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DESCOBERTAS CIENTÍFICAS MAIS IMPORTANTES
Análise espectral. História e essência da descoberta científica
Diretório / As descobertas científicas mais importantes Quando um raio de sol passa por um prisma, um espectro aparece na tela atrás dele. Por duzentos anos, nos acostumamos a esse fenômeno. Se você não olhar de perto, parece que não há limites nítidos entre as partes individuais do espectro: vermelho continuamente se transforma em laranja, laranja em amarelo, etc. Mais cuidadosamente do que outros em 1802, o médico e químico inglês William Hyde Wollaston (1766-1828) examinou o espectro. Wollaston descobriu várias linhas escuras nítidas que, sem ordem visível, cruzavam o espectro do Sol em diferentes lugares. O cientista não deu muita importância a essas linhas. Ele acreditava que sua aparência é causada pelas características do prisma, ou pelas características da fonte de luz, ou por algumas outras causas secundárias. As próprias linhas lhe interessavam apenas porque separavam as faixas coloridas do espectro umas das outras. Mais tarde, essas linhas escuras foram chamadas de linhas de Fraunhofer, perpetuando o nome de seu verdadeiro pesquisador. Joseph Fraunhofer (1787-1826) aos 11 anos, após a morte de seus pais, foi estudar com um mestre de moagem. Devido ao trabalho, sobrava pouco tempo para a escola. Até os 14 anos, Joseph não sabia ler nem escrever. Mas não houve felicidade, mas o infortúnio ajudou. Um dia, a casa do proprietário desabou. Quando Joseph foi removido dos escombros, o príncipe herdeiro passou. Ele teve pena do jovem e entregou-lhe uma quantia considerável de dinheiro. O jovem tinha dinheiro suficiente para comprar uma retificadora e começar a estudar. Fraunhofer na cidade provincial de Benediktbeiren aprendeu a moer vidros ópticos. Em seu prefácio às obras completas de Fraunhofer, E. Lommel resumiu sua contribuição para a ótica prática da seguinte maneira. "Graças à introdução de seus novos e aprimorados métodos, mecanismos e instrumentos de medição para girar e polir lentes ... ele conseguiu obter amostras suficientemente grandes de vidro de sílex e vidro de coroa sem veias. De particular importância foi o método que ele encontrou para determinando com precisão a forma das lentes, o que mudou completamente o desenvolvimento da direção da óptica prática e trouxe o telescópio acromático a tal perfeição, que antes nem podia ser sonhada. Para fazer medições precisas da dispersão da luz em prismas, Fraunhofer usou uma vela ou lâmpada como fonte de luz. Ao mesmo tempo, ele descobriu uma linha amarela brilhante no espectro, agora conhecida como a linha amarela do sódio. Logo foi estabelecido que esta linha está sempre no mesmo lugar no espectro, de modo que é muito conveniente usá-la para medições precisas de índices de refração. Depois disso, diz Fraunhofer em seu primeiro trabalho em 1815: "... Resolvi descobrir se era possível ver uma linha tão luminosa no espectro solar. E com a ajuda de um telescópio encontrei não uma linha, mas um número extremamente grande de linhas verticais, nítidas e fracas, que, no entanto, acabaram sendo mais escuras do que o resto do espectro, e algumas delas pareciam quase completamente pretas." No total, ele os contou lá 574. Fraunhofer deu nomes e indicou sua localização exata no espectro. Verificou-se que a posição das linhas escuras permaneceu rigorosamente inalterada, em particular, uma linha dupla acentuada sempre aparecia no mesmo local na parte amarela do espectro. Fraunhofer a chamou de linha O. O cientista também descobriu que no espectro da chama de uma lâmpada de álcool no mesmo local da linha escura O no espectro do Sol, há sempre uma linha amarela dupla brilhante. Não foi até muitos anos depois que o significado dessa descoberta ficou claro. Continuando seus estudos de linhas escuras no espectro do Sol, Fraunhofer percebeu o principal: sua causa não está em uma ilusão de ótica, mas na própria natureza da luz solar. Como resultado de outras observações, ele encontrou linhas semelhantes no espectro de Vênus e Sirius. Uma descoberta de Fraunhofer, como aconteceu mais tarde, acabou sendo especialmente importante. Estamos falando da observação da linha D dupla. Em 1814, quando o cientista publicou sua pesquisa, essa observação não recebeu muita atenção. No entanto, 43 anos depois, William Swan (1828-1914) descobriu que a dupla linha amarela O no espectro de uma chama de lâmpada de espírito aparece na presença de sódio metálico. Infelizmente, como muitos antes dele, Swan não percebeu o significado desse fato. Ele nunca disse as palavras decisivas: "Esta linha pertence ao metal sódio." Em 1859, dois cientistas tiveram esta ideia simples e importante: Gustav Robert Kirchhoff (1824–1887) e Robert Wilhelm Bunsen (1811–1899). Eles realizaram o seguinte experimento no laboratório da Universidade de Heidelberg. Antes deles, apenas o raio do Sol ou apenas a luz de uma lâmpada espiritual passava por um prisma. Os cientistas decidiram ignorá-los ao mesmo tempo. Como resultado, eles descobriram um fenômeno sobre o qual L.I. fala detalhadamente em seu livro. Ponomarev: "Se apenas um raio do Sol incidisse sobre o prisma, então na escala do espectroscópio eles veriam o espectro do Sol com a linha escura O em seu lugar habitual. A linha escura ainda permaneceu no lugar mesmo quando os pesquisadores colocaram um lâmpada de álcool acesa no caminho do feixe. Mas quando eles colocaram uma tela no caminho do raio solar e iluminaram o prisma apenas com a luz de uma lâmpada de álcool, então no lugar da linha escura O, a linha amarela brilhante de sódio O apareceu claramente. Kirchhoff e Bunsen removeram a tela - a linha O ficou escura novamente. Em seguida, eles substituíram o raio do sol pela luz de um corpo quente - o resultado era sempre o mesmo: um escuro aparecia no lugar de uma linha amarela brilhante. Ou seja, a chama da lâmpada espiritual sempre absorvia os raios que ela mesma emitia. Para entender por que esse evento empolgou os dois professores, sigamos seu raciocínio. A linha O amarelo brilhante no espectro da chama da lâmpada espiritual aparece na presença de sódio. No espectro do Sol, uma linha escura de natureza desconhecida está localizada no mesmo local. O espectro do feixe de qualquer corpo quente é contínuo e não contém linhas escuras. No entanto, se você passar esse feixe pela chama de uma lâmpada a álcool, seu espectro não será diferente do espectro do Sol - ele também contém uma linha escura e no mesmo lugar. Mas já quase conhecemos a natureza desta linha escura; em qualquer caso, podemos adivinhar que pertence ao sódio. Portanto, dependendo das condições de observação, a linha O do sódio pode ser amarela brilhante ou escura sobre fundo amarelo. Mas em ambos os casos, a presença desta linha (não importa o que seja - amarela ou escura!) significa que há sódio na chama da lamparina a álcool. E como essa linha no espectro da chama de uma lâmpada de álcool na luz transmitida coincide com a linha escura O no espectro do Sol, isso significa que há sódio no Sol. Além disso, está localizado na nuvem gasosa externa, que é iluminada por dentro pelo núcleo quente do Sol. Uma pequena nota de duas páginas, escrita por Kirchhoff em 1859, continha quatro descobertas ao mesmo tempo: - cada elemento tem seu próprio espectro de linhas, o que significa um conjunto de linhas estritamente definido; - essas linhas podem ser usadas para analisar a composição de substâncias não apenas na Terra, mas também nas estrelas; - O sol consiste em um núcleo quente e uma atmosfera relativamente fria de gases quentes; O Sol contém o elemento sódio. As três primeiras proposições logo foram confirmadas, em particular, a hipótese sobre a estrutura do Sol. A expedição da Academia Francesa de Ciências em 1868, liderada pelo astrônomo Jansen, visitou a Índia. Ela descobriu que durante um eclipse solar total, no momento em que seu núcleo quente é coberto pela sombra da Lua e apenas a coroa brilha, todas as linhas escuras do espectro do Sol piscam com luz brilhante. Kirghof e Bunsen não apenas confirmaram brilhantemente a segunda proposição, mas também a usaram para descobrir dois novos elementos: rubídio e césio. Assim nasceu a análise espectral, com a qual agora é possível descobrir a composição química de galáxias distantes, medir a temperatura e a velocidade de rotação das estrelas e muito mais. Mais tarde, a tensão elétrica foi mais frequentemente usada para trazer os elementos a um estado excitado. Sob a influência da tensão, os elementos emitem luz caracterizada por determinados comprimentos de onda, ou seja, com uma determinada cor. Essa luz é dividida em um aparelho espectral (espectroscópio), cuja parte principal é um prisma de vidro ou quartzo. Neste caso, uma faixa é formada, consistindo em linhas separadas, cada uma das quais é característica de um determinado elemento. Por exemplo, já se sabia que o mineral kleveíta, quando aquecido, libera um gás semelhante ao nitrogênio. Este gás, quando examinado com um espectroscópio, revelou-se um gás nobre novo e ainda desconhecido. Quando excitado eletricamente, emitia linhas que já haviam sido descobertas ao analisar os raios do Sol por meio de um espectroscópio. Este foi um caso peculiar quando um elemento previamente descoberto no Sol foi descoberto por Ramsay na Terra. Recebeu o nome de hélio, da palavra grega "helios" - o Sol. Hoje, dois tipos de espectros são conhecidos: contínuo (ou térmico) e de linha. Como escreve Ponomarev, “o espectro térmico contém todos os comprimentos de onda, é emitido quando os sólidos são aquecidos e não depende de sua natureza. Um espectro de linhas consiste em um conjunto de linhas nítidas individuais; aparece quando gases e vapores são aquecidos (quando as interações entre os átomos são pequenas) e - o que é especialmente importante - esse conjunto de linhas é único para qualquer elemento. Além disso, os espectros de linha dos elementos não dependem do tipo de compostos químicos compostos por esses elementos. Consequentemente, a sua causa deve ser procurada nas propriedades dos átomos. O fato de que os elementos são determinados de forma única e completa pelo tipo de espectro de linha logo foi reconhecido por todos, mas o fato de que o mesmo espectro caracteriza um átomo individual não foi percebido imediatamente, mas apenas em 1874, graças aos trabalhos do famoso astrofísico inglês Norman Lockyer (1836-1920). E quando perceberam, imediatamente chegaram à conclusão inevitável: como o espectro de linhas surge dentro de um único átomo, então o átomo deve ter uma estrutura, ou seja, ter partes constituintes! Autor: Samin D. K.
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