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Relatorio Espectroscopia atomica e molecular
Tipologia: Notas de estudo
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Área - II
0 0 RELATÓRIO DE QUÍMICA GERAL EXPERIMENTAL1 F -II EXPERIMENTO Nº 05: ESPECTROSCOPIA ATÔMICA E MOLECULAR
Alunos: Saulo Dias das Chagas Mota Carla Xênia Machado da Silva Turma: 2C Professor: José Carlos de Paula
Recife, 09-06-
O filósofo Auguste Comte, em 1835, fazendo referência ao Sol, aos planetas e às estrelas afirmou "nós compreendemos a possibilidade de determinar a forma, a distância, o tamanho e o movimento mas, por nenhum meio, seremos capazes de estudar a sua composição química". Contudo um longo caminho já foi percorrido, e hoje em dia sabe-se que se pode analisar a composição química das estrelas e planetas, através do estudo das suas cores. As cores de todos os objetos têm a mesma origem: provêm dos átomos e moléculas que foram excitados para estados mais elevados de energia. As cores emitidas por um átomo dependem da sua estrutura atómica, daí que estudando a cor emitida pelo átomo, poderemos determinar a sua estrutura interna. À técnica de detecção e análise de radiação eletromagnética absorvida ou emitida por uma espécie, dá-se o nome de Espectroscopia, sendo esta uma das principais técnicas experimentais de determinação da estrutura de átomos e moléculas e consequente identificação. Em espectroscopia atômica a origem das linhas dos espectros, é devido à emissão ou absorção de um fóton quando a energia de um átomo varia devido a uma transição eletrônica. Em espectroscopia molecular a origem das linhas dos espectros é explicada pela variação da energia da molécula através de uma transição eletrônica ou devido a mudanças no estado rotacional e vibracional. A frequência exata destas linhas pode ser ajustada a modelos quânticos de modo a determinar a estrutura da molécula e predizer as frequências e intensidades de outras linhas. Analisando as linhas espectrais, podemos saber a densidade, a temperatura, a velocidade relativa e os movimentos internos da fonte emissora. Espectros de emissão e de absorção podem apresentar um espectro contínuo, um espectro de riscas ou um espectro de bandas. Um espectro continuo contém uma sequência de frequências sem espaços numa gama relativamente larga; é produzido por sólidos incandescentes, líquidos e gases comprimidos. Os espectros de riscas são linhas descontínuas produzidas por átomos e íons excitados à medida que retornam a níveis de menor energia. Os espectros de bandas (grupos de bandas de riscas pouco espaçadas) são característicos de gases moleculares ou de compostos químicos. Seguindo a ordem crescente de frequências temos as ondas de rádio (comprimento de onda elevado), seguidas das microondas, infravermelhos, luz visível, ultravioleta, raios X e raios gama (os mais energéticos, de frequência elevada e comprimento de onda pequeno)
A espectroscopia molecular é o estudo da absorção de um composto. Quando se incide radiação em um composto com múltiplas ligações, este absorve uma parte da radiação e emite nova radiação em um comprimento de onda
Onde ‘c’ é a velocidade da luz e ‘N’ o número de eletros F 07 0 delocalizados. Esta equação fornece, portanto, o comprimento de onda associado ao decaimento HOMO -> LUMO em função do número de elétrons F 07 0 e do comprimento da caixa, sendo os outros parâmetros constantes. Para moléculas com delocalização simples, ou seja, apenas carbono formando a cadeia, cada átomo de carbono contribui com um elétron F 07 0. Sendo assim, N=p, onde p é o número de carbonos que participam da conjugação. A mesma coisa se aplica a um grupo carbonila (C=O) ou a um oxi-ânion (C=C-O -^ ). No caso da rodamina, que possui dois heteroátomos, um em cada extremidade, sendo um deles positivamente carregado, mais três elétrons F 07 0 irão participar da conjugação. Isto se deve ao fato de um dos heteroátomos estar ionizado positivamente, contribuindo com apenas um elétron, enquanto que o outro heteroátomo contribui com dois elétrons. O comprimento da caixa, por sua vez, é a soma dos comprimentos individuais das ligações. Sendo o comprimento médio das ligações igual a ‘l’, o comprimento da caixa será dado por L=l.p, onde ‘l’ é a distância média de uma ligação conjugada, e ‘p’ o número de átomos da conjugação. No caso da rodamina, o comprimento da caixa engloba também os raios dos heteroátomos, sendo L=(p+2)l. Trabalhando a Eq.02, obtém-se as seguintes equações:
F 0 3 D
F 0 2 0
F 0 2 0
F 0 2 0
F 0 2 0
F 0 2 0
F 0 2 0
F 0 2 0
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F 0 F 0 2 0 2 0
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F 0 3 D
F 0 2 0
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F 0 2 0 F 0 2 0
F 0 2 0
F 0 2 0
F 0 2 0
F 0 2 0
F 0 2 0
F 0 2 0
Esta prática tem como objetivo estudar a absorção de quatro compostos orgânicos conjugados, são eles: o vermelho de fenol em ácido e em meio alcalino; o F 0 6 2 -caroteno , o licopeno e a rodamina B. Este estudo engloba a medição da absorção dos compostos no espectrômetro e a aplicação do modelo da partícula na caixa unidimensional para explicar estes espectros. Dos composto analizados, o vermelho de fenol é um indicador que fica vermelho em base e amarelo em ácido; a rodamina B é uma substância de cor rosa muito intensa; o F 06 2 -caroteno é laranja e é o responsável pela cor alaranjada da cenoura e por fim, o licopeno é vermelho e é o responsável pela cor vermelhada do tomate.
2-Procedimento experimental:
Neste processo, foi usado o espectrômetro para medir a faixa de absorção
do vermelho de fenol ácido, vermelho de fenol básico, F 06 2 -caroteno, licopeno e
rodamina B.
Abaixo temos um tabela com os valores da absorbância de cada substância nos
respectivos comprimentos de onda:
Comprimento de onda ( F 06 C ) F 02 9 (nm)
Vermelho de fenol (ácido)
Vermelho de fenol (base) F 06 2F 02 D caroteno Licopeno Rodamina B
335 Absorbância total
350 “
390 “
710 0,
750 1,
800 1,
Tabela 02- Com outros valores medidos para Rodamina B afim de
investigar sua absorbância
Os espectros de absorção foram reproduzidos plotando os valores medidos
das absorbâncias pelos valores dos comprimentos de onda referentes. Cada
gráfico, portanto, explicita a absorção da sustância na região do visível (400 –
700nm).
Em cada um dos espectros está explicitado o comprimento de onda no qual
a absorbância é a mais alta. Estes valores serão comparados com os valores
teóricos de absorção para cada substância.
Vermelho fenol (ácido)
Gráfico de absorbância do vermelho fenol ácido se mostrou da seguinte
maneira:
A fórmula usada para calcular o comprimento de onda teórico do vermelho
fenol ácido é :
Já na presença de um ácido, as hidroxilas do vermelho de fenol não são
desprotonadas, o que faz com que os carbonos ligados a elas não participem da
conjugação, sem contar com os carbonos das hidroxilas e, para p=8, o valor de
F 0 6 C max^ =468,97nm. O valor experimental medido foi de 500nm (cor amarelada na
região do visível).
O valor experimental confere com o valor teórico, considerando os erros
experimentais (mau funcionamento do espectrômetro, marcas na cubeta) e as
aproximações teóricas (valor da distância, modelo da partícula na caixa
unidimensional). Além disso, ambos os resultados explicam o fato do indicador ser
amarelo em solução ácida.
Vermelho fenol (básico)
O gráfico de absorbância do vermelho fenol em meio básico se mostrou
assim:
Este indicador, na presença de uma base forte, com pH acima de 10, tem
suas hidroxilas desprotonadas, formando assim oxi-ânions, o que faz com que os
carbonos ligados às hidroxilas participem da conjugação. Neste caso, a caixa
quântica será para p=10, o valor de F 06 C max=599,54nm. O valor experimental medido
foi de 560nm (cor vermelha na região do visível). O valor experimental confere
com o valor teórico, considerando os erros experimentais (mau funcionamento do
O gráfico demonstrado pela absorbância do licopeno :
O licopeno , também possui uma cadeia polimérica composta por 22 átomos
de carbono conjugados. Se o F 06 C max for calculado usando a mesma equação que o
vermelho fenol, onde p=22, o valor de F 06 C max será o mesmo do F 06 2 -caroteno, ou seja,
de 1387,81nm. Valor este que também difere completamente do resultado
experimental ( F 06 C max =490nm). Na literatura, o licopeno tem absorção máxima e
muito intensa em 505nm. Portanto, pode-se explicar esta discrepância da mesma
forma que se explicou a do F 06 2 -caroteno.
Rodamina B
O gráfico apresentado pela rodamina :
. A conjugação, na rodamina B, é composta por nove átomos de carbono. O cálculo do F 06 C max é feito pela equação:
Oonde p=9 e F 06 C max =613,84nm. O valor experiemental não foi alcançado com precisão porque deu diversos picos de absorção total O valor experimental nãoconfere com o valor teórico. Analisando a estrutura da rodamina B, pode-se refutar sobre quais regiões da molécula apresentam delocalização de elétrons F 07 0 , podendo assumir o caminho de toda caixa. Sendo assim, a diferença do valor experimental para o valor teórico seria explicada, além dos erros experimentais e de aproximação teórica ,coisa que não se conseguiu identificar.
Comentários gerais:
Verificou-se em alguns casos que os valores calculados pelas formulas de absorbância máxima diferiam cerca de duas a três vezes maiores que o valor experimental. Supõe-se dizer que as moléculas absorveriam na região do infra- vermalho e não no espectro visível o q n se verificou experimentalmente. O b-caroteno e o licopeno apresentam grandes diferenças entre absorção calculada e aquela determinada experimentalmente. Deve-se esse fato que nessas moléculas existem elétrons delocalizados (mais de um elétron pi) que as interações entre esses elétrons acarretam perturbações às quais o único elétron no modelo não estaria sujeito. A rotação em volta de qualquer ligação do sistema pi quebra a conjugação e efetivamente diminui o tamanho da “caixa”,este efeito torna a molécula mais flexível e causa variações na absorbância da luz.
Concluiu-se que o modelo de uma partícula na caixa unidimensional é
muito rude e que não consegue dar resultados satisfatórios ao menos que se faça
correções. Assim que é feita correções a esse modelo inicial verificou-se que
originou uma expressão matemática q concorda satisfatoriamente com os
resultados experimentais, desse modo pode-se observar que existem casos que
quando se propõe um modelo para explicar um fenômeno deve-se fazer ajustes ou
correções afim de melhor o modelo se aproximar do sistema real e passar a
descrevê-lo.
