aula2-Luz-13.2

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A luz visível é uma radiação eletromagnética, assim como
as ondas de rádio, as radiações no infravermelho e no
ultravioleta e o micro-ondas
As radiações eletromagnéticas se propagam com uma 
velocidade c= 3,00 x 108 m/s no vácuo
A luz branca visível pode ser decomposta em diversos comprimentos de onda, o
comprimento de onda é representado pela letra grega λ
Cada cor está associada a um comprimento de onda
Quanto maior o comprimento de onda, menor será sua energia
λComprimento de onda é representado por (λ) e
a frequência é representada por (ν)
Relação entre comprimento de onda e
frequência
c= λν
Figura reproduzida de Química, a ciência central 9ª ed.
Figura reproduzida de Química, a ciência central 9ª ed.
Luz visível tem comprimento de onda entre 400 e 750 nm
Figura reproduzida de Química, a ciência central 9ª ed.
Radiação UV é geralmente dividida em três categorias:
UVA (315-400 nm) pode causar danos no tecido conectivo da derme
UVB (290-315 nm) causa queimaduras na pele
UVC (100-315 nm) absorvida pelo ozônio da atmosfera
Exercícios
1. Duas ondas eletromagnéticas são representadas na
figura. a) qual onda tem a maior frequência?
b) Se uma onda representa a luz visível, e 
a outra a radiação infravermelha, qual é uma e qual é 
a outra?
2. Se uma das ondas representa a luz azul e a outra, a vermelha, qual 2. Se uma das ondas representa a luz azul e a outra, a vermelha, qual 
seria qual?
3. A luz amarela emitida por uma lâmpada de vapor de sódio usada para iluminação
pública tem um comprimento de onda de 589 nm. Qual a frequência dessa radiação?
4a. Um laser utilizado em cirurgia de olhos, para reparar retinas descoladas, produz
radiação com comprimento de onda de 640,0 nm. Calcule a frequência dessa
radiação.
b) Uma estação de rádio FM transmite radiação eletromagnética a uma frequência
de 103,4 MHz (1MHz= 106 s-1). Calcule o comprimento de onda dessa radiação.
5a. Qual a frequência da radiação que tem comprimento de onda de 0,452 pm?
b)Qual é o comprimento de onda da radiação que tem uma frequência de 
2,55x1016 s-1?2,55x1016 s-1?
c) Quais radiações seriam visíveis a olho nu?
d)Qual a distância percorrida por uma radiação eletromagnética em 7,50 ms?
Observação qualitativa mostra que objetos metálicos aquecidos
emitem radiação eletromagnética
O objeto começa emitindo na região do vermelho, amarelo e passa a ficar branco
quando a temperatura fica mais alta
O objeto quente que está emitindo radiação eletromagnética é conhecido como 
corpo negro apesar de aparecer branco 
Denominação de corpo negro vem do fato do objeto não apresentar preferência em
absorver ou emitir um comprimento de onda específico
Luz emitida por um
objeto incandescente
1. Figura reproduzida de Chemistry and chemical reactivity, J. Kotz, 7ª edição
Metal fundido, emitindo luz 
2. Figura reproduzida de johncohn.org
Catástrofe do ultravioleta
A física clássica previa que qualquer corpo negro que estivesse em
uma temperatura diferente de zero deveria emitir radiação na
região do ultra-violeta, além de raios X e raios gama.
A intensidade da radiação deveria aumentar para comprimentos
de onda pequenos.de onda pequenos.
O corpo humano deveria emitir luz por estar em uma temperatura
diferente de zero.
Não haveria a escuridão.
Figura mostra a intensidade da radiação emitida por um corpo 
negro aquecido em função do comprimento de onda.
Com o aumento da temperatura a energia emitida aumenta ( a 
área sob a curva).
O máximo de intensidade desloca-se para comprimentos de 
onda menores.
Figura reproduzida de Chemistry and chemical reactivity, J. Kotz et al.
Max Planck (1858-1947) propôs em 1900 que a energia podia ser
absorvida ou liberada pelos átomos em “pedaços” distintos de tamanhos
mínimos.
Os pequenos pedaços foram chamados de quantum
(significa “quantidade fixa”)(significa “quantidade fixa”)
É a menor quantidade de energia que podia ser emitida ou
absorvida como radiação eletromagnética.
A energia liberada em forma de radiação eletromagnética
vinha dos átomos que oscilavam com uma determinada 
frequência
Planck propôs que cada oscilador tinha uma frequência
fundamental (ν) e a radiação emitida poderia ter apenas
determinadas energias.
E= hν h é a constante de Planck
h é um número experimental com valor de 6,63 x 10-34 J.s
• para entender a quantização, considere a subida em uma
rampa versus a subida em uma escada:
• Para a rampa, há uma alteração constante na altura, 
enquanto na escada há uma alteração gradual e quantizada
na altura.
As figuras mostram que a 
energia potencial de umaenergia potencial de uma
pessoa subindo uma rampa
aumenta de forma uniforme e
contínua.
A energia potencial de uma 
pessoa subindo uma escada
aumenta de forma gradual
e pode ter apenas alguns 
valores.
Exercícios
6. Qual a energia de um fóton de luz azul de frequência 6,4 x 1014 Hz?
7. Um tipo de queimadura de sol ocorre com a exposição à luz UV de 
comprimento de onda 325 nm. Qual a energia de um fóton com esse λ?
Qual a energia de um mol desses fótons?
8. A energia da radiação pode ser usada para causar a ruptura de ligações
químicas. Uma energia mínima de 495 kJ/mol é necessária para quebrar a 
ligação oxigênio-oxigênio no O2.
a) Qual o comprimento de onda mais longo da radiação que possui a energia
necessária para quebrar essa ligação?
b) Que tipo de radiação eletromagnética é essa?
H. Hertz em 1887 observou, que a luz ao interagir com metais em 
tubos de vidro a baixa pressão gerava diversos fenômenos elétricos.
Como na época não se conhecia a existência dos elétrons o efeito não
foi explicado.
Após a descoberta do elétron, uma reinvestigação foi feita por outros cientistas,Após a descoberta do elétron, uma reinvestigação foi feita por outros cientistas,
especialmente P.E.A. von Lenard que mostrou que metais emitiam elétrons 
quando iluminados.
Elétrons só eram emitidos frente a uma determinada radiação.
A radiação incidente podia ser muito intensa porém se não tivesse 
uma determinada frequência mínima não era observada a emissão
de elétrons.
Ilustração do efeito fotoelétrico
“Em 1905 Einstein publicou um artigo sobre o efeito fotoelétrico.
Neste artigo Einstein usou a suposição da energia quantizada de Planck,
não aos osciladores elétricos da matéria mas a própria luz.
um quantum de luz foi considerado como sendo a energia dessa luz,
e a quantidade dessa energia é proporcional a sua frequência”*1
ν
1D.W. Ball, Físico-química, vol 1, capítulo 9.
Eluz= hν
Einstein fez uma série de suposições sobre o efeito fotoelétrico:
“1. A luz é absorvida por elétrons em um metal, e a energia da luz aumenta a 
energia do elétron
2. Um elétron está ligado a uma amostra de metal com uma energia específica.
Quando a luz é absorvida pelo elétron, ele é ejetado do metal depois que esta 
energia de ligação é superada. 
A energia característica é chamada de função trabalho do metal e é simbolizada
por Φ (fi).por Φ (fi).
3. Se sobrar alguma energia depois que a função trabalho for superada, o 
excesso será convertido em energia cinética ou energia de movimento.”1
1D.W. Ball, Físico-química, vol 1, capítulo 9.
Equação do efeito fotoelétrico
Ek = hν - Φ Ek = 1/2 (mv
2)
Figura reproduzida de Princípios de Química, P. Atkins
e L. Jones, 5ª ed.
9. Exercício
É necessário um fóton com energia mínima de 4,41 x 10-19 J para emitir 
elétrons do metal sódio.
a) Qual a frequência mínima de luz necessária para emitir elétrons do sódio 
pelo efeito fotoelétrico?
b) Qual é o comprimento de onda dessa luz?
c) Se o sódio é irradiado com luz de 439 nm, qual a possível energia cinética
máxima de elétrons emitidos. Qual a velocidade do elétron?máxima de elétrons emitidos. Qual a velocidade
do elétron?
Respostas
a) 6,65 x 10 14Hz
b) 451 nm
c)0,12 x 10-19 J; 1,62x105 m/s
10. Exercício
Césio é frequentemente usado em fotocélulas devido a sua baixa função
trabalho de 3,43 x 10 -19 J.
a) Qual é o maior comprimento de onda que irá ejetar elétrons do césio?
b) Em que região do espectro se situa esse comprimento de onda, qual
a cor dessa radiação?
Respostas
a) 580 nm
b) Região visível , cor amarela.
A luz apresenta um comportamento de onda, pois apresenta o
fenômeno de difração e também apresenta comportamento de
partícula como visto no efeito fotoelétrico. 
Dualidade onda-partícula
Bibliografia
1. Físico-química, D.W. Ball, volume 1, capítulo 9.
2. Química, a Ciência Central, T. Brown et al. 9ª edição, capítulo 6.
3. Princípios de Química, P. Atkins e L. Jones 3ª e 5ª edições.
4. Chemistry and chemical reactivity, J. Kotz et al., 7ª edição.
5. Química, a Ciência Central (slides), D.P. White