisarmos ir até elas e fazer as medidas diretamente. De fato, Kirchhoff logo viu o potencial da espectroscopia e decidiu utilizar o espectroscópio para estudar a luz do Sol. Com isso, viu que o Sol era um gás ou sólido quente e descobriu linhas de magnésio, cálcio, crômio, cobalto, zinco, bário e níquel.

Em 1868, o astrônomo Sir Joseph Norman Lockyer utilizou a técnica para descobrir um novo elemento químico: o hélio. A espectroscopia também teve um papel muito importante no desenvolvimento da mecânica quântica, incluindo a explicação de Niels Bohr à estrutura atômica. De acordo com Bohr, elétrons permanecem em órbitas bem definidas e, quando excitados, emitem ou absorvem energia para transitar entre elas.

Quando aquecemos um elemento, fornecemos energia em forma de calor absorvida pelos elétrons, fazendo com que os elétrons saltem a uma outra órbita. Quando retornam à órbita original, eles emitem a energia recebida em forma de radiação seguindo um comprimento de onda específico. Justamente por isso cada elemento gera uma série de linhas diferentes.

Como funciona um espectroscópio ou espectrômetro?

Primeiro precisamos conhecer o processo de decomposição por redes de difração; nelas, há um suporte transparente ou refletor com linhas muito finas. Quando a luz incide sobre o conjunto, cada cor se dispersa em todas as direções (por isso o nome redes de difração), e depois as cores iguais — ou seja, comprimentos de ondas semelhantes — sofrem interferência construtiva e se reforçam segundo as direções determinadas pelo feixe de luz. Em outras direções, sofrem interferência destrutiva.

Se estiver boiando, dê uma olhada nesta página sobre Ondulatória. Enfim, o resultado disso tudo é parecido com o que obteríamos através de um prisma, mas com maior eficiência. Essa é a vantagem do espectroscópio em relação aos métodos usados até então. Ah, e o tal “suporte transparente ou refletor com linhas muito finas”? Ora, um CD serve. Por que não observamos como as coisas são na prática?

Construa seu próprio espectroscópio ou espectrômetro

É possível construir seu próprio espectroscópio simples sem complicação e observar os mais diversos espectros na natureza. Nesta página do Feira de Ciências há uma montagem muito prática utilizando apenas uma caixa de fósforos grande e um CD inutilizado. Se quiser algo mais “profissional” para apresentar aos amigos, o ideal é usar um tubo (de papel higiênico por exemplo), pedaços quadrados de papel negro e uma lâmina de barbear. Veja como fazê-lo neste link.

Montagem de um espectroscópio caseiro, exibindo os lados difrator (esquerda) e captador (direita) de luz

Na montagem acima, retirada do blog FisicoMaluco, temos na esquerda uma visão da parte difratora e na direita da parte que captura a luz. A captação é realizada pela lâmina do gilete, garantindo que os raios de luz se dirijam ao pedaço de CD; este realiza o processo de difração propriamente dito e decompõe a luz. Agora você já pode bancar o Kirchhoff e analisar a luz do sol, por exemplo!

Fontes:

Espectroscópio: fundamentos e construção

Como fazer seu próprio espectrômetro e se divertir decompondo cores

Espectroscopia

Spectroscopy

Teste da chama

Publicado em 04/08/2011, em Física, Química e marcado como , , , , . Adicione o link aos favoritos. Deixe um comentário.

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