Arquivo do autor:André L.

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

O testamento de Alfred Nobel

Um ano antes de sua morte, Alfred Nobel fez seu testamento, no qual destinava parte de seu patrimônio para a premiação de grandes iniciativas que beneficiassem a humanidade. Disponibilizamos a seguir o trecho do testamento que deu origem ao famoso Prêmio Nobel:

“Todo o restante do meu patrimônio deverá ser tratado da seguinte maneira: o capital, investido em títulos seguros pelos meus executores, deverá constituir um fundo, do qual a renda deverá ser distribuída anualmente sob a forma de prêmios para aqueles que, durante o ano precedente, concederam o maior benefício para a humanidade. A dita renda deverá ser dividida em cinco partes iguais, as quais deverão ser distribuídas como se segue:

 – uma parte para a pessoa que fez a mais importante descoberta ou invenção no campo da física;

– uma parte para a pessoa que fez a mais importante descoberta ou aprimoramento na química;

– uma parte para a pessoa que fez a mais importante descoberta no domínio da fisiologia ou da medicina;

– uma parte para a pessoa que produziu no campo da literatura o trabalho mais impressionante em uma direção idealista;

– e uma parte para a pessoa que fez o melhor trabalho pela fraternidade entre as nações, pela abolição ou redução de exércitos permanentes e pela conservação e promoção de congressos de paz.

 Os prêmios de física e química deverão ser entregues pela Academia Sueca de Ciências; o de trabalho fisiológico ou médico pelo Instituto Caroline em Estocolmo; o de literatura pela Academia em Estocolmo; e o dos campeões da paz por um comitê de cinco pessoas que deverão ser eleitas pelo Storting da Noruega. É meu expresso desejo que na entrega dos prêmios não seja feita nenhuma consideração à nacionalidade dos candidatos, mas que o mais valioso receba o prêmio, seja ele escandinavo ou não.”

Testamento de Alfred Nobel

Alguns famosos ganhadores do prêmio Nobel:

  • O casal Curie, junto com Becquerel, recebeu o Nobel de física em 1904 por seus trabalhos sobre a relatividade; Marie Curie recebeu o Nobel de química em 1911 pela descoberta dos elementos rádio e polônio
  • Max Planck recebeu o Nobel de física em 1918 pela descoberta do quantum de energia e consequente surgimento da Física Quântica
  • Albert Einstein recebeu o prêmio Nobel de física em 1921 pela explicação do efeito fotoelétrico
  • Bertrand Russell recebeu o Nobel de literatura em 1950 pelos seus escritos, nos quais lutou por “ideais humanitários” e pela “liberdade de pensamento”
  • Linus Pauling recebeu o Nobel de química em 1954 por seus trabalhos sobre as ligações químicas, e o Nobel da paz em 1962 por sua campanha contra testes nucleares. É a única personalidade que já recebeu dois prêmios Nobel não compartilhados
  • Frederick Sanger recebeu duas vezes o Nobel de química. Em 1958, por ter determinado a estrutura molecular da insulina;e  em 1980, por estudos sobre o DNA
  • Francis Crick, James Watson e Maurice Wilkins receberam o Nobel de medicina/fisiologia em 1962 pela  autoria do modelo de “dupla hélice” para a molécula de DNA.
  • Mikhail Gorbachev recebeu o Nobel da paz em 1990 pelo fim da Guerra Fria
  • Yasser Arafat, Shimon Peres e Ytzhak Rabin recebem o Nobel da paz em 1994 pelos Acordos de Paz de Oslo
  • José Saramago recebeu o Nobel de literatura em 1998
  • A organização Médicos sem Fronteiras recebeu o Nobel da paz em 1999 pela defesa à ingerência humanitária
  • Alguns famosos ganhadores do Nobel de literatura: Ernest Hemingway, Winston Churchill, Hermann Hesse, Albert Camus, John Steinbeck, Jean-Paul Sarte, Pablo Neruda, Gabriel Garcia Márquez, Mario Vargas Llosa

Observações:

  • O chamado “Nobel de Economia” não foi criado por Alfred Nobel nem tem relação alguma com a Fundação Nobel

André L, Giulia R. e Vinicius R.

Referências:

MLA style: “Full text of Alfred Nobel’s Will”. Nobelprize.org. 20 Jul 2011 http://nobelprize.org/alfred_nobel/will/will-full.html

http://nobelprize.org/nobel_prizes/lists/all/

Os pitagóricos e os números irracionais

Existe uma lenda a respeito da sociedade pitagórica que torna muito curiosa a história dos números irracionais. Como toda estória (ou historia) bem contada, irei começar exatamente do começo, para a compreensão de todos.

Através do teorema demonstrado por Pitágoras, é possível calcular a diagonal de quadrados. A diagonal divide o quadrado em dois triângulos retângulos, dessa forma podemos afirmar que a diagonal é a hipotenusa, e os catetos são os lados do quadrado. Assim, todo quadrado, isto é, um retângulo de lados iguais, é formado por dois triângulos retângulos. Apesar deste conhecimento, os pitagóricos enfrentaram um pequeno problema: eles não conseguiram calcular a diagonal de um quadrado de lado unitário. Atualmente, pode parecer um cálculo muito simples, mas nem sempre foi assim. O quadrado mostrado abaixo possui lado “1”, e a medida da sua diagonal “h” (a hipotenusa dos dois triângulos), de acordo com o teorema, é calculada da seguinte forma:

Talvez estejam se perguntando “Qual a dificuldade nisso?”. O problema é que a raiz de dois, como mostrado acima, é um número irracional, ou seja, ela não pode ser representada pelos números inteiros ou fracionários: os únicos que os pitagóricos conheciam. A alternativa usada por Pitágoras foi, então, proclamar que alguns comprimentos simplesmente não poderiam ser expressos através de números, atitude um pouco controversa para um filósofo que dizia que o número é o principio de tudo.

Hipaso de Metaponto

Tal paradoxo foi mantido rigorosamente em sigilo dentro da sociedade pitagórica, exceto por um dos seus seguidores. Segundo a lenda, Hipaso de Metaponto, um seguidor de Pitágoras, misteriosamente, ou convenientemente, morreu afogado após ter falado um pouco demais. Apesar disso, a descoberta dos números irracionais, que ameaçava a doutrina de que tudo podia ser demonstrado através de números, é comumente atribuída a Hipaso. Então, talvez ele quisesse apenas mostrar ao mundo a sua descoberta, mas de qualquer forma acredito que as circunstâncias de sua morte sejam um ótimo assunto para se pensar quando queremos entender o quanto os pitagóricos eram apaixonados pela matemática.

Até o próximo post,

André L.