INTERAÇÃO ENTRE RADIAÇÃO... Helton Bezerra

INTERAÇÃO ENTRE RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA E A MATÉRIA


Chacoalhamos uma caixa fechada para descobrir o que está dentro. Da mesma maneira, radiação (eletromagnética) é muito usada para chacoalhar os sistemas que queremos estudar. A radiação, luz por exemplo, é uma sonda que é afetada de alguma maneira pela matéria sob estudo.


Refração, Reflexão
Se o sistema tem dimensões maiores do que o comprimento de onda, podemos introduzir os conceitos de refração e reflexão. Um arco-íris é o resultado de refração e reflexão da luz do sol por gotas d'água.


Espalhamento
Se o objeto tem dimensão comparável ou menor do que o comprimento de onda da radiação incidente, o conceito de espalhamento é mais útil. No caso limite de partículas muito menores do que um comprimento de onda (uma molécula por exemplo), a radiação é espalhada igualmente em todas as direções. O céu é azul porque luz azul é espalhada mais do que luz vermelha.


Absorção
Para certos comprimentos de onda, a radiação incidente afeta a molécula. Podemos visualizar isto em termos do fenômeno de ressonância. Nem sempre a radiação desviada pela matéria mantém o mesmo comprimento de onda.


Ondas e Partículas
Até agora descrevemos a radiação como fenômeno ondular e a matéria como constituída de partículas. Mas no início do século 20 ficou claro que existem circunstâncias em que precisamos atribuir propriedades ondulares (um comprimento de onda e uma freqüência, por exemplo) a partículas, e propriedades de partículas (momentum e energia) a ondas. Para o fenômeno de absorção de luz pela matéria, que acima descrevemos em termos das freqüências de ressonância das moléculas, é útil colocar a visão clássica de ponta a cabeça: descrevemos luz como um coleção de fótons (pacotes de energia E = hf, momentum p = h/λ) e descrevemos a matéria, em particular os elétrons em volta dos núcleos, como funções de onda. Mas cuidado! Os fótons são partículas não convencionais no sentido que não tem massa e que não faz sentido falar sobre a posição de um deles. A função de onda não é uma onda convencional no sentido que não há alguma coisa "real" vibrando ou variando no espaço e no tempo. O quadrado da função de onda dá a probabilidade de achar a partícula (o elétron) numa determinada posição.



Com estas novas imagens na cabeça, podemos tentar entender o fenômeno de absorção de novo. Da mesma maneira que uma onda confinada numa região no espaço não pode vibrar harmonicamente (senoidalmente) com qualquer freqüência, mas é obrigada a vibrar com certas freqüências discretas, assim a função de onda de um elétron confinado em volta de um núcleo pela atração elétrica somente pode vibrar com certas freqüências discretas, e portanto o elétron pode estar somente em determinadas energias discretas. A luz que usamos para investigar a matéria e que incide sobre os átomos ou moléculas, consiste de pacotes de energia, fótons, de energia hf = hc/λ. Os fótons podem ser absorvidos (e assim levar o átomo ou molécula a um estado de energia maior) somente quando têm uma energia igual a uma diferença de energia entre os possíveis estados dos átomos ou moléculas sob estudo.