Espectrofotometria e a lei de Lambert–Beer

RKA2JV - E aí, pessoal, tudo bem? Nesta aula, vamos conversar um pouco a respeito de espectrofotometria. É um conceito bastante simples. Para entender, digamos que temos duas soluções aqui que contêm algum tipo de soluto. Aqui a solução 1 e aqui a solução 2. E vamos dizer que os nossos béqueres, nossos copos de precipitação, tenham a mesma largura. Além disso, vamos dizer que esta primeira tenha menos soluto, que eu vou colocar aqui em amarelo. Já a segunda tem mais soluto, e eu vou representar isso com linhas mais intensas, mais ou menos assim. Então, a concentração de soluto é maior nesta segunda solução. Ou seja, é a maior concentração. E aqui, a menor concentração. Vamos pensar no que acontece se lançarmos alguma luz através de cada um destes béqueres. E claro, assumindo que ela brilhe em um comprimento de onda que é especificamente sensível ao soluto que temos dissolvido aqui. A luz está aqui com uma certa intensidade de incidência que eu vou chamar de I₀. O que acontece quando ela sai do outro lado do copo? Parte dela vai ser absorvida por pequenas partículas dentro do béquer. Com isso, você vai ter menos luz saindo do outro lado, e eu vou chamar isso aqui de I₁. Agora, se colocarmos a luz na mesma intensidade no segundo béquer, o que acontece? Mais luz vai ser absorvida. Isso porque vai esbarrar em moléculas, porque tem uma concentração maior. Então, a luz que sai, que eu vou chamar de I₂, vai ser menos intensa do que esta aqui. Neste caso, I₂ vai ser menor do que I₁. E o que acontece se você tem um béquer mais largo e que tenha a mesma concentração que o segundo béquer, e que eu vou chamar de número 3? Deixe-me colocar parecido aqui. De novo, vamos colocar a luz sobre o copo com a mesma intensidade, e você vai ter uma quantidade de luz passando. O que acontece nesta situação? É a mesma concentração, mas aqui a luz tem que percorrer uma distância maior, o que significa que vai colidir com mais moléculas e será mais absorvida. Ou seja, menos luz transmitida do outro lado. Então, I₂ é menor do que I₁ e I₃ é menor do que I₂. Basicamente, aqui tem pouca luz, aqui um pouco mais, e aqui temos mais luz sendo transmitida do outro lado do béquer. E, se você fosse uma pessoa que estivesse olhando do outro lado, a luz que sai do primeiro copo é mais clara, no segundo, tem uma luz mais escura, e este terceiro, ainda mais. E isso faz muito sentido, porque, se você dissolver algo na água, ainda será transparente. E, conforme vai adicionando mais coisas a essa água, ela vai ficando mais opaca. E, se o copo em que você está dissolvendo fica mais largo, a água fica mais opaca ainda. Isso te dá uma introdução por trás da espectrofotometria. Mas por que isso é importante? Por que é importante saber a quantidade de luz que sai ou a quantidade de luz que entra na concentração de uma solução? Antes de responder, vamos mostrar algumas maneiras de definir o quão concentrada está a solução e algumas maneiras de medir quanta luz é transmitida e quanta luz é colocada. A primeira delas é o que chamamos de transmitância. Nada mais é do que a intensidade de luz que saiu, que foi transmitida, sobre a quantidade de luz que foi colocada. No primeiro caso, I₁ sobre I₀. No segundo, a transmitância vai ser I₂ sobre I₀. E, como já vimos, I₂ é menor do que I₁. Então, esta transmitância será menor do que a primeira. Eu posso até chamar aqui de transmitância 2, esta aqui de 1, e esta aqui de transmitância 3, que vai ser I₃ sobre I₀. Esta última é a menor transmitância, seguida desta e, depois, desta. E a menor transmitância vai te dar o meio mais opaco. Outra definição, que na verdade é derivada da primeira, é a noção de absorbância: é a capacidade de um material absorver, o quão bom ele é em absorver. É o oposto da transmitância, que basicamente significa que você é ruim em absorver. Se você é bom em absorver, significa que não está transmitindo muito. Então, definindo propriamente absorbância, nada mais é do que o logaritmo negativo da transmitância. E claro, esse log está na base 10. Se você quiser, pode escrever como: o logaritmo negativo da luz que sai, que é transmitida, sobre a quantidade de luz que entra. Mas é mais fácil pensar desta forma, não é? Se a transmitância é um número muito alto, a absorbância vai ser um número muito pequeno. Outra coisa interessante a respeito disso é que existe algo chamado de lei de Beer-Lambert, e que nos diz que a absorbância é proporcional ao comprimento do caminho, que eu vou chamar de "L" (minúsculo), vezes a concentração. E, normalmente, utilizamos molaridade para concentração. Outra maneira de escrever isso é que a absorbância é igual a alguma constante, que geralmente utilizamos um ε, e isso depende da solução ou do soluto que temos aqui, da temperatura e de outros fatores, e multiplicamos pelo comprimento vezes a concentração. Deixe-me colocar aqui que este "c" e este aqui são a concentração. Só para você ver o quão útil é isso, se tivermos o plano cartesiano aqui, onde, neste eixo, temos a concentração, e estamos medindo como molaridade, e começamos em zero. E vamos aqui: 0,1, 0,2 e 0,3, já está bom. E, no eixo vertical, temos a absorbância. Agora, se temos uma solução onde conhecemos a concentração, no caso, uma concentração molar de 0,1 e digamos que você meça a sua absorbância e ache um número mais ou menos aqui, que seja igual a 0,25. Esta concentração é muito baixa, por isso, não absorveu muito. Agora, digamos que você pegue uma concentração de 0,2 molar e ache uma absorbância de 0,5. Isso te mostra que temos uma relação linear. Para qualquer concentração, a absorbância estará na reta. Se você não lembra, ε vezes o comprimento é a inclinação. Esta reta é muito importante. Mas por quê? Pois você pode calcular algebricamente a absorbância, mas também pode olhar para o gráfico e ver que tinha duas concentrações conhecidas e, com isso, você consegue descobrir a absorbância. Além disso, você pode conhecer alguma absorbância e, com isso, consegue determinar a concentração. Por exemplo, se você achar uma absorbância igual a 0,4, você pode ir na reta e achar a concentração correspondente aproximada visualmente. Está bem próxima de 0,2 molar, neste caso. Eu espero que esta aula tenha lhes ajudado e até a próxima, pessoal!