Introdução - Espectroscopia Molecular

Espectroscopia Molecular

Introdução

Durante muitos anos, muitos cientistas se questionavam sobre a estrutura eletrônica dos átomos e seu comportamento. Desta forma, utilizavam das leis de movimento de Newton, mecânica clássica, para explicarem a estrutura atômica. Porém, estas leis falhavam quando se aplicavam a corpúsculos extremamente pequenos como os átomos, ou extremamente grandes como planetas, tonando-se necessário desenvolver novas leis denominadas de mecânica quântica, onde quântica provém do latim quantum, quantidade, em português.

A mecânica clássica baseia-se nas leis de movimento em que as partículas se deslocam em trajetórias definidas em consequência da aplicação de forças. Já a mecânica quântica considera a dualidade onda- partícula da matéria e a quantização da energia. O conceito de dualidade diz que tanto os elétrons quanto a matéria, de modo geral, apresentam propriedades concomitantemente de partículas e de ondas, já a quantização trata a transferência energética dada por quantidades discretas, ou seja, a energia é formada por partículas, fótons, que apresentam pacotes de energia bem definidos.

A luz, radiação eletromagnética, é constituída por estes fótons que ora se comportam como partículas, ora como ondas, a mesma consiste em campos elétricos e magnéticos, e tal como outras formas de radiação, caracteriza-se por ter frequência e comprimento de onda. Sabe-se que ao estimular um corpo material através de calor ou descarga elétrica, os elétrons que estruturam este corpo interagem com a fonte e se movimentam, podendo emitir luz em específicos comprimentos de onda.

A espectroscopia é o ramo da química responsável por analisar a luz absorvida ou emitida por estes materiais. Esta luz determina a cor visível da radiação envolvida, a mesma está relacionada à reflexão de determinados comprimentos de onda no objeto. Para melhor analisa-la, utiliza-se de espectros eletromagneticos, gráficos que relacionam os comprimentos de onda à cor associada à absorção de energia pelo material. Os espectros são obtidos por meio de medidores de espectros denominados de espectrofotômetros.

As análises espectroscópicas, como a aplicação geral das leis da mecânica quântica, utilizaram, inicialmente, como componente básico de estudo o átomo de hidrogênio, já que o mesmo contém apenas um elétron. A teoria quântica quando aplicada a sistemas de um elétron funciona extraordinariamente na sua discrição, porém falha para átomos de muitos elétrons, tal como estruturas maiores como moléculas. Portanto, tornou-se necessário o desenvolvimento de modelos que auxiliam-se na espectroscopia de átomos polieletrônicos e moléculas.

Para esta última, há uma teoria denominada de partícula na caixa que ilustra a aplicação da mecânica quântica. Erwin Schrodinger, cientista austríaco, desenvolveu uma equação e propôs esta teoria, descrevendo-a como uma partícula confinada em uma caixa com paredes rígidas, em que se consegue obter a energia do sistema e outros dados quânticos necessários para explicar os espectros. Essa energia é dada por En = h2n2/(8Ml2), onde En é a energia do nível; n é o nível correspondente; h, a constante de Planck (6.62 ×10−34 J⋅s); L é o comprimento da caixa; e m, a massa da partícula.

Analogamente, para um sistema caracterizado por uma molécula, esta teoria pode ser aplicada. Visto que a caixa corresponderia ao “tamanho” da molécula, e a (s) partícula (s) seriam os elétrons envolvidos. Para moléculas com ligações duplas ou triplas, este modelo é de grande importância para entender as transições eletrônicas e interpretar os espectros eletrônicos. Como exemplo, há o corante Rodamina B, corante orgânico fluorescente, muito utilizado no âmbito biológico e industrial para tingimento. No âmbito científico também se encontra o vermelho de fenol, indicador de pH, também com estrutura molecular conjugada.