Laboratório de F ísica IV Aulas 9 –Espectroscopiasmaira/Graduação/5º Semestre... · e Luiz...

Instituto de Física de São Carlos

Laboratórios de Ensino de FísicaLEF

LaboratLaboratóório de Frio de Fíísica IVsica IVAulas 9 Aulas 9 –– EspectroscopiaEspectroscopia

Profs.: Eduardo Ribeiro de Azevêdoe Luiz Antonio O. Nunes

Técnico de Lab.: Ércio Santoni



c

fλ =

0,4

0.7µm

Azul 0.4µµµµmVerde 0.5µµµµmVermelho 0.6µµµµm

O ESPECTRO ELETROMAGNO ESPECTRO ELETROMAGNÉÉTICOTICO



DISPERSÃO DA LUZ POR DIFERENDISPERSÃO DA LUZ POR DIFERENÇÇA DE A DE ÍÍNDICE DE REFRANDICE DE REFRAÇÇÃOÃO

Concentração dos raios por reflexão interna total

Dispersão por diferença de

índice de refração

Observaçãodo arco

Arco Íris secundáriosO Arco O Arco ÍÍrisris

A aparente inversão de cores ocorre devido a visualização ocorrer para diferentes gotas



DISPERSÃO DA LUZ POR DIFERENDISPERSÃO DA LUZ POR DIFERENÇÇA DE A DE ÍÍNDICE DE REFRANDICE DE REFRAÇÇÃOÃO

Prismas: Prismas:

Como o índice de refração depende do comprimento de onda da luz, “raios”com diferentes comprimentos de onda sofrem desvios diferentes quando atravessam um prisma



31 2 4

2 3 4

aa a a

d d d d= = = L

(semelhança de triângulos)

Se a1 = λ => 2 32 ; 3a aλ λ= = L

(máximos de interferência)

1

2

2

0,1,2,3....

sen nd sendsen

d

n

λθ λ

θλ

θ

=

⇒ ==

=

(posição dos máximos)

GRADES ou REDES DE DIFRAGRADES ou REDES DE DIFRAÇÇÃOÃO



2

GRADES ou REDES DE DIFRAGRADES ou REDES DE DIFRAÇÇÃOÃO


Laboratórios de Ensino de Física

Para diferentes comprimentos de onda

( )

( )

2 22

0 2 2

( ) ( );

( )

;

sen sen NI N I

senb

sen

asen

β γ

β γπ

β θλπ

γ θλ

=

=

=

Poder de Resoluçãoda Rede:

mNPR =∆

=λ

λ



Grades de difração por transmissãoGrades de difração por transmissão

David RittenhouseDavid Rittenhouse

1732 1732 -- 17961796

MMááximo de ximo de

incidência normal: incidência normal:

••TelaTela muitomuito

distantedistante

λθ ma m =sin



Grades de difração por reflexãoGrades de difração por reflexãoExemplo: disco CD

Grade angulada:



platô: interferência destrutivaVale : interferência construtiva

Leitor de CD/DVDLeitor de CD/DVD



O ESPECTRO SOLARO ESPECTRO SOLAR

Alguns comprimentos de onda estão ausentes no espectro quando medido na terra, o que é atribuído àabsorção de luz por moléculas e átomos da atmosfera.



Modelo de Bohr

Hidrogênio

ÁÁtomotomo de de HidrogênioHidrogênio::

2

13,6n

eVE

n= −

Raias de emissão e absorção são associadascom transiçõeseletrônicas permitidas

nn

hc

Eλ =

SISTEMAS ATÔMICOSSISTEMAS ATÔMICOSNiels Bohr



SISTEMAS ATÔMICOSSISTEMAS ATÔMICOS

ComparaComparaççãoão do do ÁÁtomotomo de de HidrogênioHidrogênio e o e o ÁÁtomotomo de Hede He++::

Raias de emissão sãocaracterísticas de

cada tipo de átomo




ComplexidadeComplexidade do do espectroespectro e e EstruturaEstrutura FinaFina::

Transições no Átomo de Sódio

Spin-órbita

Espectros dos átomostornam se mais complexosse outras interações sãorelevantes



No Infra-vermelho temos impressão digital de moléculas

λ

hchfE ==

Em um sistema de unidades onde h=c=1 energia é dada emunidades de inverso de comprimento, ou seja, cm-1




Hidrogênio

Nitrogênio

ExemplosExemplos de de EspectrosEspectros atômicosatômicos::

Argônio

Oxigênio

Carbono

Ferro



EspectroscopiaEspectroscopia porpor AbsorAbsorççãoão::

Raias de absorção sãocaracterísticas de cada material

PRINCPRINCÍÍPIOS DE ESPECTROSCOPIA PIOS DE ESPECTROSCOPIA ÓÓPTICAPTICA

fenda



Sódio

Cobre

Estrôncio



PRINCPRINCÍÍPIOS DE ESPECTROSCOPIA PIOS DE ESPECTROSCOPIA ÓÓPTICAPTICA

66--) ) EspectroscopiaEspectroscopia de de EmissãoEmissão::

Raias de emissão sãocaracterísticas de cada material

fenda



Bunsen

Kirchoff

Primeiro espectrPrimeiro espectróógrafografo



Espectrógrafo de grade de difraçãoEspectrógrafo de grade de difração

reflective

grating

Mirrors

Detector

slitLight

Usualmente as grades têm Usualmente as grades têm

milhares de fendas e são milhares de fendas e são

caracterizadas pelo ncaracterizadas pelo núúmero de mero de

fendas (linhas) por cm (mm) fendas (linhas) por cm (mm)

(por (por exemploexemplo: 6000 cm: 6000 cm--11))



Interferômetro deInterferômetro de MichelsonMichelson

Albert Abraham Michelson

1852 - 1931

Se a diferença de caminho é 2(d1-d2)=mλ - minimo, ponto escuro

Se a diferença de caminho é 2(d1-d2)=mλ+λ/2 - maximo, ponto brilhante

+λ/2 - reflection

+λ/2 - reflection

Placa compensadora



0 200 400 600 800 1000-3

-2

-1

0

1

2

3

4Interferograma

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20

0.0

0.5

1.0

FFT



* Região espectral: 100 – 5000 cm-1 (100.000 - 2000 nm)

ESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHOESPECTROSCOPIA DE INFRAVERMELHO

* Fenômeno: Absorção de freqüências correspondentes

a energias de vibração da amostra (EV = E1 – E0).

xI0 I

0

%I

IT =

v = 0

hν

v = 1

( )xII α−= exp0

α = coeficiente de absorção (cm-1)x = espessura da amostra (cm)



Experimental - Medida interferométricaExperimental Experimental -- Medida interferomMedida interferoméétricatrica

Amostras:Amostras:

transparentes ou

opacas (em KBr)

Interferômetro de Michaelsonamostradetector IV

I0I

fonte

espelhomóvel

espelhofixo

divisor

feixe

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