Espectrofotometria

A espectrofotometria pode ser definida como toda técnica analítica que usa a luz para medir as concentrações das soluções, através da interação da luz com a matéria.

A palavra espectro de origem grega foi empregada para nomear raios luminosos em virtude de na antiguidade as pessoas sepultarem seus mortos em covas rasas, e o simples fato de alguém desavisado pisar em cima, de uma dessas sepulturas fazia com que o gás metano fosse expelido, visto que corpos em decomposição liberam diversos gases, entre eles o metano, que apresenta uma propriedade de auto inflamar-se apresentando um aspecto luminoso intenso. Quando alguém era surpreendido por uma bola gasosa dessa ficava assustado e dizia estar sendo assustado por um fantasma que em grego é espectro.

Fundamento da espectrofotometria

A luz de uma maneira geral é mais bem descrita como sendo uma radiação eletromagnética em virtude de sua natureza dualística. Ou seja, ela existe e tem um comportamento de campos elétricos e magnéticos oscilantes como a figura abaixo representa:

Onde:

O comprimento de onda (λ) é distancia em metros, de um pico ao outro da onda;

A frequência (v) é o grau de oscilação das ondas, em função da velocidade da luz no vácuo que é representada pela constante c (c=2, 998×10⁸m. s^-1). De modo que:

λ . v = c

Espectro eletromagnético representando os comprimentos de onda correspondente a cada radiação

A técnica espectroscópica é baseada na no aumento de energia em função do aumento da frequência da radiação incidida. Quando uma espécie química absorve energia na forma de fótons, seus elétrons ficam excitados e ocorre uma transição de um orbital de mais baixa energia para outro de maior energia. Um exemplo disso são compostos químicos que apresentam duplas ligações C=C no benzeno e C=O, a carbonila, por exemplo.

Benzeno

As cetonas da ligação peptídica

O aumento de energia é representado pela condição de frequência de Bohr:

E = hv

Onde:

E é a energia que aumenta em função da frequência, e h é a constante de Planck h=6,626×10^-34J.s.

A transição eletrônica de duplas ligações, ocorre em virtude de uma ligação dupla ser formada por um orbital sigma (σ) e um orbital (π), de modo que o elétron que está no orbital pi ligante vai para o orbital pi antiligante que tem maior energia. A transição nas C=C é na C=O é representada na figura abaixo, essa espécies químicas são denominadas cromóforos ou substâncias que trazem a cor:

Para C=C : π-π*

Para C=O : (orbital não-ligante) n-π*

Aminoácidos como a Fenilalanina, Tirosina e Triptofano são os principais responsáveis pela absorção de luz das proteínas em virtude de possuírem o anel benzênico em sua estrutura química, além da ligação peptídica listada acima. A luz é absorvida na faixa de 280nm.

Lei de Lambert-Beer

A “força vital” da espectrofotometria está fundamentada na lei de Lambert-Beer, que estabelece:

“A absorbância é diretamente proporcional a concentração da solução de amostra.”

Ou:
Log(I/I₀)=εcl
A= εcl

Onde :
A é a absorbância,
ε é o coeficinte de extinção molar e
l é o comprimento da cubeta.

Os componentes principais de um espectrofotômetro são apresentados e suas respectivas funções:

Fonte de Luz: é composta por uma lâmpada de deutério e uma lâmpada de tungstênio (semelhante à lâmpada de carro). A lâmpada de deutério emite radiação UV e a de tungstênio emite luz visível.

Monocromador: alguns espectrofotômetros ainda possuem um prisma como monocromador, porém os mais modernos possuem dispositivos eletrônicos que transformam a luz incidida em vários comprimentos de onda, em um só comprimento, ou seja, a luz monocromática.

Cubetas utilizadas em espectrofotometria. Geralmente usa-se cubeta de 1 cm, a fim de facilitar os cálculos da Lei de Lambert-Beer.

Cubeta: é o recipiente propício para conter a amostra que será utilizada na análise, as cubetas podem ser de quartzo, vidro e acrílico, porém recomenda-se que seja usada uma cubeta de quartzo por que o vidro e o plástico absorvem UV e causa a reflexão da luz visível.

Detector: o detector é um dispositivo que detecta a fração de luz que passou pela amostra e transfere para o visor e para o computador acoplado ao aparelho.

Análise espectrofotométrica

Passo 1: a amostra deve ser preparada com a quebra da amostra por métodos mecânicos, químicos ou físicos;

Passo 2:  a amostra é solubilizada no solvente escolhido em um balão volumétrico limpo e seco;

IMPORTANTE:  o solvente na maioria das vezes é água, porém, quando tratar-se de amostras apolares que precisam ser diluídas em solvente orgânico nunca utilize alcenos, alcinos, cetonas ou qualquer outro que tenha ligações C=C ou C=O ou triplas.

Passo 3: em uma cubeta é colocado o solvente puro e lido no comprimento de onda o mesmo que será lida a amostra, esse procedimento é chamado leitura em branco, e tem como finalidade minimizar os erros causados, pela absorção luz ocasionados pelo vidro e pela água;

Passo 4: a amostra é filtrada em uma membrana de 0,2 μm, por que a solução deve estar totalmente límpida a fim de diminuir ao máximo o erro causado por partículas em suspensão, a cubeta contendo o branco e retirado do equipamento e sua absorção anotada. Após esse processo a solução de interesse é lida, e dessa absorbância é subtraído a leitura do branco.

Cuidados em espectrofotometria

• É imprescindível que o equipamento seja calibrado e manuseado de acordo com as instruções do fabricante, por ele já traz a margem de erro que o aparelho tem;
• Evitar erros de leitura certificar-se de que o equipamento esteja fechado. Antes da leitura a luz do ambiente pode interferir no resultado;
• Manter sempre limpo e fechado a fim de evitar o acumulo de partículas de poeira que interferem na análise. Em hipótese alguma toque a cubeta com as mãos sem luvas, a nossa mão contém gorduras e interferem na leitura.
• Só podem ser analisados por espectrofotometria de absorção compostos que absorvem luz.
• Em caso de soluções fortemente coloridas como permangantos, complexos altamente coloridos, dicromatos, cromatos e outros compostos com cores altamente acentuadas deverão ser feitas no mínimo 5 diluições de concentração conhecida e lidas no espectrofotômetro e uma curva analítica deverá ser traçada afim de determinar o coeficiente de extinção molar. Soluções muito concentradas tendem provocar erros de leitura por que existem muitas moléculas próximas umas das outras.

Fonte: http://www.infoescola.com/quimica/espectrofotometria/

Espectroscopia

O termo espectroscopia é utilizado nas disciplinas de física e química para se referir à técnica de aferimento de dados físico-químicos através da transmissão, absorção ou reflexão da energia radiante incidente em uma amostra. Sua origem encontra-se no estudo da luz visível dispersa de acordo com seu comprimento de onda, por exemplo, por um prisma.

Embora a natureza espectral da luz esteja presente no arco-íris, demorou para que o homem reconhecesse o seu significado. Não foi até 1666 que Newton mostrou que a luz branca a partir do sol pode ser repartida em uma série contínua de cores. Newton introduziu a palavra "espectro" para descrever tal fenômeno, utilizando uma superfície com um pequeno orifício que emitia um feixe de luz, uma lente para focá-lo, um prisma de vidro para dispersá-lo, e uma tela para exibir o espectro resultante. Assim, a análise da luz feita por Newton é considerado o marco inicial da ciência da espectroscopia.

A partir daí, os pesquisadores entendem que a radiação solar possui componentes fora da parte visível do espectro. Estes estudos foram os precursores de medições radiométricas e fotográfica da luz, respectivamente. Outra importante contribuição ao desenvolvimento  da espectroscopia encontra-se nas pesquisas do alemão Joseph Fraunhofer, que ao observar que o espectro do sol, quando suficientemente disperso é atravessado por um grande número de finas linhas escuras (as chamadas linhas de Fraunhofer). Fraunhofer elaborou as primeiras normas para comparação de linhas espectrais obtidas a partir de prismas de vidros diferentes, além de estudar os espectros das estrelas e dos planetas, usando uma objetiva de telescópio para coletar a luz, dando com isso origem à ciência da astrofísica.

Apesar de suas realizações, Fraunhofer não entendia a origem das linhas espectrais que observava. Somente 33 anos após sua morte é que Gustav Kirchhoff estabeleceu que cada elemento e composto tem seu próprio espectro único, e que, ao estudar o espectro de uma fonte desconhecida, pode-se determinar sua composição química. Com esses avanços, espectroscopia se tornou uma verdadeira disciplina científica.

Em 1859, em sua famosa lei, Kirchhoff afirma que a potência emitida e absorvida da luz num determinado comprimento de onda são as mesmas para todos os corpos à mesma temperatura. Um gás, por exemplo, que irradia um espectro de linha deve, à mesma temperatura, absorver as linhas espectrais que irradia. Com isto, Kirchhoff e R. Bunsen explicam que as linhas de Fraunhofer no espectro do sol ocorrem devido a absorção do espectro contínuo emitida a partir do interior quente do sol por elementos na superfície mais fria. Com esta pesquisa, tornou-se possível a análise da atmosfera do Sol.

A espectroscopia passou a ser utilizada como ferramenta científica para sondar a estrutura atômica e molecular, inaugurando o campo da análise espectroquímica para analisar a composição dos materiais. Estas técnicas são utilizadas hoje para analisar os objetos, tanto terrestres e estelar, e continua a ser o nosso único meio de estudar os elementos químicos presentes nas estrelas.

Fonte:  http://www.infoescola.com/fisica/espectroscopia/

Por Que Nosso Mundo É Colorido?

A luz é  produzida quando elétrons vibram, indo e voltando rapidamente entre vários  níveis de energia que existem na eletrosfera de um átomo. Para cada salto, é  emitido um fóton, que é uma luz monocromática, de comprimento de onda (cor) bem  definido.
Deste fato  resultam os espectros de emissão, formados por raias ou bandas coloridas, que  servem inclusive, para identificar o átomo emissor da luz. Em temperaturas  elevadas átomos com muitos elétrons emitem tantas raias que o espectro se torna  contínuo e a presença simultânea de todas as cores se traduz na cor branca.
Um objeto é  branco quando reflete todas as cores.
Um objeto é  preto quando absorve todas as cores.
Um objeto é  vermelho quando reflete a cor vermelha e absorve as demais cores.

^{Fonte:http://www.mundodaquimica.com.br/2012/09/por-que-nosso-mundo-e-colorido/}

Brilho do Diamante

 

O diamante é reconhecido mundialmente por sua rara beleza e brilho ofuscante. Tal pedra preciosa possui valor estimado e é usada para compor as mais valiosas joias. O segredo para tanto glamour está na lapidação, ela precisa dar à pedra a capacidade de receber a luz pela parte superior, refleti-la em seu interior e sair pelo alto novamente. Dessa forma a luz irá refletir ao máximo o brilho do diamante.

Para lapidar uma pedra bruta de diamante, o joalheiro precisa cortá-la em inúmeras facetas (superfície limitante). Sendo que um bom corte é aquele que confere o máximo de cintilação e de dispersão da luz.

Não seria possível ao vidro, após passar por todo esse processo, também exibir um brilho notável? Acontece que os diamantes têm índice de refração muito mais alto.

Entende-se por refração a capacidade de dispersar a luz. Portanto, mesmo que o vidro fosse lapidado e adquirisse inúmeras facetas, ele não emitiria o mesmo brilho, porque não possui o mesmo índice de refração do diamante.

 

Fonte:http://www.brasilescola.com/quimica/brilho-diamante.htm

A Química Que Desvenda Crimes

A cada dia que passa está mais difícil para um criminoso esconder vestígios da polícia, pode ser o fim dos homicídios sem solução.

Mesmo que o assassino lave cuidadosamente o local do crime ou que tenha se passado até seis anos, é possível identificar os mínimos vestígios de sangue em praticamente qualquer tipo de superfície, mesmo as lisas como os azulejos. 

O responsável por esse avanço é o Luminol, que é um produto químico especial capaz de fazer aparecer traços de sangue até então invisíveis a olho nu, se tornando um grande aliado dos investigadores para revelar cenas ocultas de um crime. O processo começa pelo reconhecimento do local onde se passou o crime, o Luminol então é aplicado com borrifadores especiais nas possíveis áreas onde pode haver resquícios sanguíneos.

A reação acontece quando as moléculas do Luminol entram em contato com o sangue. As partículas de ferro existentes na hemoglobina (uma proteína do sangue) se acendem gerando uma intensa luz azul que pode ser vista em um local escuro ou no momento em que se apaga a luz do ambiente. Assim que a substância se mistura à hemoglobina, bastam apenas 5 (cinco) segundos para a luz radiante se tornar visível. A sua utilização é muito importante, pois a partir das manchas de sangue pode-se sugerir uma dinâmica do que teria acontecido e assim solucionar o crime.Com a ajuda do Luminol, os pesquisadores conseguem detectar até traços de DNA que permitem o reconhecimento da vítima e do culpado. O processo químico responsável por essa façanha é chamado de quimiluminescência, fenômeno similar ao que faz vaga-lumes e bastões luminosos brilharem.

Segundo os pesquisadores responsáveis pela elaboração do Luminol, é praticamente impossível alguém limpar o sangue de uma forma que o Luminol não consiga identificá-lo. Por exemplo, em uma pia completamente branca que seja lavada várias vezes com fortes produtos de limpeza (água sanitária), mesmo assim a substância encontrará indícios quando tiver sangue.

Fonte: http://quimicanacuca.wordpress.com/2011/03/25/a-quimica-que-desvenda-crimes-luminol/