- O que é transmitância?
- Absorção de luz em um meio
- Teoria molecular da absorção de luz
- Fatores dos quais a transmitância depende
- Exercício resolvido
- Exercício 1
- Resposta
- Referências
A óptica de transmitância é a relação entre a intensidade da luz emergente e a intensidade da luz incidente em uma amostra de solução translúcida que foi iluminada com luz monocromática.
O processo físico de passar a luz por uma amostra é chamado de transmissão de luz, e a transmitância é uma medida da transmissão de luz. A transmitância é um valor importante para determinar a concentração de uma amostra geralmente dissolvida em um solvente como água ou álcool, entre outros.
Figura 1. Conjunto para medição de transmitância. Fonte: F. Zapata.
Um eletrofotômetro mede uma corrente proporcional à intensidade da luz que incide sobre sua superfície. Para calcular a transmitância, o sinal de intensidade correspondente ao solvente sozinho geralmente é medido primeiro e este resultado é registrado como Io.
Em seguida, a amostra dissolvida é colocada no solvente com as mesmas condições de iluminação e o sinal medido pelo eletrofotômetro é denotado como I, então a transmitância é calculada de acordo com a seguinte fórmula:
T = I / I ou
Deve-se notar que a transmitância é uma grandeza adimensional, pois é uma medida da intensidade luminosa de uma amostra em relação à intensidade da transmissão do solvente.
O que é transmitância?
Absorção de luz em um meio
Quando a luz passa por uma amostra, parte da energia da luz é absorvida pelas moléculas. A transmitância é a medida macroscópica de um fenômeno que ocorre em nível molecular ou atômico.
A luz é uma onda eletromagnética, a energia que ela carrega está no campo elétrico e magnético da onda. Esses campos oscilantes interagem com as moléculas de uma substância.
A energia transportada pela onda depende de sua frequência. A luz monocromática tem uma única frequência, enquanto a luz branca tem uma faixa ou espectro de frequências.
Todas as frequências de uma onda eletromagnética viajam no vácuo à mesma velocidade de 300.000 km / s. Se denotarmos por c a velocidade da luz no vácuo, a relação entre a frequência f e o comprimento de onda λ é:
c = λ⋅f
Como c é uma constante, cada frequência corresponde ao seu respectivo comprimento de onda.
Para medir a transmitância de uma substância, são utilizadas as regiões do espectro eletromagnético visível (380 nm a 780 nm), a região ultravioleta (180 a 380 nm) e a região do infravermelho (780 nm a 5600 nm).
A velocidade de propagação da luz em um meio material depende da frequência e é menor que c. Isso explica a dispersão em um prisma com o qual as frequências que compõem a luz branca podem ser separadas.
Teoria molecular da absorção de luz
Essas transições são mais bem compreendidas com um diagrama de energia molecular mostrado na Figura 2:
Figura 2. Diagrama de energia molecular. Fonte: F. Zapata.
No diagrama, as linhas horizontais representam diferentes níveis de energia molecular. A linha E0 é fundamental ou nível de energia inferior. Os níveis E1 e E2 são níveis excitados de energia superior. Os níveis E0, E1, E2 correspondem aos estados eletrônicos da molécula.
Os subníveis 1, 2, 3, 4 dentro de cada nível eletrônico correspondem aos diferentes estados vibracionais correspondentes a cada nível eletrônico. Cada um desses níveis tem subdivisões mais finas que não são mostradas como correspondendo aos estados rotacionais associados a cada nível vibracional.
O diagrama mostra setas verticais que representam a energia dos fótons nas faixas infravermelha, visível e ultravioleta. Como pode ser visto, os fótons infravermelhos não têm energia suficiente para promover as transições eletrônicas, ao contrário da radiação visível e ultravioleta.
Quando os fótons incidentes de um feixe monocromático coincidem em energia (ou frequência) com a diferença de energia entre os estados de energia molecular, ocorre a absorção de fótons.
Fatores dos quais a transmitância depende
Conforme foi dito na seção anterior, a transmitância passará então a depender de vários fatores, entre os quais podemos citar:
1- A frequência com que a amostra é iluminada.
2- O tipo de moléculas a serem analisadas.
3- A concentração da solução.
4- O comprimento do caminho percorrido pelo feixe de luz.
Os dados experimentais indicam que a transmitância T diminui exponencialmente com a concentração C e com o comprimento L do caminho óptico:
T = 10 -a⋅C⋅L
Na expressão acima, a é uma constante que depende da frequência e do tipo de substância.
Exercício resolvido
Exercício 1
Uma amostra padrão de uma determinada substância tem uma concentração de 150 micromoles por litro (μM). Quando sua transmitância é medida com luz de 525 nm, obtém-se uma transmitância de 0,4.
Outra amostra da mesma substância, mas de concentração desconhecida, tem transmitância de 0,5, quando medida na mesma frequência e com a mesma espessura óptica.
Calcule a concentração da segunda amostra.
Resposta
A transmitância T decai exponencialmente com a concentração C:
T = 10 -b⋅L
Se o logaritmo da igualdade anterior for obtido, ele permanece:
log T = -b⋅C
Dividindo membro por membro a igualdade anterior aplicada a cada amostra e resolvendo para a concentração desconhecida permanece:
C2 = C1⋅ (log T2 / log T1)
C2 = 150μM⋅ (log 0,5 / log 0,4) = 150μM⋅ (-0,3010 / -0,3979) = 113,5μM
Referências
- Atkins, P. 1999. Physical Chemistry. Edições Omega. 460-462.
- A guia. Transmitância e absorbância. Recuperado de: quimica.laguia2000.com
- Toxicologia Ambiental. Transmitância, absorbância e lei de Lambert. Recuperado de: repositorio.innovacionumh.es
- Aventura física. Absorbância e transmitância. Recuperado de: rpfisica.blogspot.com
- Espectofotometria. Recuperado de: chem.libretexts.org
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- Wikipedia. Transmitância. Recuperado de: wikipedia.com
- Wikipedia. Espectrofotometria. Recuperado de: wikipedia.com