Surgimento da Física Moderna
Espectros de radiação
Emissão e absorção - Espectros de linhas
- Materiais podem emitir e absorver radiação eletromagnética. Para um
dado material em determinadas condições (estado gazoso ou condensado, temperatura, etc),
a intensidade de radiação emitida ou absorvida varia com o comprimento de onda
l da radiação. Referimo-nos
a esta variação como constituindo o espectro de emissão
ou absorção do material.
- Um espectro é em geral constituído de várias partes que possuem origens físicas
diversas. Mais adiante, discutiremos a parte contínua do espectro associada
à agitação térmica dos corpúsculos do material. Nesta seção dirigimos a nossa
atenção para a parte discreta do espectro, constituída de linhas
de emissão ou absorção que correspondem a valores bem definidos
de l. Estas linhas são
caracteristicas dos átomos do material e o seu estudo fornece
informações valiosas sobre a estrutura destes átomos.
-
Uma propriedade importante é que o espectro de linhas de absorção de um
dado material é idêntico ao seu espectros de linhas de emissão.
Espectro do átomo de hidrogênio
- Os espectros de linhas dos elementos foram estudados sistematicamente a partir dos últimas
décadas do século XIX. Foi verificado que as linhas tendem a se agrupar em
séries. As linhas numa dada série tendem a se aproximar cada vez
mais quando o comprimento de onda diminui, tendendo para uma determinado valor
llim chamado
limite da série.
- No caso do hidrogênio - o mais leve dos elementos, portanto presumivelmente o mais
simples dos átomos - uma primeira série foi identificada na parte visível do
espectro em 1885 por Balmer.
Subsequentemente, outras séries foram identificadas, uma no ultravioleta por
Lyman e outra no infravermelho por
Paschen. Estas três séries estão representadas na figura
abaixo (as linhas que estão fora da região visível de espectro estão representadas
na cor negra).
Espectro do átomo de hidrogênio
- Uma fórmula empírica que descreve com precisão estas
séries foi estabelecida por Rydberg e por Ritz.
Nela, uma linha é especificada por dois números inteiros.
O primeiro m, que pode tomar os valores
m=1,
m=2,
m=3... especifica
a series à qual a linha pertence.
O segundo n, que pode tomar os valores
n=m+1,
n=m+2,
n=m+3... especifica
uma linha dentro da séries. O comprimento de onda da linha
(m, n) é dado por
|
(3-1) |
onde a constante de Rydberg tem a valor empírico
|
(3-2) |
Como a fórmula (3-1) dá o inverso do comprimento de onda, vê-se
que qualquer comprimento de onda será dado por uma fração racional multiplicando o inverso
da constante de Rydberg, cujo valor é
|
(3-3) |
- Por exemplo, a primeira linha da série de Balmer corresponde
a m=2 e
n=3 e possui comprimento de
onda igual a
O limite desta série é obtido ao fazer
n tender para o infinito e vale
Para a série de Lyman, os valores correspondentes são
| e |
|