Prática 6 – Espectroscopia Óptica atençÃO: Neste experimento serão utilizadas lâmpadas de vapor de mercúrio, as quais emitem alta quantidade de radiação ultravioleta. Cuidado para não olhar diretamente para a luz da lâmpada!!!



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Laboratório de Óptica:

Espectroscopia







Prática 6 – Espectroscopia Óptica
ATENÇÃO:
Neste experimento serão utilizadas lâmpadas de vapor de mercúrio, as quais emitem alta quantidade de radiação ultravioleta. Cuidado para não olhar diretamente para a luz da lâmpada!!!
Antes de trocar as lâmpadas, desconecte o cabo de alimentação da tomada!!! Peça auxílio do professor, monitor ou técnico para trocar as lâmpadas.
Após desligar a lâmpada só a religue depois que ela estiver fria (~ 10min).


  1. Espectro de uma lâmpada de vapor de mercúrio




  1. Monte o aparato experimental constituído por um suporte para lâmpada com uma fenda variável acoplada, uma lente de distância focal ~ 10 cm, um suporte para rede de difração, e um anteparo de projeção a aproximadamente 1 metro da fenda.

  2. Com o cabo do suporte para lâmpada desligado da tomada (chave inferior do suporte para baixo), insira uma lâmpada de vapor de mercúrio, rosqueando-a até que se escute um leve “click”. Esse som se refere ao fechamento de uma chave interna do suporte que permite que se habilite o circuito da lâmpada.

  3. Ligue a lâmpada em 220 V (ambas as chaves superior e inferior do suporte para cima) e aguarde até que a sua luminosidade máxima tenha sido atingida (~ 5 min).

  4. Alinhe todo o sistema de modo que a luz proveniente da fenda passe pelo centro da lente e seja projetada no centro do anteparo de projeção. Ajuste a distância lente-fenda até que uma imagem nítida da fenda seja formada no centro do anteparo.

  5. Insira uma rede de difração de 600 linhas/mm. Você deverá observar a cor branca no centro do padrão (máximo central), e linhas coloridas de cada lado.

  6. Ajuste novamente a posição da lente até que uma imagem nítida da fenda seja formada no centro do anteparo, e alinhe o sistema para que as linhas correspondentes (de mesma cor) em cada lado fiquem equidistantes do máximo central.




Figura 10 – Fotografia da montagem experimental, mostrando, à esquerda, o suporte para a lâmpada, a lente e a rede de difração, e o anteparo. À direita (em cima) detalhe mostrando os soquetes para conexão das lâmpadas filamento de tungstênio e das lâmpadas de vapores metálicos. À direita (em baixo) espectros típicos de uma lâmpada de filamento de tungstênio e de vapor de mercúrio.


  1. Observe e descreva o padrão espectral de primeira ordem formado no anteparo e, se necessário, ajuste novamente a posição da lente para que essas linhas apareçam nítidas. Ajuste também a abertura da fenda de modo a minimizar a largura das linhas.

  2. Descreva e justifique o comportamento das linhas à medida que se varia a abertura da fenda. Ajuste a abertura para obter as linhas com menor largura possível.

  3. Para cada uma das linhas espectrais observadas, meça a sua posição, isto é, a distância entre a linha e o máximo central. A partir desse valor (e da distância entre a rede e o anteparo), você pode determinar o ângulo de difração.

  4. Utilizando a equação 4, determine o comprimento de onda de cada linha. O Mercúrio pode emitir como átomo neutro (Hg I) ou como íon monovalente (Hg II), sendo um deles muito mais abundante na lâmpada utilizada. Consulte a tabela abaixo (disponível no site http://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/Tables/mercurytable2.htm) e identifique qual é a espécie responsável pela emissão na lâmpada utilizada, comparando os comprimentos de onda das linhas medidas com aqueles indicados na tabela.

Linhas espectrais do mercúrio observadas com grade de 600 linhas / mm

Cor da linha

Posição (cm)

Comprimento de onda









































































Distância fenda-anteparo:




  1. Substitua a rede de 600 linhas/mm por outra com 300 linhas/mm.

  2. Meça a posição de todas as linhas de primeira, segunda, e terceira ordem. Compare as linhas de primeira, segunda e terceira ordem no que diz respeito à variação das suas posições. Analise o resultado considerando as previsões teóricas.

  3. Calcule os comprimentos de onda de todas as linhas observadas até a terceira ordem.




Figura 11 – Fotografia do espectro de uma lâmpada de mercúrio
Linhas espectrais do mercúrio observadas com grade de 300 linhas / mm

Cor da linha

Posição (cm) (1ª ordem)

Posição (cm) (2ª ordem)

Posição (cm) (3ª ordem)

Comprimento de onda (médio)


























































































































  1. Espectro de uma lâmpada de vapor de sódio




  1. Desligue a lâmpada de vapor de mercúrio (mova a chave inferior do suporte para baixo e em seguida remova o cabo da tomada) e aguarde até que ela esfrie (~15 min).

  2. Substitua a rede de 300 linhas/mm por outra com 600 linhas/mm.

  3. Remova a lâmpada de vapor de mercúrio e substitua-a pela lâmpada de vapor de sódio. Peça auxílio ao técnico, professor ou monitor para trocar a lâmpada.

  4. Ligue a lâmpada em 220 V (ambas as chaves, superior e inferior, do suporte para cima). Aguarde aproximadamente 30 segundos e mova a chave superior do suporte para baixo (Esta chave serve para diminuir a tensão da lâmpada após a partida).

  5. Aguarde até que a lâmpada atinja o máximo de luminosidade (~10 min).

  6. Verifique o alinhamento do sistema.

  7. Ajuste novamente a posição da lente até que uma imagem nítida da fenda seja formada no centro do anteparo. Observe e descreva o padrão espectral de primeira ordem formado e, se necessário, ajuste novamente a posição da lente para que essas linhas apareçam nítidas. Ajuste também a abertura da fenda de modo a minimizar a largura das linhas.

  8. Meça a posição de todas as linhas espectrais observadas e, utilizando os princípios teóricos discutidos na seção anterior, determine os comprimentos de onda em que cada linha aparece. Compare com o esperado para o Na (588,9 nm e 589,5 nm).

  9. Mova a chave superior do suporte para cima (você estará aumentando a tensão da lâmpada para 220 V).

  10. Observe atentamente o que acontece com o padrão projetado no anteparo como função do tempo e descreva detalhadamente esse comportamento.

  11. Após 10 min, meça a posição de todas as linhas espectrais observadas e determine os comprimentos de onda em que cada linha aparece, preenchendo a tabela abaixo.

  12. BÔNUS: Consulte a literatura (veja por exemplo o site http://www.nist.gov/pml/data/handbook/index.cfm) e identifique quais são os elementos que estão emitindo neste regime.

Linhas espectrais da lâmpada de sódio (em alta temperatura) observadas com grade de 600 linhas / mm

Cor da linha (e intensidade)

Posição (cm)

Comprimento de onda




































































































Distância fenda-anteparo:

Elementos da lâmpada de vapor:




  1. Espectro de absorção de uma solução




  1. Desligue a lâmpada de vapor (mova a chave inferior do suporte para baixo e em seguida remova o cabo da tomada) e aguarde até que ela esfrie (~15 min).

  2. Substitua a lâmpada de vapor por uma lâmpada incandescente. Ligue a lâmpada em 220V. Peça auxílio ao técnico, professor ou monitor para trocar a lâmpada.

  3. Alinhe todo o sistema de modo que a luz proveniente da fenda passe pelo centro da lente e seja projetada no centro do anteparo de projeção. Ajuste a distância lente-fenda até que uma imagem nítida da fenda seja formada no centro do anteparo.

  4. Observe e discuta o padrão de difração de primeira ordem. Determine os comprimentos de onda máximo e mínimo que você consegue observar (faixa de comprimento de onda detectável pelo olho humano).

  5. Na bancada você encontrará duas cubetas com soluções aquosas de cloreto de neodímio e cloreto de érbio. Insira uma das cubetas entre a fenda e a lente. Observe o aparecimento de linhas escuras no padrão espectral.

  6. Ajuste a posição da lente até que essas linhas se tornem as mais nítidas possíveis no anteparo.

  7. Meça a posição de todas as linhas escuras observadas em termos dos respectivos comprimentos de onda.

  8. Repita o procedimento para a outra cubeta.

  9. Abaixo estão mostrados os espectros de absorção desses cloretos dissolvidos em água obtidos na literatura. Compare com os seus resultados e identifique as soluções presentes em cada cubeta (cubeta 1 = da extremidade, cubeta 2 = mais próxima ao poste do suporte).


Referências Adicionais:

1) Nandbook of basic atomic spectroscopic data, NIST http://www.nist.gov/pml/data/handbook/index.cfm

2) E. R. de Azevedo, L. A. Oliveira Nunes, Quim. Nova 31, 2199 (2008), http://quimicanova.sbq.org.br/qn/qnol/2008/vol31n8/48-ED08084.pdf

3) L. P. Ravaro, E. A. Morais, L. V. A. Scalvi, M. Siu Li, Ceramica 53, 187 (2007), http://www.scielo.br/pdf/ce/v53n326/13.pdf

4) Fernando H. Cristovan et al., Quim. Nova 28, 964 (2005), http://quimicanova.sbq.org.br/qn/qnol/2005/vol28n6/05-AR04212.pdf









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