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1. Introdução
Para entender o todo que o rodeia o homem busca incessantemente por explicações que vão cada vez mais fundo no mundo físico-químico. Assim, é preciso partir de muita imaginação para se pensar como um químico. Além de olhar um objeto e enxergar bem mais do que está sendo visto, cabe a ele também descobrir e determinar estruturas internas, relacionando-a ás propriedades químicas dos elementos. A chamada estrutura eletrônica de cada átomo, isto é, como os elétrons se arranjam em torno de seu núcleo é capaz de dizer muito sobre ele. Para investigar a estrutura interna de objetos do tamanho dos átomos é preciso observá-los indiretamente, por meio das propriedades da radiação eletromagnética que eles emitem (ATKINS, 2006).
1.1. Características das radiações eletromagnéticas
Um feixe de radiação eletromagnética é o produto de campos elétricos e magnéticos oscilantes (isto é, que variam com o tempo) (ATKINS, 2006). Todas as radiações eletromagnéticas viajam no vácuo a uma velocidade de 3,00x10^8
m/s. Esta velocidade é representada pela constante c , sendo chamada de velocidade da luz. As características ondulatórias da radiação eletromagnética se devem às tais oscilações periódicas entre o campo magnético e o campo elétrico. Isto dá origem a duas características da onda: o comprimento ()^1 e frequência () 2. Estas duas características da onda eletromagnética estão relacionadas pois a velocidade da onda é sempre a mesma (velocidade da luz). Se o comprimento da onda é longo, sua frequência será baixa; se a frequência da onda é alta, seu comprimento será curto. Desta forma, pode-se dizer que a frequência de
(^1) Comprimento de onda eletromagnética: Representada pela letra grega (lambda), é a distancia entre dois máximos sucessivos (representação senoidal da onda) (ATKINS, 2006). 2 Frequência de onda eletromagnética: Representada pela letra grega (nu), caracteriza uma mudança de completa de direção e intensidade até voltar à direção e intensidade iniciais, isto é, o número de ciclos por segundo é chamado de frequência da radiação. Sua unidade é o Hertz (Hz), onde 1Hz = s-1.
uma onda eletromagnética é inversamente proporcional ao seu comprimento e diretamente proporcional à razão entre a velocidade da luz e o comprimento de onda.
ou
A relação entre o comprimento e a frequência da onda pode ser observada graficamente na figura abaixo:
Fig.1 – Relação entre o comprimento e a frequência de uma onda. Quanto maior o comprimento, mais baixa a frequência; quanto menor o comprimento, mas alta a frequência.
Contudo, de uma maneira mais característica, é a partir da frequência da luz que se determina sua cor. Os olhos humanos detectam diferentes cores porque eles conseguem responder de forma diferente a cada freqüência. Na realidade, a porção do espectro eletromagnético compreendida aproximadamente entre 380 e 780 nm (ou de 3800 a 7800 Å) excitam a retina humana (CIENFUEGOS, 2000). Apenas esta estreita faixa de frequências (e, por consequência, estreita faixa de comprimentos de onda), é visível ao olho humano. É o chamado espectro da luz visível. Esta faixa de luz visível se estende entre as frequências maiores que o infravermelho e menores que o ultravioleta como pode ser observado na próxima figura (Fig.2).
Fig.2 – Espectro de luz visível.
Quando um objeto é aquecido, ele emite radiação, que pode ser observada através da sua cor. Esta é uma análise qualitativa do objeto, por exemplo, quando algo é aquecido, ele brilha com maior intensidade – o fenômeno da incandescência – e a cor da luz emitida sucessivamente do vermelho ao laranja e ao amarelo, até chegar ao branco que seria a mistura de todas as cores do espectro visível (ATKINS, 2006).
1.1.1. Diferença entre Incandescência e Fluorescência.
Em 1900 que o físico alemão Max Planck defendeu a idéia de que a troca de energia entre a matéria e a radiação ocorre em quanta, isto é, a energia que era liberada ou absorvida pelos átomos dos corpos aquecidos em “pacotes” de energia de valores mínimos. A energia de um único quantum é igual à frequência da onda eletromagnética multiplicada por uma constante. Esta constante, representada por é conhecida como constante de Planck e tem o valor de (joule. segundo) (ATKINS, 2006). Portanto, a energia necessária para a transição de um estado de menor energia para outro de maior energia é diretamente relacionada à frequência da radiação eletromagnética que causa a transição. A Energia absorvida é dada pela expressão:
onde: = constante de Planck (6,63x10-34^ .erg/seg); = frequência da luz incidente (ciclos por segundo, cps). (CIENFUEGOS, 2000).
1.2.2. Albert Einstein.
Alguns anos após a apresentação da teoria de Planck, os cientistas começaram a perceber que podiam aplicar esta teoria a algumas observações experimentais antes sem explicação. Depois de Planck, cientistas iniciaram seus estudos partindo da “teoria da energia quantizada”. Albert Einstein, por exemplo, ganhou um prêmio Nobel de Física ao explicar o efeito fotoelétrico , fenômeno pelo qual foi observado que existe uma frequência mínima de luz para que um elétron seja emitido de uma superfície metálica onde há incidência de um feixe de luz. Einstein propôs que a energia que atinge a superfície metálica é um fluxo contínuo de pacotes de energia mínima, e a cada pacote de energia mínima, Einstein denominou de fóton_._ Complementando a teoria de Planck, Einstein deduziu que cada fóton deveria ter uma energia proporcional à frequência da luz, e, portanto, a própria energia radiante é quantizada (CHESMAN, 2004).
1.2.3. Niels Bohr
O cientista dinamarquês Niels Bohr aprimorou em 1913, o modelo atômico de Rutherford – teoria de que o núcleo do átomo é formado por prótons e ao redor do núcleo estão os elétrons – utilizando para isso a teoria de Max Planck. Bohr acabou por explicar o modelo atômico de Rutherford, que ainda era um desafio para a sociedade científica, pois não poderia ser explicado pela Física Clássica. A partir destes estudos, ele elaborou sua teoria sobre a estrutura atômica, a teoria atômica mais completa aceita até os dias de hoje. De acordo com Rutherford, os elétrons ou ficariam estacionados ao redor do núcleo, ou descreveriam órbitas ao seu redor, como se fosse uma representação microscópica do sistema solar, que, das duas proposições, era a mais aceita. Porém, de acordo com a Física Clássica, se os elétrons permanecessem estacionados, seriam imediatamente atraídos pelo núcleo, e se os elétrons descrevessem órbitas ao seu redor, perderiam energia gradativamente e também acabariam por cair no núcleo, o que destruiria o átomo (RUSSEL, 1994). Como Planck já havia admitido à hipótese de que a energia não seria emitida de modo contínuo, mas sim em “pacotes”, Bohr propõe alguns postulados, estes conhecidos até hoje como Postulados de Bohr:
● A energia radiada não é emitida ou absorvida de maneira contínua, somente quando um elétron passa de uma órbita estacionária para outra diferente (salto quântico). ● Os elétrons giram em torno do núcleo em órbitas circulares e bem definidas (fixas) que são as órbitas estacionárias. Mais tarde, seriam as chamadas "camadas eletrônicas" (K,L,M,N,O,P e Q). ● O equilíbrio dinâmico dos sistemas nos estados estacionários se dá pelas leis da mecânica clássica, o que não é verificado quando um elétron passa para um diferente estado estacionário. ● Ao passar de um estado estacionário para outro, um elétron absorve uma radiação bem definida, que é o quantum, dado pela relação E = h.v , onde v é a freqüência e h é a constante de Planck (6,63 x 10-34 J.s ).
O Teste de Chama é um procedimento utilizado na Química para detectar a presença de alguns íons metálicos, baseado no espectro de emissão característico de cada elemento. O teste é baseado no fato de que quando uma certa quantidade de energia é fornecida a um determinado elemento químico (no caso da chama, energia em forma de calor), alguns elétrons da última camada de valência absorvem esta energia passando para um nível de energia mais elevado, produzindo o que chamamos de estado excitado. Quando um desses elétrons excitados retorna ao estado fundamental, ele libera a energia recebida anteriormente em forma de radiação (luz). Cada elemento libera a radiação em um comprimento de onda característico, pois a quantidade de energia necessária para excitar um elétron é única para cada elemento. A radiação liberada por alguns elementos possui comprimento de onda na faixa do espectro visível e o olho humano é capaz de enxergá-las através de cores. Assim, é possível identificar a presença de certos elementos devido à cor característica que eles emitem quando aquecidos numa chama (KLEIN, s/ data). Na literatura estão descritas as radiações emitidas em forma de luz colorida e seus elementos correspondentes, como mostrados na tabela abaixo:
Tabela 1: Coloração de alguns elementos no ensaio de chama.
1.3.1. Bico de Bünsen
O aparelho utilizado em laboratório para fornecer calor aos sais no teste da chama é o Bico de Bünsen. Possui como combustível normalmente G.L.P (butano e propano) e como comburente oxigênio do ar atmosférico que em proporção otimizada permite obter uma chama de alto poder energético.
Fig.5 – Chama produzida pelo bico de Bünsen, e suas regiões de chamas.
Duas são as regiões de calor produzidas pela chama do bico de Bünsen:
● Zona Oxidante: parte externa da chama, mais quente. ● Zona Redutora: parte interna, mais fria.
