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Medium 9788521625797

16 Espectroscopia de emissão atômica

VOGEL, Arthur Israel; MENDHAM, J.; DENNEY, R.C.; BARNES, J.D.; THOMAS, M. Grupo Gen ePub Criptografado

Este capítulo descreve os princípios teóricos e experimentais da espectroscopia de emissão atômica. Após uma discussão geral da técnica, a primeira parte do capítulo descreve a espectroscopia de emissão de chama. As Seções 16.6 a 16.11 tratam predominantemente da espectroscopia de emissão baseada em fontes de plasma, atualmente o modo mais importante de excitação.

Quando certos metais, na forma de sais, são colocados na chama do bico de Bunsen, surgem cores características. Este procedimento é usado há muito tempo na determinação qualitativa de elementos. Se a luz produzida pela chama passar por um espectroscópio, várias linhas de cor característica são resolvidas. As do cálcio têm cores vermelha, verde e azul, sendo que o vermelho é dominante e típico da chama deste elemento. A emissão de cada elemento tem comprimentos de onda definidos e fixos no espectro eletromagnético. Ainda que as cores da chama de cálcio, estrôncio e lítio, por exemplo, sejam muito semelhantes, é possível identificar os elementos pela análise dos espectros, um na presença dos outros. A ampliação dos princípios da análise qualitativa com o teste da chama levou ao desenvolvimento das aplicações analíticas da espectrografia de emissão. Depois da excitação com uma centelha elétrica ou um arco elétrico, registra-se fotograficamente os espectros com um espectrógrafo. Como os espectros característicos de muitos elementos ocorrem na região do ultravioleta, o sistema óptico usado na dispersão da radiação é geralmente feito de quartzo. Estas técnicas, entretanto, foram praticamente substituídas pela emissão de plasma (Seção 16.6).

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9 Cromatografia com fase gasosa

VOGEL, Arthur Israel; MENDHAM, J.; DENNEY, R.C.; BARNES, J.D.; THOMAS, M. Grupo Gen ePub Criptografado

Na cromatografia com fase gasosa, separa-se uma mistura em seus componentes fazendo-se mover um gás sobre um adsorvente estacionário. O método é semelhante à cromatografia líquido–líquido, exceto que a fase líquida móvel é substituída por uma fase gasosa móvel. Somente duas possibilidades existem. Ou a fase estacionária é um sólido ou um líquido. Isto limita os mecanismos de separação à adsorção e à partição, ambos os quais são muito usados na cromatografia com fase gasosa. Originalmente se distinguiam dois tipos de cromatografia com fase gasosa, a cromatografia gás/líquido e a cromatografia gás/sólido. Hoje, não se faz a distinção e esta terminologia foi substituída pelo termo cromatografia com fase gasosa (CG), mais simples e mais satisfatório.

Os primeiros experimentos que podem ser classificados como CG foram feitos por Martin e James em 1951 para a separação de ácidos graxos de baixo peso molecular [1]. O mecanismo de separação usado era a partição e o procedimento foi descrito por Martin e colaboradores como cromatografia de partição gás–líquido (GLPC). O desenvolvimento rápido da técnica deveu-se ao fato de que a maior parte da teoria já havia sido desenvolvida uma década antes por Martin e Synge para descrever a cromatografia de partição em fase líquida [2]. Muitos cientistas perceberam logo o potencial da partição em fase gasosa para resolver problemas de separação de sistemas complexos e o desenvolvimento do trabalho nesta direção foi rápido nos laboratórios da ICI, da British Petroleum e da Shell. O primeiro cromatógrafo comercial chegou ao mercado em 1955 e, hoje, a cromatografia com fase gasosa é uma das técnicas de separação mais utilizadas nos laboratórios analíticos.

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2 Reações em solução: teoria fundamental

VOGEL, Arthur Israel; MENDHAM, J.; DENNEY, R.C.; BARNES, J.D.; THOMAS, M. Grupo Gen ePub Criptografado

Muitas das reações da análise química qualitativa e quantitativa ocorrem em solução. O solvente é usualmente a água, mas outros líquidos podem ser usados. Por isso, o conhecimento fundamental das condições em que as reações de interesse da química analítica são feitas e dos fatores que as influenciam é essencial.

Guldberg e Waage (1867) enunciaram a lei da ação das massas (às vezes chamada de “lei do equilíbrio químico”) nos seguintes termos: “A velocidade de uma reação química é proporcional ao produto das massas ativas das substâncias que participam da reação”. A expressão “massa ativa” era interpretada como a concentração da substância expressa em moles por litro. Quando se aplica essa lei a sistemas homogêneos, isto é, a sistemas em que todos os reagentes participam de uma só fase como, por exemplo, uma reação em solução, chega-se a uma expressão matemática que estabelece a condição de equilíbrio em uma reação reversível.

Considere, inicialmente, uma reação reversível que ocorre em uma temperatura constante:

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Capítulo 6 Campo Magnético Gerado por Ímãs

Oliveira, Nilson Antunes de Grupo Gen ePub Criptografado

No capítulo anterior, discutimos o campo magnético gerado por correntes elétricas fluindo por fios condutores. Neste capítulo, o foco será o campo magnético gerado por materiais magnetizados, usualmente chamados de ímãs ou magnetos. Nesses materiais, a fonte do campo magnético não é uma corrente elétrica, produzida por uma fonte externa, mas a magnetização que aparece devido ao ordenamento dos momentos magnéticos atômicos.

Para fazer a formulação teórica capaz de descrever o campo magnético gerado por ímãs, é necessário uma discussão inicial sobre a formação dos momentos magnéticos atômicos e da magnetização. Nas duas próximas seções, será feita uma descrição dessas grandezas sob o ponto de vista da física clássica. Para o leitor interessado em uma descrição quântica, que não está no escopo deste livro, recomendamos a leitura de referências específicas sobre magnetismo. Algumas sugestões estão citadas na bibliografia.

O momento de dipolo magnético eletrônico tem duas contribuições: uma devido ao movimento orbital dos elétrons e a outra devido ao seu spin. Fazendo uma analogia entre uma órbita eletrônica e uma espira circular percorrida por uma corrente elétrica, podemos associar à orbita do elétron uma corrente dada por I = Δq / Δt, em que Δq = –e representa a carga do elétron e Δt = 2π/ω é o período de revolução, sendo ω a frequência angular. Logo, podemos escrever que I = –eω/2π. Usando a definição de momento de dipolo magnético podemos associar ao movimento orbital do elétron um momento de dipolo magnético dado por:

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Capítulo 5 Campo Magnético Gerado por Corrente Elétrica

Oliveira, Nilson Antunes de Grupo Gen ePub Criptografado

No Capítulo 2 estudamos os campos elétricos gerados por densidades de cargas eletrostáticas. Cargas elétricas em movimento, além do campo elétrico, também geram campo magnético. Em um material condutor, o movimento das cargas elétricas origina a corrente elétrica, que, por sua vez, gera o campo magnético. O campo magnético também pode ser gerado por ímãs ou por uma variação temporal do campo elétrico.

Neste capítulo, apresentaremos a formulação matemática para descrever o campo magnético gerado por corrente elétrica estacionária. O campo magnético gerado por ímãs será discutido no próximo capítulo.

Antes de iniciar o estudo sobre campo magnético, vamos fazer uma introdução sobre corrente elétrica. Ao aplicar um campo elétrico estático em um material condutor, os elétrons ficam sujeitos à força elétrica, , e se movem em um sentido contrário ao campo aplicado. Esse movimento ordenado das cargas elétricas no interior de um condutor gera uma corrente elétrica.1

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Medium 9788521635604

Apêndice B Sistemas de Coordenadas

Oliveira, Nilson Antunes de Grupo Gen ePub Criptografado

Constantes Físicas

Nome

Símbolo

Valor (SI)

Carga do elétron

e

−1,602×10−19 C

Carga do próton

e

1,602×10−19 C

Constante de Boltzmann

kB

1,381×10−23 J/K

Constante gravitacional

G

6,673×10−11 Nm2/kg2

Constante de Planck

h

6,026×10−34 Js

Constante de Rydberg

R

1,097×107 m–1

Constante de Stefan-Boltzmann

σ

5,670×10−8 W/(m2K4)

Constante universal dos gases

R

8,314 J/(mol K)

Magneton de Bohr

μB

9,274×10−24 J/T

Massa do elétron

me

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Capítulo 11 Guias de Ondas

Oliveira, Nilson Antunes de Grupo Gen ePub Criptografado

No Capítulo 9 estudamos a propagação de ondas eletromagnéticas no vácuo e em meios materiais infinitos. Neste capítulo, estudaremos a propagação de ondas eletromagnéticas em regiões confinadas. Iniciaremos este estudo pela propagação de ondas eletromagnéticas entre placas paralelas condutoras e, em seguida, discutiremos os guias de ondas com geometria retangular e cilíndrica. No final do capítulo discutiremos a propagação de ondas eletromagnéticas em cavidades metálicas ressonantes.

Nesta seção, estudaremos a propagação de ondas eletromagnéticas em uma região delimitada por placas paralelas condutoras. Para isso, vamos considerar duas placas metálicas paralelas ao plano yz, localizadas em x = 0 e x = a, conforme mostra a Figura 11.1. Por simplicidade, vamos supor uma onda eletromagnética plana com campo elétrico oscilando ao longo do eixo y e que se propaga em uma direção que faz um ângulo α com o eixo x. Esta onda incide obliquamente sobre uma das placas condutoras com um ângulo θi, sendo refletida segundo um ângulo θr.

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Medium 9788527735100

Capítulo 8 Biossegurança | Conceitos Básicos para as Ciências da Saúde

VERMELHO, Alane Beatriz Et Al. Grupo Gen ePub Criptografado

Na prática da microbiologia, é importante conhecer conceitos básicos de biossegurança necessários ao trabalho diário em salas de aulas práticas e laboratórios microbiológicos. A biossegurança compreende um conjunto de medidas para tornar o ambiente de trabalho seguro para si mesmo, para os colegas de laboratório e para a comunidade em geral. Ele deve ser física, biológica e quimicamente seguro, de modo a evitar contaminações biológicas com agentes patogênicos, doenças ocupacionais e manipulação inadequada de agentes químicos. Existem também normas específicas para manipulação com animais e microrganismos geneticamente modificados.

Segundo Teixeira e Valle (1996), biossegurança é o conjunto de procedimentos, ações, técnicas, metodologias, equipamentos e dispositivos capazes de eliminar ou minimizar riscos inerentes às atividades de pesquisa, produção, ensino, desenvolvimento tecnológico e prestação de serviços, que podem comprometer a saúde do homem, dos animais e do meio ambiente. As normas de biossegurança no Brasil foram estabelecidas pela Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio) e regulamentadas pela Lei no 8.974, de 5 de janeiro de 1995, devido à necessidade de se estabelecerem normas de segurança voltadas para os laboratórios em geral, em razão da exposição a agentes químicos e biológicos, além dos agentes físicos. Questões importantes relativas à prática e à pesquisa de organismos geneticamente modificados e células-tronco são regidas no Brasil pela Lei de Biossegurança (no 11.105, de 24 de março de 2005).

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Capítulo 6 Testes Bioquímicos para Identificação de Bactérias

VERMELHO, Alane Beatriz Et Al. Grupo Gen ePub Criptografado

As colorações simples, diferenciais ou estruturais, mesmo se combinadas com diferentes tipos de cultivo e observação das características das colônias, não são, em muitas das vezes, suficientes para a identificação de bactérias isoladas. Desta forma, devemos lançar mão de outras técnicas ou metodologias que, combinadas com as outras características descritas anteriormente, possibilitem determinar com precisão qual a bactéria com que se está trabalhando e/ou pesquisando.

Os testes bioquímicos (também conhecidos como provas bioquímicas) são amplamente utilizados em associação com os resultados obtidos por meio da coloração e cultivos, servindo como prova definitiva na identificação das bactérias isoladas, visto que as propriedades metabólicas são únicas para cada espécie. Esta classificação das bactérias, em relação às suas características bioquímicas, se dá porque os microrganismos apresentam tipos diferentes de vias metabólicas para obtenção de energia (fermentação, respiração ou ambos), bem como podem possuir enzimas específicas utilizadas no processo de metabolização dos diferentes substratos contidos nos meios de cultivo. Mesmo bactérias com alto padrão de similaridade podem ser caracterizadas e isoladas por testes bioquímicos que avaliam a presença ou a ausência de enzimas envolvidas nos processos catabólicos.

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17 Espectroscopia eletrônica molecular

VOGEL, Arthur Israel; MENDHAM, J.; DENNEY, R.C.; BARNES, J.D.; THOMAS, M. Grupo Gen ePub Criptografado

A variação da cor de um sistema com a mudança da concentração de um componente é a base da análise colorimétrica. A cor é, usualmente, devida à formação de um composto colorido pela adição de um reagente apropriado ou é inerente ao constituinte que se deseja analisar. A intensidade da cor é comparada com a intensidade da cor que se obtém com o mesmo procedimento pelo tratamento de uma amostra cuja quantidade e concentração são conhecidas. A análise fluorométrica é um método de análise no qual se usa a quantidade de radiação emitida por um analito para medir sua concentração. Na análise espectrofotométrica usa-se uma fonte de radiação que alcança a região ultravioleta do espectro. Para isso, escolhe-se comprimentos de onda de radiação bem-definidos e com largura de banda de menos de um nanômetro, o que exige um espectrofotômetro, um instrumento mais complicado e, conseqüentemente, mais caro.

Um espectrômetro óptico é um instrumento que possui um sistema óptico que dispersa a radiação eletromagnética incidente e permite a medida da quantidade de radiação transmitida em determinados comprimentos de onda selecionados da faixa espectral. Um fotômetro é um equipamento que mede a intensidade da radiação transmitida ou uma função desta quantidade. Quando combinado em um espectrofotômetro, o espectrômetro e o fotômetro produzem um sinal que corresponde à diferença entre a radiação trasmitida por um material de referência e a radiação transmitida por uma amostra em comprimentos de onda selecionados. A vantagem principal dos métodos colorimétrico e espectrofotométrico é que eles são uma maneira simples de determinar quantidades muito pequenas de substâncias. Em geral, o limite superior dos métodos colorimétricos é a determinação de constituintes em concentrações inferiores a 1 ou 2%. A fluorimetria, além de ser duas a três ordens de grandeza mais sensível do que os métodos colorimétrico e espectrofotométrico, tem a vantagem de ser mais seletiva.

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5 Amostragem

VOGEL, Arthur Israel; MENDHAM, J.; DENNEY, R.C.; BARNES, J.D.; THOMAS, M. Grupo Gen ePub Criptografado

As medidas analíticas têm amplo emprego: monitorar e regular a composição de matérias-primas usadas comercialmente, controlar e otimizar processos industriais, controlar impurezas e subprodutos, assegurar a conformidade com a legislação quanto às composições máxima e mínima, assegurar a qualidade de alimentos e bebidas, salvaguardar a saúde e a segurança das pessoas no local de trabalho, manter um ambiente de trabalho seguro e monitorar e proteger o meio ambiente em geral.

Estima-se que nos países ricos cerca de 3% do produto nacional bruto é usado em análises [1]. Só na Inglaterra, são realizadas, anualmente, cerca de 1 bilhão de medidas analíticas (ainda que cerca de 10% delas não sejam de boa qualidade).

À primeira vista, as questões que a análise propõe são simples: Qual é a natureza da amostra? Quais são as concentrações? Que riscos estes materiais representam para a saúde? Infelizmente, é muito difícil, normalmente, responder a estas questões de forma simples e chegar à resposta correta, a não ser que se possa obter uma amostra representativa de uma matriz complexa. Assim, a amostragem é a primeira tarefa, normalmente a mais difícil do procedimento analítico. Isto, porém, nem sempre é reconhecido por quem solicitou a análise e mesmo por alguns analistas. Por outro lado, cresceu a conscientização acerca deste problema. Um documento do governo inglês, por exemplo, declarou recentemente: “Medidas ruins são, na melhor das hipóteses, caras e inconvenientes, mas, na pior das hipóteses, podem ser perigosas ou nocivas à saúde. . . . Não faz sentido ter analistas de primeira categoria, equipamentos caros e modernos, se a amostra não for representativa ou se sofreu alterações antes da análise.” [2]

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Medium 9788521625797

10 Análise titrimétrica

VOGEL, Arthur Israel; MENDHAM, J.; DENNEY, R.C.; BARNES, J.D.; THOMAS, M. Grupo Gen ePub Criptografado

Os métodos da chamada “química por via úmida”, como a análise titrimétrica e a gravimetria, ainda desempenham importante papel na química analítica moderna. Em muitas áreas, os procedimentos titrimétricos são insubstituíveis. Suas principais vantagens são:

1. A precisão (0,1%) é melhor do que na maior parte dos métodos instrumentais.

2. Os métodos são, normalmente, superiores às técnicas instrumentais na análise dos principais componentes.

3. Quando o número de amostras é pequeno como, por exemplo, no caso de uma análise eventual, as titulações simples são comumente preferíveis.

4. Ao contrário do que ocorre com os métodos instrumentais, o equipamento não requer recalibração constante.

5. Os métodos são relativamente baratos, com baixo custo unitário por determinação.

6. Os métodos são comumente empregados para calibrar ou validar análises de rotina feitas com instrumentos.

7. Os métodos podem ser automatizados (Seção 10.10).

Existem, no entanto, várias desvantagens no uso dos métodos titrimétricos clássicos. A mais significativa é que eles são normalmente menos sensíveis e freqüentemente menos seletivos do que os métodos instrumentais. Além disso, quando um grande número de determinações semelhantes deve ser feito, a análise com métodos instrumentais é normalmente mais rápida e mais barata do que os métodos titrimétricos, que exigem grande volume de trabalho. No entanto, apesar da difusão e da popularidade dos métodos instrumentais, pode-se concluir, a partir do que foi exposto, que existe um campo considerável para o uso dos procedimentos titrimétricos, especialmente no treinamento em laboratório. Além de fornecer uma visão dos métodos titrimétricos clássicos, este capítulo inclui a titrimetria baseada em técnicas eletroquímicas, os métodos automatizados e uma rápida abordagem das titulações espectrofotométricas.

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12 Análise térmica

VOGEL, Arthur Israel; MENDHAM, J.; DENNEY, R.C.; BARNES, J.D.; THOMAS, M. Grupo Gen ePub Criptografado

Os métodos térmicos de análise formam este capítulo porque a termogravimetria (TG) liga-se intimamente à gravimetria clássica e, também, porque ela é muito usada juntamente com outros métodos importantes de análise térmica. Incluímos neste capítulo um número razoavelmente limitado de métodos térmicos e suas aplicações. Para mais informações, consulte os textos e artigos de revisão mencionados na Seção 12.13.

Denominamos métodos térmicos de análise as técnicas em que as variações de propriedades físicas ou químicas de uma substância são medidas em função da temperatura. Os métodos que envolvem mudanças no peso ou na energia se enquadram nesta definição. A análise termomecânica (TMA), em que se medem as mudanças de dimensões de uma substância com a temperatura, está fora do âmbito deste livro. Este capítulo discute quatro técnicas:

Termogravimetria (TG) em que se mede a mudança de peso de uma substância em função da temperatura ou do tempo.

Análise térmica diferencial (DTA) em que se mede a diferença de temperatura entre uma substância e um material de referência em função da temperatura, quando a substância e a referência são submetidas a um processo térmico controlado.[1]

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Medium 9788521635604

Capítulo 14 Radiação de Cargas Elétricas em Movimento

Oliveira, Nilson Antunes de Grupo Gen ePub Criptografado

No Capítulo 13, estudamos o campo eletromagnético e a radiação eletromagnética emitida por densidades de cargas elétricas e correntes elétricas variáveis no tempo. Neste capítulo, estudaremos o campo eletromagnético gerado por cargas elétricas pontuais em movimento. Mostraremos que a radiação eletromagnética emitida (isto é, a energia que se desprende da carga e se propaga no espaço) pela carga elétrica está diretamente relacionada com a sua aceleração.

O desenvolvimento matemático deste capítulo é extremamente entediante. Com a finalidade de facilitar a leitura e permitir uma melhor compreensão dos princípios físicos envolvidos na radiação eletromagnética emitida por uma carga elétrica, muitos detalhes dos cálculos matemáticos foram omitidos no texto principal e apresentados em forma de exercícios resolvidos no final do capítulo.

Na Seção 13.2, foram apresentadas as soluções das equações de onda para os potenciais escalar elétrico e vetor magnético, no caso de distribuições contínuas de cargas elétricas. Nesta seção, vamos particularizar os resultados obtidos no capítulo anterior para o caso de uma carga elétrica pontual. Para essa finalidade, vamos considerar uma carga pontual em um meio de permissividade elétrica descrevendo com velocidade uma trajetória representada pelo vetor conforme mostra a Figura 14.1.

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Medium 9788521635604

Capítulo 7 Indução Eletromagnética

Oliveira, Nilson Antunes de Grupo Gen ePub Criptografado

Uma corrente elétrica e uma força eletromotriz (fem) são induzidas sobre uma espira, quando há uma variação de fluxo magnético sobre ela. Esse fenômeno, conhecido como indução eletromagnética, tem importantes aplicações tecnológicas, tais como: produção de energia elétrica, transformadores de tensão, motores elétricos, forno de indução, frenagem magnética, levitação magnética etc. Neste capítulo, discutiremos os conceitos físicos e a formulação matemática envolvidos na indução eletromagnética.

Uma força eletromotriz, que pode ser detectada por uma medida de corrente elétrica ou diferença de potencial, é induzida em uma espira sempre que houver variação de fluxo magnético sobre ela. O fluxo magnético sobre uma espira rígida pode ser variado, afastando ou aproximando uma fonte de campo magnético (por exemplo um ímã), conforme mostra a Figura 7.1. Um mecanismo equivalente é manter fixa a fonte de campo magnético e aproximar ou afastar a espira.

A variação do fluxo magnético sobre uma espira também pode ser produzida por outros mecanismos como: (1) colocá-la em presença de um campo magnético dependente do tempo e (2) deformá-la em presença de campo constante. Neste capítulo, vamos considerar somente os casos envolvendo circuitos rígidos.

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