efeito de vibrações de moléculas e partículas no sistema categoria Graceli.

vibrações e espalhamentos no sistema categorial Graceli.

ve = ε = h ν [pitG]

X

T l   T l    E l      Fl        dfG l

N l   El             tf l

P l   Ml           tfefel

Ta l   Rl

         Ll

Dl

ve = vibrações e espalhamentos.

pitg = potencial de interações e transformações Graceli.

As vibrações das moléculas

Quando falamos de vibração de uma molécula estamos nos referindo a movimentos dos átomos que deixam fixo o centro de massa da molécula.
Se o centro de massa se deslocar, o movimento é de translação. Existe, também, um tipo de movimento no qual a molécula gira como um todo, rigidamente, em torno de um eixo que passa por seu centro de massa, mantendo fixas as distâncias entre os átomos. Esse é o movimento de rotação.

As animações ao lado representam uma molécula de água (H₂O) e exemplos de movimento de translação e de rotação. Na verdade, existem 3 possibilidades distintas de translação, uma para cada direção no espaço tri-dimensional, e 3 de rotação, cada uma em torno de um dos três eixos que se cruzam no centro de massa da molécula. No caso da figura, esse eixo de rotação está na direção vertical.

E quantas vibrações são possíveis? É fácil calcular: multiplique o número de átomos da molécula por 3, obtendo assim o número de graus de liberdade da molécula. Desse número subtraia 6, que são os 3 movimentos de translação e os 3 de rotação. O que resulta é o número de vibrações possíveis. Por exemplo, a molécula de água tem 3 átomos. Logo, tem 3x3 = 9 graus de liberdade. Então, tem 9 - 6 = 3 maneiras distintas de vibrar.

As animações ao lado representam os três modos possíveis de vibração de uma molécula de água. São os modos normais de vibração da molécula de água. O primeiro é chamado de modo de esticamento simétrico, o segundo de modo de esticamento assimétrico e o terceiro de modo de dobramento. A razão para esses nomes é evidente. Com um pouco de imaginação, você pode ver que o centro de massa da molécula, que deve estar um pouco abaixo do átomo de oxigênio, fica fixo enquanto os átomos se deslocam.Essa figurinhas servem apenas para ajudar a visualizar os modos de vibração mas são só esquemáticas e muito exageradas. No caso real, os deslocamentos dos átomos são muito pequenos se comparados com as distâncias inter-atômicas. Além disso, as freqüências dos movimentos reais são enormes.

Se uma molécula qualquer for excitada de algum modo apropriado, seus átomos podem adquirir movimentos que são aparentemente desorganizados, mas, uma análise cuidadosa mostrará que esses movimentos são apenas combinações dos modos normais de vibração. Como cada modo normal de vibração tem uma energia própria, conhecendo quais são esses modos e quais são suas energias saberemos muito sobre como a molécula pode interagir com os agentes excitadores. Um deles pode ser a luz que incide sobre a molécula. Suponha que um feixe de luz (fótons) incide sobre uma molécula que está paradinha em seu canto (uma ficção). É possível que a energia do fóton seja absorvida pela molécula, fazendo-a vibrar com um de seus modos normais. Nesse caso, o fóton é absorvido e sua energia vira energia de vibração. As moléculas costumam absorver fótons de luz infravermelha pois seus átomos gostam de vibrar com freqüências nessa região do espectro. Esse tipo de fenômeno, chamado de absorção no infravermelho, é muito útil na caracterização das moléculas mas não é dele que queremos tratar, por enquanto. O que nos interessa agora é saber o que acontece (ou pode acontecer) quando luz de energia mais alta, na faixa da luz visível, incide sobre uma molécula.

Como vimos na introdução, um fóton de luz incidindo sobre uma molécula é espalhado por ela. Se não houver troca de energia, isto é, se a molécula espalhadora não se abalar, o espalhamento é elástico. A grande maioria dos fótons incidentes é espalhada elasticamente. Esse tipo de espalhamento é chamado de espalhamento Rayleigh, pois foi Lord Rayleigh que estudou esse processo e mostrou que é responsável pela cor azul do céu.Alguns fótons, porém, podem excitar um modo de vibração da molécula (ou vários modos), perdendo energia no processo. Depois desse espalhamento inelástico, a molécula passa a vibrar e o fóton muda de cor, pois sua energia diminuiu. Na animação ao lado, que serve apenas como uma paródia do processo, o fóton que era de luz verde antes do choque, fica vermelho depois dele. Isso é um exagero, pois a energia perdida é pequena, se comparada com a energia inicial do fóton. A mudança de cor no processo, que na verdade é apenas uma mudança no comprimento de onda da luz, seria imperceptível ao olho.

Esse é o espalhamento Raman (ou efeito Raman), observado e explicado por Chandrasekhar Raman. Nem todo modo de vibração de uma molécula pode produzir espalhamento Raman. Os que podem são chamados de modos ativos para esse tipo de espalhamento. Alguns modos não podem ser excitados por esse tipo de espalhamento e são ditos inativos. No capítulo seguinte veremos como distinguir esses dois tipos de modos.

Como a luz interage com as vibrações moleculares.
O espalhamento Raman e a absorção do infravermelho.
Um exemplo de espectro Raman .
A espectroscopia Raman, os lasers e o físico brasileiro Sérgio Porto.

terça-feira, 13 de novembro de 2018