Nesta série de experimentos iremos mostrar como foi a montagem da mostra interativa de experimentos “Química, Quântica e Sociedade”, criada para comemorar o Ano Internacional das Ciências e Tecnologias Quânticas. 2025 foi escolhido como um ano para se celebrar os avanços científicos e tencológicos decorrentes do estudo da mecânica quântica pela ONU. A mostra foi financiada pelo CNPq.
No artigo de hoje vamos mostrar como demonstramos a fluorescência, um fenômeno importante e que está relacionado com a absorção e emissão de radiação eletromagnética por algumas substâncias.
Prepare o experimento
Para demonstrar a fluorescência, o ideal é ter um ambiente escuro. Mas sabemos que nem sempre conseguimos escurecer uma sala de aula, e no nosso caso, não conseguiríamos escurecer o espaço da mostra. Assim, resolvemos montar uma caixa onde colocaremos a fonte de radiação ultravioleta e os materiais fluorescentes.
Para isso, usamos placas de foamboard preto, que são usadas para apresentação e podem ser encontradas em papelarias. Você pode usar chapas de MDF, por exemplo, mas o ideal seria pintar as placas de preto para escurecer mais o ambiente.
Conectamos as placas de foamboard usando cantoneiras feitas com a impressão 3D, usando filamento preto. Usamos discos de ímãs de neodímio e pedaços de lata de aço para prender o fundo, de modo a que toda a montagem fique fácil de ser desmontada e transportada.
Colocamos uma fita de LED ultravioleta na parte superior da caixa. Escolhemos uma fita que pode ser conectada diretamente com um carregador USB. Colocamos também um interruptor usado em luminárias no cabo USB, para ligar e desligar a fita de LED.
Separamos também materiais fluorescentes para a demonstração. Alguns exemplos de materiais que podem ser usados incluem:
- água tônica de quinino;
- sabão em pó;
- canetas marca-texto;
- vitamina B2;
- azeite;
- clorofila (você pode preparar um extrato usando folhas verdes e álcool etílico).
Você pode usar a caixa também para demonstrar o funcionamento dos protetores solares, como já falamos no artigo: http://www.xciencia.org/2022/06/09/seu-protetor-solar-funciona/.
Use o experimento na sua aula (ou mostra)
Chame a atenção para a cor dos materiais enquanto expostos à luz branca da sala e compare com o que acontece quando estes são expostos à radiação ultravioleta. Discuta com os alunos sobre a radiação ultravioleta, chamando a atenção para o fato de ela é invisível. A luz roxa que vemos nos LEDs não é ultravioleta, mas sim uma porção visível que é emitida junto com o ultravioleta. É interessante perceber que não precisamos de ultravioleta para ter a fluorescência. Basta que a energia da radiação incidente seja maior que a energia da luz emitida pelo corante fluorescente, e teremos emissão de luz. Assim, uma luz azul pode fazer um corante emitir luz verde ou vermelha, mas o contrário não ocorre.
Esse é um experimento que pode ser muito divertido e os alunos em geral querem experimentar um monte de coisas na luz negra. Aproveite o interesse e deixe-os experimentar com as canetas marca-texto e com os diversos compostos disponíveis na caixa. O experimento do protetor solar é muito interessante e complementa bem o tópico da fluorescência. Por fim, explorar o uso dos corantes fluorescentes para evitar falsificações de dinheiro e documentos é sempre algo que atrai a curiosidade do público.
O que acontece
A radiação ultravioleta, que é obtida com lâmpadas ou LEDs de “luz negra”, é um tipo de radiação eletromagnética que possui mais energia que a luz visível.
Algumas substâncias conseguem absorver a energia da radiação ultravioleta, fazendo com que os elétrons em suas moléculas saltem para um nível mais alto de energia. Este elétron irá perder parte dessa energia, na forma de calor (radiação no infravermelho) e em seguida, irá retornar ao estado fundamental, emitindo agora luz visível. Este fenômeno é chamado de fluorescência.
A fluorescência é praticamente instantânea. Assim que desligamos a fonte de UV, a emissão de luz visível para imediatamente.
O diagrama abaixo mostra os níveis de energia dos elétrons em uma molécula fluorescente e o que acontece quando ele absorve energia de excitação (a radiaçaõ ultravioleta) e emite luz visível. A luz emitida sempre possui uma energia menor que a energia usada para excitar os elétrons.
É interessante discutir com os alunos sobre os usos da fluorescência em diversas tecnologias. O sabão em pó, por exemplo, contém um corante fluorescente que emite luz azul. Ele é usado pois isso faz com que roupas amareladas pareçam mais brancas, uma vez que a luz azul é complementar à luz amarela. Este tipo de substância, usada com essa finalidade, é chamada de branqueador óptico. Isso é usado em folhas de papel branco e em pastas de dente, por exemplo. Quando usamos roupas brancas que foram lavadas com sabão em pó e vamos para uma festa com uma lâmpada de luz negra, vemos a emissão de luz do branqueador ótico.
A fluorescência é usada para evitar a falsificação de diversos documentos e ingressos. Você pode convidar o público (ou seus alunos) a colocarem notas de dinheiro, documentos como a carteira de identidade ou de motorista, ingressos de shows na radiação UV e ver se foram usadas tintas fluorescentes na sua produção.
Finalmentes
Veja os nossos próximos artigos na série sobre as montagens que podem ser usadas para se falar de Quântica com experimentos.
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