Absorció Radiació Infraroja del CO₂

El diòxid de carboni, un dels gasos de l’atmosfera, absorbeix part de la radiació infraroja emesa per la superfície de la Terra. a) Expliqueu què li succeeix a la molècula de diòxid de carboni quan absorbeix un fotó de radiació infraroja. Per què les molècules de diòxid de carboni absorbeixen només certes freqüències de radiació infraroja? b) Calculeu la freqüència i la longitud d’ona d’un fotó de radiació infraroja que té una energia d’1,33 $\cdot$ 10$^{-20}$ J.

DADES:

• Constant de Planck: $h = 6,63 \cdot 10^{-34}$ J$\cdot$s

• Velocitat de la llum: $c = 3 \cdot 10^{8}$ m$\cdot$s$^{-1}$

a) Quan la molècula de CO$_2$ absorbeix radiació infraroja (IR) es produeixen canvis d’energia vibracional. L’energia d’aquest tipus de radiació és capaç de provocar un salt des del nivell fonamental d’energia vibracional a un nivell excitat. Les molècules de CO$_2$ només absorbeixen certes radiacions IR perquè per passar d’una molècula d’un nivell de vibració a un altre nivell de vibració en cal una determinada energia (diferència d’energies dels dos nivells vibracionals). Aquesta energia l’aporta una determinada freqüència de la radiació electromagnètica que, per tant, pot ser absorbida.

b) A partir de l’equació de Planck relacionarem l’energia de la radiació amb la freqüència ($v$) o la longitud d’ona ($\lambda$)\[E = h \cdot v\] Freqüència: $v = \frac{E}{h} = \frac{1,33 \cdot 10^{-20} \, \text{J}}{6,63 \cdot 10^{-34} \, \text{J} \cdot \text{s}}$\[\text{Freqüència} = 2,01 \cdot 10^{13} \, \text{s}^{-1}\] Longitud d’ona: $\lambda = \frac{c}{v} = \frac{3 \cdot 10^{8} \, \text{m} \cdot \text{s}^{-1}}{2,01 \cdot 10^{13} \, \text{s}^{-1}}$\[\text{Longitud d’ona} = 1,49 \cdot 10^{-5} \, \text{m}\]