QUÍMICA INORGÂNICA E A TEORIA DE EINSTEIN

A química inorgânica vai além de estudar e explicar os fenômenos como efeito estufa e chuva ácida, assim como, saber as ligações químicas e as propriedades dos elementos. Ela também consegue dar conta dos métodos físicos, do mundo quântico, das funções de onda e os níveis de energia para cada hidrogênio.

Se pararmos para analisar, todos os objetos do nosso cotidiano são formados a partir de átomos. Os mesmos átomos que se juntam para formar o vidro de uma janela, também são os mesmos que irão formar o aço, por exemplo; a discrepância entre eles está na estrutura eletrônica, ou seja, a forma que os elétrons se arranjam em torno do núcleo.

Durante alguns anos foi difícil entender como os elétrons se arranjavam em redor do núcleo. Através de muitos estudos, constatou-se a necessidade de analisa-los por meio de propriedades da luz quando são estimulados por calor ou descarga elétrica. A luz emitida ou absorvida por substâncias é conhecida como espectroscopia atômica.

A primeira pessoa a descobrir essa espectroscopia foi Johann Balmer em 1885, ele identificou uma tendência nas linhas de região do visível. Tempos depois, o espectroscopista Johannes Rydberg aperfeiçoou a expressão de Balmer, sendo R uma constante empírica:

Teoria Quântica

Informações importantes sobre a natureza da radiação eletromagnética vêm da observação de objetos aquecidos (incandescência). Quando um objeto é aquecido, ele brilha com muita intensidade e ao aumentar a temperatura, mais irá brilhar e a cor da luz emitida muda. Para entender o motivo na mudança de cor, cientistas precisaram medir a intensidade da radiação para cada comprimento de onda e fizeram de forma sucessiva, variando apenas a temperatura. A figura abaixo contem alguns resultados experimentais. O corpo quente é denominado como corpo-negro, o nome indica que o objeto não possui preferência em absorver ou emitir um comprimento de onda específico. As curvas da figura representam a radiação emitida por um corpo-negro em diferentes comprimentos de onda conforme a temperatura varia.

No século XIX os cientistas descobriram que as características deduzidas não estavam de acordo com as observações experimentais. Esse problema foi solucionado em 1900, quando o físico alemão Max Planck propôs que a troca de energia entre a matéria e a radiação ocorrida de forma quanta, ou seja, em pacotes de energia. A ideia de Planck era que quando os átomos oscilavam em uma frequência, eles só poderiam trocar energia com sua vizinhança, gerando ou absorvendo radiação eletromagnética em pacotes discretos de energia

Sendo h a constante de Planck

Para que pudesse comprovar a sua teoria, Planck precisou deixar muitos estudos, já estudados anteriormente, de lado e se valer de outras. Uma das novas teorias é a do efeito fotoelétrico (figura abaixo).

Algumas observações realizadas foram:

  1. Nenhum elétron é ejetado até que a radiação tenha frequência acima de um determinado valor, característico do metal;
  2. Os elétrons são ejetados imediatamente, por menor que seja a intensidade da radiação;
  3. A energia cinética dos elétrons ejetados aumenta linearmente com a frequência da radiação incidente.

Albert Einstein foi o responsável por conseguir explicar todas essas observações. Ele propôs que a radiação eletromagnética é feita por partículas (mais tarde receberam o nome de fótons). Cada fóton pode ser entendido como um pacote de energia, e a energia do fóton relaciona-se por E=hv.

Para conseguir entender o efeito fotoelétrico à luz da teoria de Einstein, é preciso saber que a energia necessária para remover um elétron de um metal é chamada de função trabalho (ɸ). Se a energia do fóton é inferior a energia necessária para remover um elétron do metal, não ocorrerá a ejeção do elétron; agora, se a energia do fóton é maior que ɸ, então o elétron, possuindo uma energia cinética, é emitido.

Fonte: Princípios de Química. Atkins & Jones

Agora pode-se entender a teoria de Einstein, onde:

  1. Um elétron só pode ser expelido do metal se receber do fóton, durante a colisão, uma quantidade mínima de energia igual à ɸ. Assim, a frequência da radiação deve ter um valor mínimo para que os elétrons sejam ejetados. Essa frequência depende da função trabalho e em consequência, da natureza do material também.
  2. Se o fóton tem energia suficiente, a cada colisão observa-se a ejeção imediata de um elétron.
  3. A energia cinética do elétron ejetado do metal aumenta linearmente com a frequência da radiação incidente, de acordo com a equação anterior.

Como pode-se perceber, os átomos e os elétrons estão presentes em cada detalhe do nosso cotidiano, indo da composição do vidro do celular até mesmo em algum exame utilizando o Raio X, onde há a presença da radiação eletromagnética. Assim como, também foi possível notar que a química inorgânica estuda e explica, não só oxirredução e o efeito da chuva ácida, mas ela vai muito além disso, abrange estudos mais complexos.

Referências

Atkins, Peter. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente / Peter Atkins, Loretta Jones; tradução técnica: Ricardo Bicca de Alencastro. – 5 ed. – Porto Alegre: Bookman, 2012.

Duward, F. Shriver. Química inorgânica / Duward F. Shriver, Peter Atkins; tradução Roberto de Barros Faria. – 4 ed. – Porto Alegre: Bookman, 2008.