Slide - Radiação Eletromagnética - Química Geral 2022-1

Química Geral – Radiação Eletromagnética Química Geral Radiação Eletromagnética Leonardo H. R. Dos Santos Química Geral – Radiação Eletromagnética Mecânica ondulatória Onda: Perturbação capaz de transportar energia no espaço e no tempo, mas na qual não há transporte de matéria Onda plana: as direções de propagação e oscilação formam um plano Onda transversal: as direções de propagação e oscilação são perpendiculares 2 Direção de oscilação Direção de propagação Química Geral – Radiação Eletromagnética Mecânica ondulatória Comprimento de onda (l): distância entre quaisquer dois pontos equivalentes ao longo da direção de propagação; Período (T): tempo gasto para que a onda percorra um comprimento de onda (uma oscilação) ao longo da direção de propagação; Frequência (n): inverso do período; número de oscilações por intervalo de tempo; Número de onda (തn): inverso do comprimento de onda; Velocidade (v): distância percorrida por um ponto da onda durante um intervalo de tempo. 3 Direção de propagação Amplitude de vibração vibração crista vale Posição sem perturbação Comprimento de onda (l) Posição Química Geral – Radiação Eletromagnética Mecânica ondulatória O conhecimento de dois parâmetros caracteriza completamente a onda: n = 𝟏 𝑻 തn = 𝟏 l 𝐯 = l 𝑻 𝐯 = ln 4 Ex. 1) l = 50𝑐𝑚 e n = 10𝑠−1 𝑇 = 1 n = 1 10𝑠−1 = 0,10𝑠 തn = 1 l = 1 50𝑐𝑚 = 0,020𝑐𝑚−1 𝑣 = ln = 50𝑐𝑚. 10𝑠−1 = 5,0𝑚 𝑠−1 Química Geral – Radiação Eletromagnética Mecânica ondulatória O conhecimento de dois parâmetros caracteriza completamente a onda: n = 𝟏 𝑻 തn = 𝟏 l 𝐯 = l 𝑻 𝐯 = ln 5 Ex. 2) l = 750𝑐𝑚 e v = 3,00 × 108𝑚 𝑠−1 തn = 1 l = 1 750𝑛𝑚 = 1,33 × 10−3𝑛𝑚−1 1𝑛𝑚 10−9𝑚 = 1,33 × 106𝑚−1 n = v n = vതn = 3,00 × 108𝑚 𝑠−1. 1,33 × 106𝑚−1 = 3,99 × 1014𝑠−1 𝑇 = 1 n = 1 3,99 × 1014𝑠−1 = 2,50 × 10−15𝑠 = 2,50 𝑓𝑠 Química Geral – Radiação Eletromagnética Mecânica ondulatória O conhecimento de dois parâmetros caracteriza completamente a onda: n = 𝟏 𝑻 തn = 𝟏 l 𝐯 = l 𝑻 𝐯 = ln 6 Ex. 3)n = 20𝑘𝐻𝑧 e v = 340𝑚 𝑠−1 𝑇 = 1 n = 1 20𝑘𝐻𝑧 = 1 20 × 103𝑠−1 = 1 2,0 × 104𝑠−1 = 5,0 × 10−5𝑠 l = v n = v𝑇 = 340𝑚 𝑠−1. 5,0 × 10−5𝑠 = 1,70 × 10−2𝑚 = 1,70𝑐𝑚 തn = 1 l = 1 1,70𝑐𝑚 = 0,59𝑐𝑚−1 1𝑐𝑚 10−2𝑚 = 0,59 × 102𝑚−1 = 59 𝑚−1 Química Geral – Radiação Eletromagnética Radiação eletromagnética Duas ondas transversais planas que se movem ao longo da mesma direção de propagação, mas que oscilam em direções perpendiculares uma à outra A velocidade de propagação da radiação eletromagnética é igual à velocidade da luz no vácuo (3,00 × 108 𝑚 𝑠−1) 7 Campo elétrico oscilante Campo magnético oscilante 𝑐 = ln Química Geral – Radiação Eletromagnética Espectro eletromagnético A radiação eletromagnética é dividida em regiões abrangendo intervalos de frequência ou comprimento de onda: 8 Química Geral – Radiação Eletromagnética Postulado de Planck Radiação térmica: Qualquer matéria em estado condensado emite um espectro contínuo de radiação eletromagnética que não depende da composição, mas apenas de sua temperatura 9 Química Geral – Radiação Eletromagnética Postulado de Planck A intensidade da radiação emitida aumenta com o aumento da temperatura: 𝑰 𝑻 = 𝝈𝑻𝟒; 𝝈 = 𝟓, 𝟔𝟕 × 𝟏𝟎−𝟖𝑾. 𝒎−𝟐. 𝑲−𝟒 A intensidade emitida por um corpo a uma temperatura é proporcional à quarta potência da temperatura; A frequência máxima (aquela correspondente ao máximo de intensidade) aumenta com a temperatura: l𝒎𝒂𝒙𝑻 = 𝜶; 𝜶 = 𝟐, 𝟖𝟗𝟖 × 𝟏𝟎−𝟑𝒎. 𝑲 A frequência máxima é diretamente proporcional à temperatura do corpo 10 Química Geral – Radiação Eletromagnética Catástrofe do ultravioleta 11 Um oscilador pode assumir qualquer valor de energia entre zero e infinito Um oscilador pode assumir apenas valores discretos de energia Química Geral – Radiação Eletromagnética Postulado de Planck A energia de um oscilador térmico pode assumir apenas valores discretos, uniformemente distribuídos e proporcionais à frequência do oscilador: 12 𝐸 = 𝑛ℎn; 𝑛 = 0,1,2,3,4,5, … 𝐸 = 0, ℎn, 2ℎn, 3ℎn, 4ℎn, 5ℎn, … ℎ = 6,62 × 10−34 𝐽. 𝑠 Química Geral – Radiação Eletromagnética Efeito fotoelétrico Emissão de elétrons de uma superfície metálica devido à incidência de radiação eletromagnética sobre ela 13 Química Geral – Radiação Eletromagnética Efeito fotoelétrico Corrente elétrica em função do potencial: 14 1) Se o potencial é muito grande  corrente atinge um valor máximo (todos os fotoelétrons ejetados são coletados na outra placa); 2) Se o potencial for invertido em sinal, a corrente não cai a zero  alguns fotoelétrons alcançam a outra placa mesmo com campo elétrico contrário ao seu movimento; 3) Se o potencial negativo for muito grande, a corrente vai a zero  existe um potencial limite acima do qual os elétrons não conseguem vencer a força contrária ao seu movimento. Química Geral – Radiação Eletromagnética Efeito fotoelétrico Corrente elétrica em função do potencial: 15 1) Há uma frequência limite abaixo da qual não ocorre efeito fotoelétrico; 2) Acima da frequência limite o potencial varia linearmente com a frequência da radiação incidente; Química Geral – Radiação Eletromagnética Efeito fotoelétrico Postulados de Einstein: 1) A energia da radiação eletromagnética está quantizada em pacotes elementares, hoje chamados de fótons; 2) Os fótons viajam no espaço como uma onda eletromagnética clássica; 3) A energia de um fóton está relacionada à sua frequência por: 𝑬 = 𝒉n 4) Quando um fotoelétron é emitido da superfície de um metal, a sua energia cinética máxima é: 𝑲𝒎𝒂𝒙 = 𝒉n − 𝒘𝒐 𝒘𝒐 função trabalho (energia mínima para o elétron romper sua ligação com o metal) 16 Química Geral – Radiação Eletromagnética Efeito fotoelétrico 17