65ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 3. Física Atômica e Molecular

MÉTODO NUMÉRICO NA ESPECTROSCÓPIA

Adrya da Silva Neres - Depto.de Pesquisa e Extensão, IFAM, Coari/AM Naely Araújo Guedes - Depto.de Pesquisa e Extensão, IFAM, Coari/AM Andréa Baima dos Santos Mota - Profa. MSc./Orientadora – Depto. de Pesquisa e Extensão, IFAM, Coari/AM

INTRODUÇÃO:

Em 1913, Bohr propôs um modelo atômico a fim de explicar a estabilidade atômica, na época não havia justificativa para as hipoteses a não ser o fato de que as mesmas conseguiam descrever a energia do átomo de hidrogênio, e o contínuo estudo na área da espectroscópia levou a determinar a quantização da energia de um átomo. Atualmente sabe-se que uma boa parte do conhecimento sobre átomos vem do estudo do espectro atômico, isto é, a medida da energia do fóton absorvido ou emitido quando um elétron “pula” de um nível quântico para outro, por esse motivo decidiu-se elaborar um algoritmo que visa à obtenção das raias espectrais, assim construiu-se um algoritmo que fornece os dados para a construção do diagrama dos níveis de energia do átomo de hidrogênio, optou-se pelo hidrogênio pois esse átomo é o mais simples e pode ter seus níveis de energia calculados com razoavel precisão utilizando-se o modelo de Bohr. O algoritmo possibilita ainda o cálculo da frequência e do comprimento de onda do fóton emitido pelo elétron do átomo de hidrogênio, quando este passa de um estado para outro mais excitado.

OBJETIVO DO TRABALHO:

Elaborar um algoritmo que gere os valores dos níveis de energia do átomo de hidrogênio, da freqüência e do comprimento de onda do fóton emitido pelo elétron quando há transição de níveis.

MÉTODOS:

Após a realização de um estudo analítico sobre o espectro de energia do átomo de hidrogênio, utilizou-se a energia mecânica total E do elétron e o terceiro postulado de Bohr, para construir um algoritmo que informa a energia do átomo em cada nível, além de nos fornecer o valor da radiação emitida quando o átomo muda de um estado inicial para outro estado. O algoritmo foi elaborado em linguagem de programação Fortran, mesmo sendo uma linguagem ultrapassada ela ainda é largamente utilizada em programas numericamente intensivos. Elaborou-se o algoritmo com sub-rotinas que realizam separadamente os cálculos da frequência e do comprimento de onda, o programa solicita do usuário que entre com as informações iniciais, por exemplo, o estado inicial e final do átomo, e o algoritmo determinará que série espectral deve-se utilizar para obter os dados de saída. O algoritmo criado gerará um documento contendo todos os dados necessários para a elaboração das linhas espectrais, essas foram geradas utilizando o Qtiplot do sistema Linux.

RESULTADOS E DISCUSSÃO:

Utilizou-se os dados do átomo de Hidrogênio para a simulação computacional e obteve-se excelentes resultados para as energias do átomo desde o estado fundamental até os estados excitados, obteve-se também, os valores da frequência e o comprimento de onda. Todos os resultados encontrados tiveram uma diferença de 0,02 por cento entre os resultados obtidos por cálculo numérico e os da literatura. A parte mais complexa do programa é a da sub-rotina que escolhe qual série espectral deve ser utilizada para o cálculo, essa escolha dependerá dos dados inseridos pelo usuário do executável, o programa irá informar ao usuário (dados de saída) a energia de ligação e a extensão do espectro. O algoritmo pode ser facilmente modificado para ser utilizado em elementos químicos mais simples e para sistemas hidrogenóides.

CONCLUSÕES:

Pode-se verificar que a simulação computacional continua sendo uma ferramenta muito útil para analisar, compreender e estudar os problemas complexos das diversas áreas da física. A simulação possibilitou encontrar o valor de diversas variáveis num período curto de tempo, além de fornecer os dados necessários para criar gráficos similares aos que seriam obtidos experimentalmente. O algoritmo criado é um bom simulador de séries espectrais e poderá ser utilizado para estudos acadêmicos, como uma ferramenta diferente ou ainda como um simulador quando não se pode realizar o experimento da espectroscopia em um laboratório. Essa pesquisa foi desenvolvida por uma aluna do ensino médio, assim concluímos que qualquer pesquisador independente do nível de escolaridade pode obter resultados precisos desde que se dediquem a pesquisa.

Palavras-chave: espectro atômico, simulação computacional, modelo atômico de Bohr.