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Radiação ultravioleta

1801

Johann Wilhelm Ritter

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Em 1801, Johann Wilhelm Ritter observou que raios invisíveis além da extremidade violeta do espectro solar escureciam o papel embebido em cloreto de prata mais rapidamente do que a própria luz violeta. Isso demonstrou a existência de uma forma de luz além do espectro visível, que ele denominou "raios oxidantes", em contraste com os "raios de calor" (infravermelho) descobertos no ano anterior.

O experimento de Johann Wilhelm Ritter foi uma continuação direta da descoberta da radiação infravermelha por William Herschel em 1800. Herschel havia usado um prisma para dividir a luz solar e colocado termômetros além da extremidade vermelha do espectro, observando um aumento de temperatura. Ritter, intrigado com isso, decidiu testar a outra extremidade do espectro. Ele sabia que o cloreto de prata se decompunha na presença de luz e que esse efeito era mais pronunciado na luz violeta. Ele expôs tiras de papel embebidas em cloreto de prata ao espectro solar produzido por um prisma. Como esperado, o papel escureceu no espectro visível, com o efeito aumentando do vermelho para o violeta. Crucialmente, ele colocou uma tira logo além da extremidade violeta, em uma região onde não havia luz visível, e descobriu que essa tira escurecia ainda mais rapidamente do que a exposta à luz violeta. Isso confirmou a existência de radiação com atividade química mais forte do que a luz visível, localizada além do violeta. Seu nome inicial, "raios oxidantes", destacou suas propriedades químicas, que mais tarde foram substituídas por "raios químicos" e, eventualmente, por "raios ultravioleta". Essa descoberta expandiu fundamentalmente o espectro eletromagnético conhecido, provando que a visão humana percebe apenas uma pequena fração dele.

Reciclagem de produtos químicos, Química, Eletromagnetismo, Óptica, Fotônica, Física, Espectroscopia

UNESCO Nomenclature: 2210

Óptica

Tipo

Descoberta científica

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

O trabalho de Isaac Newton sobre o espectro visível usando prismas
Descoberta da radiação infravermelha por William Herschel (1800)
Observações de Carl Wilhelm Scheele sobre o escurecimento de sais de prata pela luz.

Aplicações

espectroscopia
fotografia UV
imagens médicas
técnicas de esterilização
observação astronômica

Patentes:

Ideias de Inovação Potencial

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Relacionado a: descoberta da luz ultravioleta, Johann Ritter, cloreto de prata, espectro eletromagnético, espectroscopia, raios actínicos, raios químicos, óptica, história da física, luz.

Contexto histórico

O laboratório de Alessandro Volta demonstrando a força eletromotriz com os primeiros aparelhos elétricos.

Definição de Força Eletromotriz (FEM)

A força eletromotriz ([latex]mathcal{E}[/latex]) é o trabalho realizado por unidade de carga elétrica por uma fonte não elétrica, como uma bateria ou um gerador. Apesar do nome, não se trata de uma força mecânica, mas sim de um potencial elétrico, medido em volts. Ela representa a energia convertida de outra forma (química, mecânica) em energia elétrica à medida que uma carga atravessa a fonte.

Pilha voltaica demonstrando reação eletroquímica com eletrodos de zinco e cobre.

Reação eletroquímica na pilha voltaica

A corrente elétrica em uma pilha voltaica é produzida por uma reação redox. No ânodo de zinco, o zinco metálico é oxidado, liberando dois elétrons por átomo ([latex]Zn rightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}[/latex]). Esses elétrons viajam pelo circuito externo até o cátodo de cobre. Lá, os íons de hidrogênio do eletrólito aquoso são reduzidos, formando gás hidrogênio ([latex]2H^{+} + 2e^{-} rightarrow H_2[/latex]).

Umidade absoluta

A umidade absoluta ([latex]d_v[/latex]) é a massa total de vapor de água ([latex]m_{H_2O}[/latex]) presente em um determinado volume de ar ([latex]V_{ar}[/latex]). É expressa em gramas de vapor de água por metro cúbico de ar ([latex]g/m^3[/latex]). A fórmula é [latex]d_v = frac{m_{H_2O}}{V_{ar}}[/latex]. Ao contrário da umidade relativa, ela não depende da temperatura do ar, mas é afetada por mudanças na pressão ou no volume do ar.

Radiação ultravioleta

Glass apparatus demonstrating Charles's Law in a vintage laboratory setting.

Lei de Charles (Lei Vol-Temp)

Também conhecida como lei volume-temperatura ou lei dos volumes, a Lei de Charles afirma que, para uma massa fixa de um gás ideal a pressão constante, o volume que ele ocupa é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta. Isso é expresso como [latex]V propto T[/latex] ou [latex]frac{V_1}{T_1} = frac{V_2}{T_2}[/latex]. Ela explica a tendência dos gases de se expandirem quando aquecidos sob condições isobáricas (pressão constante).

19th-century laboratory with scientists studying atomic structure and chemical reactions.

Teoria Atômica Moderna

A teoria atômica postula que toda a matéria é composta de unidades discretas chamadas átomos. Um elemento consiste em átomos com um número específico de prótons em seu núcleo. Embora antes considerados indivisíveis, os átomos são hoje conhecidos por serem compostos de partículas subatômicas: prótons, nêutrons e elétrons. As reações químicas envolvem o rearranjo desses átomos, que são conservados durante o processo.

Laboratory setup demonstrating Avogadro's Law in physical chemistry with gas measurements.

Lei de Avogadro

A lei de Avogadro afirma que volumes iguais de todos os gases, à mesma temperatura e pressão, contêm o mesmo número de moléculas. Isso estabelece uma proporcionalidade direta entre o volume de um gás e a quantidade de substância (número de moles). A relação matemática é expressa como [latex]V propto n[/latex] ou, mais comumente, como [latex]V/n = k[/latex], onde k é uma constante.

1800

1801

1802

1808

1811

1800

1802

1810

1816

Corrosão galvânica

A corrosão galvânica é um processo eletroquímico no qual um metal sofre corrosão preferencial quando em contato elétrico com outro na presença de um eletrólito. Isso ocorre porque os metais diferentes formam um par bimetálico, com o metal menos nobre (mais reativo) atuando como ânodo e sofrendo corrosão, enquanto o metal mais nobre atua como cátodo.

Pilha voltaica demonstrando o início da conversão eletroquímica de energia.

Princípio da Pilha Voltaica

A primeira bateria elétrica produzia corrente contínua empilhando pares de discos de metais diferentes (por exemplo, zinco e cobre) separados por um tecido embebido em salmoura. Cada par formava uma célula galvânica, e o empilhamento em série aumentava a voltagem total. Essa configuração demonstrou a primeira conversão contínua de energia química em energia elétrica, abrindo caminho para a eletroquímica moderna.

Pilha voltaica demonstrando a força eletromotriz em conexão em série com células de zinco e cobre.

Força eletromotriz e conexão em série

A pilha voltaica estabeleceu o princípio da adição de voltagens conectando células eletroquímicas em série. Cada par zinco-cobre, ou célula, gera uma força eletromotriz (FEM) característica de aproximadamente 0,76 volts. Ao empilhar fisicamente essas células, Volta demonstrou que a voltagem total na pilha é a soma das FEMs individuais de cada célula, conforme descrito por [latex]V_{total} = n times V_{cell}[/latex].

Configuração de comunicação de rádio ilustrando zonas Fresnel para análise de propagação de ondas.

Zona de Fresnel

Uma zona de Fresnel é uma das várias regiões confocais elipsoidais proladas no espaço entre um transmissor e um receptor. O limite da zona primária é o elipsoide onde o comprimento do percurso do transmissor até um ponto na superfície do receptor é metade do comprimento de onda do percurso direto, causando uma defasagem de 180 graus.

Pressure cooker and aerosol can illustrating Gay-Lussac's Law in thermodynamics.

Lei de Gay-Lussac (Lei da Pressão-Temperatura)

Também conhecido como lei de Amontons, este princípio afirma que, para uma massa fixa de um gás ideal a volume constante, sua pressão é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta. A relação é expressa matematicamente como [latex]P propto T[/latex] ou como uma comparação entre dois estados, [latex]frac{P_1}{T_1} = frac{P_2}{T_2}[/latex]. Isso descreve o comportamento de um gás em condições isocóricas (volume constante).

Gas mixing apparatus in a vintage laboratory for thermodynamics applications.

Lei de Dalton das Pressões Parciais

A Lei de Dalton afirma que, em uma mistura de gases não reagentes, a pressão total exercida é igual à soma das pressões parciais dos gases individuais. A pressão parcial de um gás é a pressão que ele exerceria se ocupasse todo o volume sozinho, à mesma temperatura. A fórmula é [latex]P_{text{total}} = sum_{i=1}^{n} p_i[/latex].

Electrode polarization in a Voltaic pile experiment demonstrating hydrogen gas formation.

Limitação da polarização do eletrodo

Uma das principais falhas da pilha voltaica é a polarização dos eletrodos. Durante o funcionamento, o gás hidrogênio produzido no cátodo de cobre forma uma camada isolante de bolhas em sua superfície. Essa camada aumenta a resistência interna da bateria e reduz a área de superfície disponível para a reação. Como resultado, a tensão e a corrente de saída da pilha caem significativamente logo após o início de seu uso.