Física Das Física Das RadiaçõesRadiações

Prof. Ilan RodriguesProf. Ilan Rodrigues

Faculdade de Tecnologia Intensiva - FATECI

O QUE É RADIAÇÃO?O QUE É RADIAÇÃO?

Radiação é a propagação de energia no espaço por meio da Radiação é a propagação de energia no espaço por meio da associação dos campos elétricos e magnéticos variáveis no tempo e associação dos campos elétricos e magnéticos variáveis no tempo e que são caracterizados pela sua freqüência ou comprimento de onda.que são caracterizados pela sua freqüência ou comprimento de onda.

Os campos elétricos e magnéticos variáveis no tempo são encontrados Os campos elétricos e magnéticos variáveis no tempo são encontrados na natureza e podem ser observados em inúmeras aplicações do na natureza e podem ser observados em inúmeras aplicações do cotidiano.cotidiano.

Como foi descobertaComo foi descoberta?? 1895- Rontgen descobriu os raios X.1895- Rontgen descobriu os raios X. 1896 – Bequerel foi encarregado de verificar a 1896 – Bequerel foi encarregado de verificar a

descoberta por Rontgen e acabou descobrindo a descoberta por Rontgen e acabou descobrindo a radioatividade pela observação da fluorescência radioatividade pela observação da fluorescência de alguns minerais.de alguns minerais.

1897- Thomson descobriu o elétron.1897- Thomson descobriu o elétron. 1898- Marie Curie descobriu o polônio e o rádio 1898- Marie Curie descobriu o polônio e o rádio

devida sua intensa atividade.devida sua intensa atividade. 1889, Rutherford identificou a natureza de dois 1889, Rutherford identificou a natureza de dois

tipos distintos de radiação: alfa e beta. E Villard , tipos distintos de radiação: alfa e beta. E Villard , a radiação gama.a radiação gama.

1903- Lernard descreveu o átomo como sendo 1903- Lernard descreveu o átomo como sendo constituído por 2 cargas, positivas e negativas, constituído por 2 cargas, positivas e negativas, separadas pelo vazio.separadas pelo vazio.1906- Rutheford descobriu os núcleos atômicos e 1906- Rutheford descobriu os núcleos atômicos e as transmutações; que significa o átomo de um as transmutações; que significa o átomo de um elemento perder corpúsculos para tornar-se átomo elemento perder corpúsculos para tornar-se átomo de um outro elemento.de um outro elemento.A radioatividade ocorre porque as forças de ligações do núcleo são insuficientes para manter suas partículas perfeitamente ligadas.

Quais são os malefícios e os Quais são os malefícios e os beneficíos da radioatividade?beneficíos da radioatividade?

beneficios; beneficios; a) Uso da energia do núcleo do átomo; a) Uso da energia do núcleo do átomo; b) Uso das radiações que têm a capacidade de b) Uso das radiações que têm a capacidade de

atravessar a matéria e velar filmes(raios X);atravessar a matéria e velar filmes(raios X);c) Uso da capacidade(Radioterapia ou esterilização c) Uso da capacidade(Radioterapia ou esterilização

de material médico);de material médico); Malefícios:Malefícios: a) desastres nucleares (mutações indesejadas,a) desastres nucleares (mutações indesejadas,b) emprego militar como armas de destruição em b) emprego militar como armas de destruição em

massa massa

RADIOATIVIDADE NATURALRADIOATIVIDADE NATURAL É a que se manifesta nos elementos radioativos e nos isótopos que se É a que se manifesta nos elementos radioativos e nos isótopos que se

encontram na natureza e polui o meio ambiente.encontram na natureza e polui o meio ambiente.

à radiação proveniente de: à radiação proveniente de: a)a) elementos naturais radioativos existentes na crosta terrestre como elementos naturais radioativos existentes na crosta terrestre como

potássio, césio etc.potássio, césio etc.b)b) Radiação Cósmica;Radiação Cósmica;

Cerca de 30% a 40% dessa radiação se deve a raios cósmicos.Cerca de 30% a 40% dessa radiação se deve a raios cósmicos. Alguns materiais radioativos como potássio-40, carbono-14. urânio, tório Alguns materiais radioativos como potássio-40, carbono-14. urânio, tório

etc. - estão presentes em quantidades variáveis nos alimentos.etc. - estão presentes em quantidades variáveis nos alimentos. Uma quantidade razoável de radiação vem do solo e de materiais de Uma quantidade razoável de radiação vem do solo e de materiais de

construção.construção. Para altitudes de 3000 m, a radiação de fundo é 20% superior à radiação Para altitudes de 3000 m, a radiação de fundo é 20% superior à radiação

ao nível do mar. ao nível do mar. Em locais próximos a reservas de urânio a radiação de fundo é altíssima. Em locais próximos a reservas de urânio a radiação de fundo é altíssima. QUARTZO FUMÊ

Hipóteses de MaxwellHipóteses de Maxwell

1)1) Um campo magnético Um campo magnético variável é equivalente, variável é equivalente, nos seus efeitos, a um nos seus efeitos, a um campo elétrico e, campo elétrico e, inversamente,inversamente,

2) Um campo elétrico 2) Um campo elétrico variável é equivalente, variável é equivalente, nos seus efeitos, a um nos seus efeitos, a um campo magnético.campo magnético.

A verificação experimental A verificação experimental de sua teoria só foi de sua teoria só foi possível quando se possível quando se considerou um novo tipo considerou um novo tipo de onda, as chamadas de onda, as chamadas ondas eletromagnéticas.ondas eletromagnéticas.

Prof Ilan Rodrigues

ESPECTRO ELETROMAGNÉTICOESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

ONDAS DE RÁDIOONDAS DE RÁDIO

ONDAS DE RÁDIO ONDAS DE RÁDIO As ondas de rádio têm comprimento de onda de dezenas a As ondas de rádio têm comprimento de onda de dezenas a

milhares de metros; (facilmente se difrata ao redor de milhares de metros; (facilmente se difrata ao redor de obstáculos)obstáculos)

São muito úteis para a transmissão de informações. São muito úteis para a transmissão de informações. {radiodifusão (rádio e televisão), telefonia móvel.}{radiodifusão (rádio e televisão), telefonia móvel.}

A emissão de ondas de rádio com comprimento de onda de A emissão de ondas de rádio com comprimento de onda de cerca de 1 m corresponde à TV (televisão).cerca de 1 m corresponde à TV (televisão).

Contudo, elas são refletidas ao atingirem objetos metálicos Contudo, elas são refletidas ao atingirem objetos metálicos de grandes dimensões.de grandes dimensões.

ONDAS DE MICROONDASONDAS DE MICROONDAS

Forno de microondas (gerador tipo Forno de microondas (gerador tipo magnetron).magnetron).frequência = 2,45 GHzfrequência = 2,45 GHz

transmissões para satélites de comunicações.transmissões para satélites de comunicações.

Redes Locais sem-fio, tais como Bluetooth e Redes Locais sem-fio, tais como Bluetooth e outros. outros. frequência = 2,45 a 5,8 GHzfrequência = 2,45 a 5,8 GHz

TV a cabo e Internet de banda larga por cabo TV a cabo e Internet de banda larga por cabo coaxial, bem como certas redes de telefonia coaxial, bem como certas redes de telefonia celular móvel.celular móvel.

Aplicações:Aplicações:

Radiação infravermelhaRadiação infravermelha

Radiação infravermelhaRadiação infravermelha

foi descoberta em 1800 por William foi descoberta em 1800 por William Herschel. Herschel.

é uma radiação não ionizante.é uma radiação não ionizante.Ainda que em vertebrados não seja Ainda que em vertebrados não seja

percebida na forma de luz, a radiação IV percebida na forma de luz, a radiação IV pode ser percebida como calor, por pode ser percebida como calor, por terminações nervosas especializadas da terminações nervosas especializadas da pele, conhecidas como termorreceptores.pele, conhecidas como termorreceptores.

RADIAÇÃO (LUZ) VISÍVELRADIAÇÃO (LUZ) VISÍVEL

ESPECTRO DA LUZ VISÍVELESPECTRO DA LUZ VISÍVELFreqüência

Comprimento de Onda

LUZ VISÍVEL LUZ VISÍVEL ( INFRAVERMELHO E ULTRAVIOLETA )( INFRAVERMELHO E ULTRAVIOLETA )

Em torno de 10Em torno de 10 -6-6 m ou 10 m ou 10 -3-3mm , a retina do olho mm , a retina do olho

humano é sensível à radiação eletromagnética.humano é sensível à radiação eletromagnética.O maior comprimento de onda e a menor freqüência O maior comprimento de onda e a menor freqüência

da luz visível dá a sensação de vermelho.da luz visível dá a sensação de vermelho.A radiação infravermelha tem comprimento de onda A radiação infravermelha tem comprimento de onda

intermediário entre microonda e a luz vermelha e intermediário entre microonda e a luz vermelha e constitui o chamado calor radiante.constitui o chamado calor radiante.

A radiação ultravioleta tem comprimento de onda A radiação ultravioleta tem comprimento de onda menor que aquele do violeta o Sol emite grande menor que aquele do violeta o Sol emite grande quantidade de radiação ultravioletaquantidade de radiação ultravioleta

A Sensação Das CoresA Sensação Das Cores

Radiação ultravioletaRadiação ultravioleta

Radiação ultravioletaRadiação ultravioleta Referentes aos efeitos da saúde humana e ao Referentes aos efeitos da saúde humana e ao

meio ambiente:meio ambiente:a)a) UVA (400 – 320 nm, chamada de "luz negra" ou UVA (400 – 320 nm, chamada de "luz negra" ou

onda longa), (99%)chegam a superfície da Terra.onda longa), (99%)chegam a superfície da Terra.b)b) UVB (320–280 nm, também chamada de onda UVB (320–280 nm, também chamada de onda

média). é parcialmente absorvida pelo ozônio da média). é parcialmente absorvida pelo ozônio da atmosfera e sua parcela que chega à Terra é atmosfera e sua parcela que chega à Terra é responsável por danos à pele.responsável por danos à pele.

c) UVC (280 - 100 nm, também chamada de UV curta c) UVC (280 - 100 nm, também chamada de UV curta ou "germicida"). Totalmente absorvida pelo ou "germicida"). Totalmente absorvida pelo oxigênio e o ozônio da atmosfera.oxigênio e o ozônio da atmosfera.

Luz negra

-Comprimentos de onda próximos à luz visível entre 380 e 420 nm.

-é obtido principalmente através de uma lâmpada fluorescente sem a proteção do componente (fósforo) que a faz emitir luz visível.

-usadas para identificar dinheiro falso, decoração, boates e tuning.

RAIOS XRAIOS X

RAIOS XRAIOS X

Foi descobertos pelo físico alemão Wilhelm Röntgen em Foi descobertos pelo físico alemão Wilhelm Röntgen em 1901 que, por desconhecer a sua natureza denominou-1901 que, por desconhecer a sua natureza denominou-os “raios X”.os “raios X”.

Tem a propriedade de atravessar materiais de baixa Tem a propriedade de atravessar materiais de baixa densidade.densidade.

Quanto menor é o comprimento de onda, maior é o Quanto menor é o comprimento de onda, maior é o poder de penetração dos raios X.poder de penetração dos raios X.

Os raios X são invisíveis mas podemos detectá-losOs raios X são invisíveis mas podemos detectá-los

FONTES DESSA RADIAÇÃOFONTES DESSA RADIAÇÃO

Um dos mecanismos mais eficientes para a produção de Um dos mecanismos mais eficientes para a produção de raios X é a desaceleração rápida de partículas raios X é a desaceleração rápida de partículas carregadas a alta velocidade.carregadas a alta velocidade.

Uma gama extensa de frequências resultantes Uma gama extensa de frequências resultantes manifesta-se quando um feixe de elétrons com energia manifesta-se quando um feixe de elétrons com energia elevada é projetado contra um alvo de cobre.elevada é projetado contra um alvo de cobre.

Se durante o "bombardeamento" de elétrons os átomos Se durante o "bombardeamento" de elétrons os átomos do alvo ficarem ionizados, por remoção o átomo emitirá do alvo ficarem ionizados, por remoção o átomo emitirá raios X quando retomar o seu estado fundamental.raios X quando retomar o seu estado fundamental.

O TUBO DE RAIO XO TUBO DE RAIO X

APLICAÇÕES:APLICAÇÕES: Utilizados para obter radiografias.Utilizados para obter radiografias.

São usados ainda no tratamento do câncer, tomografia São usados ainda no tratamento do câncer, tomografia computadorizada.computadorizada.

São utilizados para examinar, por exemplo, ossos e São utilizados para examinar, por exemplo, ossos e dentes.dentes.

Nos aeroportos são usados para examinar as bagagens Nos aeroportos são usados para examinar as bagagens dos passageiros.dos passageiros.

Na industria metalúrgica e nas instituições e empresas Na industria metalúrgica e nas instituições e empresas que estudam a idade e técnicas, utilizadas nas pinturas que estudam a idade e técnicas, utilizadas nas pinturas antigas e investigam se certas obras são falsas.antigas e investigam se certas obras são falsas.Primeira Radiografia

RAIOS GAMA RAIOS GAMA γγ

RAIOS GAMA (RAIOS GAMA (γγ)) São partículas, ou fótons, de energia São partículas, ou fótons, de energia

eletromagnética.eletromagnética.Constituem um tipo de radiação ionizante capaz de Constituem um tipo de radiação ionizante capaz de

penetrar na matéria mais profundamente que a penetrar na matéria mais profundamente que a radiação alfa ou beta.radiação alfa ou beta.

Sua elevada energia, podem causar danos no Sua elevada energia, podem causar danos no núcleo das células.núcleo das células.

Usados para esterilizar equipamentos médicos e Usados para esterilizar equipamentos médicos e alimentos.alimentos.

Liberados em explosões atômicas e têm Liberados em explosões atômicas e têm comprimentos de onda ainda menores do que o comprimentos de onda ainda menores do que o tamanho dos átomos.tamanho dos átomos.

Fótons de raios-gama levam mais energia que Fótons de raios-gama levam mais energia que fótons de raios-X.fótons de raios-X.

RAIOS GAMA (RAIOS GAMA (γγ)) Essa radiação é medida em Megaelétron-volts (MeV).Essa radiação é medida em Megaelétron-volts (MeV). Um Mev corresponde a fótons gama de comprimentos de onda Um Mev corresponde a fótons gama de comprimentos de onda

inferiores a 10 inferiores a 10 - 11- 11 metros ou freqüências superiores a 10 metros ou freqüências superiores a 101919 Hz. Hz.

São produzidos na desintegração de isótopos radioativos.São produzidos na desintegração de isótopos radioativos.

Os raios gama produzidos no espaço não chegam à superfície Os raios gama produzidos no espaço não chegam à superfície da Terra.da Terra.

se utiliza o efeito Compton para detectar os raios gama.se utiliza o efeito Compton para detectar os raios gama.

Estes raios são produzidos em fenômenos astrofísicos de alta Estes raios são produzidos em fenômenos astrofísicos de alta energia como em explosões de supernovas ou núcleos de energia como em explosões de supernovas ou núcleos de galáxias ativas.galáxias ativas.

AZ Element, p.e. 14

6 C:

número de massa 14

prótons 6

nêutron 14 - 6 = 8

DefiniDefini ções dos isótoposções dos isótopos

Átomo: elétrons, prótons e nêutrons

Núcleo: prótons e nêutrons

Z + N = A (número de massa)

ZZ corresponde ao número de prótons num átomo. NN corresponde ao número de neutrôns num átomo. Exemplos

Isótopos do hidrogênio: 1H (Prótio), 2H (deutério) e 3H (trítio). isótopos do oxigênio: 16O, 17O e 18O.

DESINTEGRAÇÃODESINTEGRAÇÃO RADIOATIVARADIOATIVA

é a desintegração de um núcleo através da é a desintegração de um núcleo através da emissão de energia em forma de radiação.emissão de energia em forma de radiação.

Esta emissão pode ser de duas formas:Esta emissão pode ser de duas formas:a) radiação corpuscular (a) radiação corpuscular (αα e e ββ))b) radiação eletromagnética (b) radiação eletromagnética (γγ))

Se o núcleo de um Nuclídeo se encontra numa Se o núcleo de um Nuclídeo se encontra numa situação de instabilidade, seja por ter um situação de instabilidade, seja por ter um excesso de prótons ou de neutrôns, ou excesso de prótons ou de neutrôns, ou excesso de ambos, tende a transformar-se excesso de ambos, tende a transformar-se noutro nuclídeo mais estável.noutro nuclídeo mais estável.

DECAIMENTO DECAIMENTO RADIOATIVORADIOATIVO

Scheweidler em 1905 estabeleceu a lei capaz de reger Scheweidler em 1905 estabeleceu a lei capaz de reger os fenômenos radioativos baseado em hipóteses os fenômenos radioativos baseado em hipóteses probabilísticas.probabilísticas.

1 - A desintegração é um processo probabilístico.1 - A desintegração é um processo probabilístico. 2 - A probabilidade de um átomo radioativo se 2 - A probabilidade de um átomo radioativo se

desintegrar é igual para todos os átomos de uma desintegrar é igual para todos os átomos de uma mesma espécie.mesma espécie.

3 - A desintegração ou não independe de sua vida 3 - A desintegração ou não independe de sua vida anterior.anterior.

4 - Probabilidade de se desintegrar em um Δt muito 4 - Probabilidade de se desintegrar em um Δt muito pequeno é proporcional a ele p = λ Δtpequeno é proporcional a ele p = λ Δt

DESINTEGRAÇÃODESINTEGRAÇÃO ALFA ALFA (( αα ))

ocorre quando um núcleo instável emite ocorre quando um núcleo instável emite uma partícula alfa transformando-se num uma partícula alfa transformando-se num outro núcleo(Z´= Z-2 , A´=A-4 )outro núcleo(Z´= Z-2 , A´=A-4 )

Exemplo : Amerício decaindo num neptúnioExemplo : Amerício decaindo num neptúnio 241241

95 95 Am ==> Am ==> 23723793 93 Np + Np + 44He He 2+2+

Exemplo:Exemplo:210210Po → Po → 206206Pb + 4He + 5,305 MeVPb + 4He + 5,305 MeV

Número de MassaNúmero prótons

Redução na Massa em 4 unidades

- 2p+ e - 2N(0)

Redução de 2 prótonsPartícula Alfa

DESINTEGRAÇÃODESINTEGRAÇÃO ALFA ALFA (( αα ))

Ao perder 2 prótons o radionuclídeo X se Ao perder 2 prótons o radionuclídeo X se transforma no radionuclídeo Y com número transforma no radionuclídeo Y com número atômico igual a (Y = X - 2)atômico igual a (Y = X - 2)

partículas alfa é a menos penetrante dos três partículas alfa é a menos penetrante dos três tipos de radiação; podendo ser bloqueada por tipos de radiação; podendo ser bloqueada por uma folha de papel, porque perdem muita energia uma folha de papel, porque perdem muita energia ao arrancar elétrons na sua passagem.ao arrancar elétrons na sua passagem.

As partículas Beta são elétrons emitidos pelo As partículas Beta são elétrons emitidos pelo núcleo de um átomo instável.núcleo de um átomo instável.

Em núcleos instáveis betaemissores, um Em núcleos instáveis betaemissores, um nêutron pode se decompor em um pósitron, um nêutron pode se decompor em um pósitron, um elétron e um antineutrino.elétron e um antineutrino.

Assim, ao emitir uma partícula Beta, o núcleo Assim, ao emitir uma partícula Beta, o núcleo tem a diminuição de um nêutron e o aumento tem a diminuição de um nêutron e o aumento de um próton;permanecendo assim o número de um próton;permanecendo assim o número de massa constante.de massa constante.

Estes elétrons podem ser negativos(β-) ou Estes elétrons podem ser negativos(β-) ou positivos (β+).positivos (β+).

1. Desintegração Beta Negativa1. Desintegração Beta Negativa 2. Desintegração Beta Posit iva2. Desintegração Beta Posit iva

DESINTEGRAÇÃO BETA DESINTEGRAÇÃO BETA (( ββ ))

As partículas Beta são capazes de penetrar As partículas Beta são capazes de penetrar cerca de um centímetro nos tecidos, ocasionando cerca de um centímetro nos tecidos, ocasionando danos à pele, mas não aos órgãos internos, a não danos à pele, mas não aos órgãos internos, a não ser que sejam ingeridas ou aspiradas. Têm alta ser que sejam ingeridas ou aspiradas. Têm alta velocidade, aproximadamente 270 000 km/s.velocidade, aproximadamente 270 000 km/s.

1. Desintegração Beta Negativa1. Desintegração Beta Negativa Ocorre com núcleos que possuem excesso de Ocorre com núcleos que possuem excesso de

nêutrons.nêutrons. Neste processo, um nêutron é convertido em Neste processo, um nêutron é convertido em

um próton e uma partícula beta negativa.um próton e uma partícula beta negativa. n → p + e + n + ENERGIAn → p + e + n + ENERGIA Exemplo: Exemplo: 3232P → P → 3232S + βS + β-- + + v v + 1,71 MeV+ 1,71 MeV Ao ganhar 1 próton o radionuclídeo X se Ao ganhar 1 próton o radionuclídeo X se

transforma no radionuclídeo Y com número transforma no radionuclídeo Y com número atômico igual a (Y = X + 1)atômico igual a (Y = X + 1)

As partículas beta são emitidas em um As partículas beta são emitidas em um espectro contínuo de energia na faixa de 0,05 espectro contínuo de energia na faixa de 0,05 e 3,5 MeV para os nuclídeos mais comuns.e 3,5 MeV para os nuclídeos mais comuns.

Mesmo número de massa

Emissão de elétron

AntineutrinoAntineutrino

Energia

2. Desintegração Beta 2. Desintegração Beta Posit ivaPosit iva

Ocorre com núcleos que possuem um excesso Ocorre com núcleos que possuem um excesso de prótons.de prótons.

Neste processo, um próton é convertido em um Neste processo, um próton é convertido em um nêutron e uma partícula beta positiva (pósitron).nêutron e uma partícula beta positiva (pósitron).

p → n + e + νp → n + e + νa energia máxima está na faixa entre 0,3 a 1,4 a energia máxima está na faixa entre 0,3 a 1,4

MeV, para os nuclídeos mais comuns.MeV, para os nuclídeos mais comuns.2222Na → Na → 2222Ne + βNe + β++ + + νν + 1,820 MeV + 1,820 MeV

DESINTEGRAÇÃO GAMA (DESINTEGRAÇÃO GAMA (γγ))Em muitos casos, após ocorrer um dos tipos de desintegração descritos, o processo se completa.Em outros casos, o núcleo filho é formado em um dos seus estados excitados e pode emitir esta energia armazenada sob forma de fótons denominados raios-gama.

A energia dos raios gama emitidos pelos diferentes nuclídeos está na faixa de 0,03 a 3 MeV aproximadamente.

Resumindo: decaimento radioativoResumindo: decaimento radioativoRadionuclídeo Pai

Se Z diminui Emissão de uma partícula positiva

Decaimento Beta +Se Z permanece constante

Emissão de radiação Gamma

Se Z Aumenta Emissão de uma partícula negativa

Decaimento Beta -

RADIAÇÕES IONIZANTESRADIAÇÕES IONIZANTES é a radiação que possui energia suficiente para ionizar átomos e moléculas.

Pode danificar nossas células e afetar o material genético (DNA), causando doenças graves (por exemplo: câncer)

A radiação eletromagnética ultravioleta (excluindo a faixa inicial da radiação ultravioleta) ou mais energética é ionizante.

Partículas como os elétrons e os prótons que possuam altas energias também são ionizantes.

Fissão nuclear

92U235 + 0n

1 = 56Ba142 + 36Kr91 + 3 0 n1 + 4,6 . 109kcal

é a divisão de um núcleo atômico pesado e instável através do seu bombardeamento com nêutrons - obtendo dois núcleos menores, nêutrons e a liberação de uma quantidade enorme de energia.

Em 1934, Enrico Fermi, bombardeando átomos de urânio com nêutrons, observou que os núcleos bombardeados capturavam os nêutrons, originando um material radioativo.

Em 1938, Hahn e Strassmann, repetindo a mesma experiência, constataram a existência do bário entre os produtos obtidos. Equacionando

Os nêutrons liberados na reação, irão provocar a fissão de novos núcleos, liberando outros nêutrons, ocorrendo então uma reação em cadeia:

Fusão nuclear:

é a junção de dois ou mais núcleos atômicos produzindo um único núcleo maior, com liberação de grande quantidade de energia. Nas estrelas como o Sol, ocorre a contínua irradiação de energia (luz, calor, ultravioleta, etc.)proveniente da reação de fusão nuclear:

4 1H1 = 2He4 + outras partículas + energia

TIPOS DE RADIAÇÃO TIPOS DE RADIAÇÃO IONIZANTESIONIZANTES

CORPUSCULARES ALFA

BETA

ELETROMAGNÉTICA RAIOS X

GAMA

ESTRUTURA DO ÁTOMOESTRUTURA DO ÁTOMO

Os átomos são formados por cargas positivas e Os átomos são formados por cargas positivas e negativas girando em torno do núcleo.negativas girando em torno do núcleo.

Núcleo contém prótons e nêutrons.Núcleo contém prótons e nêutrons.É o número de prótons no núcleo que define o É o número de prótons no núcleo que define o

elemento químico a que esse átomo pertence.elemento químico a que esse átomo pertence.Életrons são considerados “ligantes” entre os Életrons são considerados “ligantes” entre os

átomos de uma molécula.átomos de uma molécula.

ESTRUTURA DO ÁTOMOESTRUTURA DO ÁTOMONas temperaturas ambientes átomos Nas temperaturas ambientes átomos

isolados que estejam neutros, mas com a isolados que estejam neutros, mas com a configuração dos elétrons estabilizadas a configuração dos elétrons estabilizadas a um estado de menor energia.um estado de menor energia.

ESTADO FUNDAMENTAL>>MENOR ESTADO FUNDAMENTAL>>MENOR ENERGIAENERGIA

Se houver uma perturbação externa, os Se houver uma perturbação externa, os elétrons de uma dada configuração elétrons de uma dada configuração rearranjam - se em um estado mais rearranjam - se em um estado mais EXCITADOEXCITADO de MAIOR ENERGIA. de MAIOR ENERGIA.

Interação da radiação com a Interação da radiação com a matériamatéria

RadiaçãoRadiação

ExcitaçãoExcitação: os elétrons são levados a níveis : os elétrons são levados a níveis com energias mais altascom energias mais altas

IonizaçãoIonização: remoção completa de um ou mais : remoção completa de um ou mais elétrons de valênciaelétrons de valência

Eletromagnética (raios X e γ)Partículas carregadas (e-, α, p, etc)Nêutrons

EXCITAÇÃOEXCITAÇÃO

Nunca ocorre espontaneamente na Nunca ocorre espontaneamente na natureza mas de uma transferência de natureza mas de uma transferência de energia ao átomo(absorção de uma onda energia ao átomo(absorção de uma onda eletromagnética).eletromagnética).

É o processo em que os elétrons de um É o processo em que os elétrons de um átomo tem a configuração eletrônica átomo tem a configuração eletrônica alterada para acomodar essa energia alterada para acomodar essa energia adicional.adicional.

•ÁTOMO DE HIDROGÊNIOÁTOMO DE HIDROGÊNIO•ÁTOMO DE HIDROGÊNIOÁTOMO DE HIDROGÊNIO

Núcleo

1HH1,00Hidrogênio

1HH1,00Hidrogênio

ÓrbitasEstacionárias

n = 1n = 1

n = 2n = 2

n = 3n = 3

n = 4n = 4

e

Energia fixa das órbitas

eeeee

Nas órbitas estacionárias os

elétrons não emitem energia.

Nas órbitas estacionárias os

elétrons não emitem energia.

e

Afastando-seAfastando-se do do núcleo o elétron núcleo o elétron absorveabsorve energia energia

(recebe) (recebe)

Afastando-seAfastando-se do do núcleo o elétron núcleo o elétron absorveabsorve energia energia

(recebe) (recebe)

ABSORVEABSORVEenergiaenergia

eeeeeeeeeeeVoltando Voltando à à

órbita original o órbita original o élétron élétron emiteemite

energiaenergia

Voltando Voltando à à órbita original o órbita original o élétron élétron emiteemite

energiaenergia

EMITEEMITEenergiaenergia

•ENERGIA ABSORVIDA OU EMITIDAENERGIA ABSORVIDA OU EMITIDA•ENERGIA ABSORVIDA OU EMITIDAENERGIA ABSORVIDA OU EMITIDA

Núcleo

1HH1,00Hidrogênio

1HH1,00Hidrogênio

n = 1n = 1

n = 2n = 2

n = 3n = 3

n = 4n = 4

eeeeee

e

ee

e

e

EMITEEMITEenergiaenergia

ABSORVEABSORVEenergiaenergia

e

IONIZAÇÃOIONIZAÇÃO

É o processo em que um dos elétrons É o processo em que um dos elétrons absorveu tanta energia individual supera a absorveu tanta energia individual supera a energia eletrostática de ligação.energia eletrostática de ligação.

Os elétrons se encontram ligados aos Os elétrons se encontram ligados aos átomos com uma certa energia(atração átomos com uma certa energia(atração Coulombiana).Coulombiana).

Quando isso acontece, o elétron é Quando isso acontece, o elétron é ejetado para fora do átomo.ejetado para fora do átomo.

IonizaçãoIonizaçãoO átomo fica desfalcado de um ou mais de seus O átomo fica desfalcado de um ou mais de seus

elétrons originais.elétrons originais.Chamado de ÍON.Chamado de ÍON.Devido ao fato de o íon ter uma maior energia Devido ao fato de o íon ter uma maior energia

ele será quimicamente reativo.ele será quimicamente reativo.O elétron livre sofrerá diversas colisões, até que O elétron livre sofrerá diversas colisões, até que

seja parado e recolocado em algum átomo do seja parado e recolocado em algum átomo do meio.meio.

Enquanto tiver energia esse elétron poderá Enquanto tiver energia esse elétron poderá provocar a quebra de várias outras ligações provocar a quebra de várias outras ligações químicas, formando novos íons.químicas, formando novos íons.

TIPOS DE RADIAÇÃO TIPOS DE RADIAÇÃO IONIZANTESIONIZANTES

RADIAÇÕES RADIAÇÕES ELETROMAGNÉTICASELETROMAGNÉTICAS

SEM MASSA E SEM CARGA

NÃO SÃO DESVIADAS POR CAMPO MAGNÉTICO

ALTO PODER DE PENETRAÇÃO NA MATÉRIA

Exemplos: Raios X e Raios Gama.

RADIAÇÕES RADIAÇÕES CORPUSCULARESCORPUSCULARES

NÚCLEO DE HÉLIO = 2 PROTONS + 2 NEUTRONS CARGA POSITIVA

• PARTÍCULA ALFA (PARTÍCULA ALFA (αα))

• PARTÍCULAPARTÍCULA BETA (BETA (ββ))

ELÉTRON COM CARGA NEGATIVA

MASSA 1/7000 DA PARTÍCULA ALFA

DESVIADAS POR CAMPO MAGNÉTICO

ALTA IONIZAÇÃO ESPECÍFICA

Interação com partículas carregadasInteração com partículas carregadasPesadas Pesadas α, α, ββ, etc, etcLeves eLeves e±±

Partículas pesadas tem menor velocidade que um Partículas pesadas tem menor velocidade que um elétron de mesma energia, portanto ionizarão um elétron de mesma energia, portanto ionizarão um número maior de átomos ao longo de seu número maior de átomos ao longo de seu percurso que será aproximadamente linear.percurso que será aproximadamente linear.

MMODELO ATÔMICO de ODELO ATÔMICO de BOHRBOHRMMODELO ATÔMICO de ODELO ATÔMICO de BOHRBOHR

Os elétrons descrevem ao redor do núcleo órbitas circulares com energia fixa, são as chamadas órbitas estacionárias.

Os elétrons descrevem ao redor do núcleo órbitas circulares com energia fixa, são as chamadas órbitas estacionárias.

Nas órbitas estacionárias os elétrons não emitem energia.

Nas órbitas estacionárias os elétrons não emitem energia.

Quando um elétron recebe energia ele muda de órbita, afastando-se do núcleo. Na volta à órbita original, essa energia é devolvida ao meio.

Quando um elétron recebe energia ele muda de órbita, afastando-se do núcleo. Na volta à órbita original, essa energia é devolvida ao meio.

1

2

3

•ÁTOMO DE HIDROGÊNIOÁTOMO DE HIDROGÊNIO•ÁTOMO DE HIDROGÊNIOÁTOMO DE HIDROGÊNIO

E = - 13,6 eV

E = - 3,4 eV

E = - 1,5 eV

E = - 0,7 eV

Núcleo

1HH1,00Hidrogênio

1HH1,00Hidrogênio

ÓrbitasEstacionárias

n = 1n = 1

n = 2n = 2

n = 3n = 3

n = 4n = 4

1 eV = 1,6 x 10-19 j

e

Energia fixa das órbitas

eeeee

Nas órbitas estacionárias os

elétrons não emitem energia.

Nas órbitas estacionárias os

elétrons não emitem energia.

e

Afastando-seAfastando-se do do núcleo o elétron núcleo o elétron absorveabsorve energia energia

(recebe) (recebe)

Afastando-seAfastando-se do do núcleo o elétron núcleo o elétron absorveabsorve energia energia

(recebe) (recebe)

ABSORVEABSORVEenergiaenergia

eeeeeeeeeeeVoltando Voltando à à

órbita original o órbita original o élétron élétron emiteemite

energiaenergia

Voltando Voltando à à órbita original o órbita original o élétron élétron emiteemite

energiaenergia

EMITEEMITEenergiaenergia

•ENERGIA ABSORVIDA OU EMITIDAENERGIA ABSORVIDA OU EMITIDA•ENERGIA ABSORVIDA OU EMITIDAENERGIA ABSORVIDA OU EMITIDA

E = - 13,6 eV

E = - 3,4 eV

E = - 1,5 eV

E = - 0,7 eV

Núcleo

1HH1,00Hidrogênio

1HH1,00Hidrogênio

n = 1n = 1

n = 2n = 2

n = 3n = 3

n = 4n = 4

eeeeee

e

ee

e

e

EMITEEMITEenergiaenergia

EEEmitidaEmitida = E = EFinalFinal - E - EInicialInicial

E = E = - 1,5 -- ( (- 0,7))E = - 1,5 + 0,7E = - 1,5 + 0,7

E = E = -- 0,8 eV 0,8 eV

EERecebidaRecebida = E = EFinalFinal - E - EInicialInicial

E = E = - 3,4 -- ( (-13,6))E = - 3,4 + 13,6E = - 3,4 + 13,6

E = E = ++ 10,2 eV 10,2 eVABSORVEABSORVE

energiaenergia

e

Interação com raios X e Interação com raios X e γγ Raios Raios γγ são radiações eletromagnéticas que são radiações eletromagnéticas que

acompanham transições nucleares.acompanham transições nucleares.

Raios X são radiações eletromagnéticas que Raios X são radiações eletromagnéticas que acompanham transições eletrônicas. acompanham transições eletrônicas.

• Principais processos de interaçãoPrincipais processos de interação1.1. Efeito fotoelétricoEfeito fotoelétrico

2.2. Efeito ComptonEfeito Compton

3.3. Produção de paresProdução de pares

kbjljkljl lkbjljkljl l19/06/1519/06/15

Certos metais, ao sofrerem a incidência de um feixe luminoso originam a emissão de elétrons.

Placa metálica

Luz incidente

© elétron

e ee ee e e

e e e ee

1. EFEITO FOTOELÉTRICO1. EFEITO FOTOELÉTRICO

LuzLuz

• Efeito FotoelétricoEfeito Fotoelétrico• Efeito FotoelétricoEfeito Fotoelétrico Para cada material existe uma freqüência mínimafreqüência mínima de luz, chamada freqüência limiar para que os elétrons sejam arrancados.

fóton©f1

E1

I1

f2

E2

I2

f1 < f2

E1 < E2

I1 = I2

f1 < f2

E1 < E2

I1 = I2

EFÓTON = 30 JE (W) = 20 JEELÉTRON= 10 J

EFÓTON = 30 JE (W) = 20 JEELÉTRON= 10 J

O elétron não foi arrancado.O elétron não foi arrancado.

E

F

E = 30 JE = 10 J Para se poder arrancar Para se poder arrancar

um elétron do metal é um elétron do metal é necessário realizar o necessário realizar o trabalho de arranque Wtrabalho de arranque W. . Portanto, a energia de um Portanto, a energia de um quantumquantum deve ser superior deve ser superior a este trabalho.a este trabalho.

Para se poder arrancar Para se poder arrancar um elétron do metal é um elétron do metal é necessário realizar o necessário realizar o trabalho de arranque Wtrabalho de arranque W. . Portanto, a energia de um Portanto, a energia de um quantumquantum deve ser superior deve ser superior a este trabalho.a este trabalho.

• Efeito FotoelétricoEfeito Fotoelétrico• Efeito FotoelétricoEfeito Fotoelétrico A energiaenergia dos elétrons é diretamente proporcional a freqüênciafreqüência da luz incidente, não dependendo da intensidade da mesma.

© f2

E2

I2

EFÓTON = 30 JE (W) = 20 JEELÉTRON= 10 J

EFÓTON = 30 JE (W) = 20 JEELÉTRON= 10 J

f3

E3

I3

EFÓTON = 50 JE (W) = 20 JEELÉTRON= 30 J

EFÓTON = 50 JE (W) = 20 JEELÉTRON= 30 J

©

f2 < f3

E2 < E3

I2 = I3

f2 < f3

E2 < E3

I2 = I3

• Efeito FotoelétricoEfeito Fotoelétrico• Efeito FotoelétricoEfeito Fotoelétrico O número de elétronsnúmero de elétrons arrancados depende da intensidadeintensidade da luz incidente, não dependendo da energia ou freqüência da mesma.

f3

E3

I3

©

EFÓTON = 50 JE (W) = 20 JEELÉTRON= 30 J

EFÓTON = 50 JE (W) = 20 JEELÉTRON= 30 J

© © ©

f3 = f4

E3 = E4

I3 < I4

f3 = f4

E3 = E4

I3 < I4

f4

E4

I4

OBS.:OBS.:

E ELÉTRONS α ff no ELÉTRONS II E ELÉTRONS α ff no ELÉTRONS II

Aplicação prática do Efeito FotoelétricoAplicação prática do Efeito Fotoelétrico

• RELÉ FOTOELÉTRICORELÉ FOTOELÉTRICO• RELÉ FOTOELÉTRICORELÉ FOTOELÉTRICO

VV = 110 V

NOITE

VV = 110 VVV = 110 V

DIA

O efeito fotoelétrico O efeito fotoelétrico mostra o caráter mostra o caráter corpuscular da luz.corpuscular da luz.

O efeito fotoelétrico O efeito fotoelétrico mostra o caráter mostra o caráter corpuscular da luz.corpuscular da luz.

Energia e Quantidade de Energia e Quantidade de Movimento de um FótonMovimento de um FótonEnergia e Quantidade de Energia e Quantidade de Movimento de um FótonMovimento de um Fóton

De acordo com Marx PlanckMarx Planck, físico que formulou a teoria quântica, cada fótonfóton (quantum) transporta energia proporcional a freqüência da onda.

E = h x f h = constante de Plank

E = m x c2

EQUAÇÃO DE EINSTEINEQUAÇÃO DE EINSTEINEQUAÇÃO DE EINSTEINEQUAÇÃO DE EINSTEIN

c = velocidade da luz no vácuo

m = massac = 3 x 108 m/s

h = 6,6 x 10-34J.s

m m .. cc22 = h = h .. f f

m m .. c c .. c = h c = h .. f f

p p .. c = h c = h .. f f

m m .. cc22 = h = h .. f f

m m .. c c .. c = h c = h .. f f

p p .. c = h c = h .. f f

pp = =

h h .. f f

cc

pp = =

h h .. f f

cc

pp = =

h h .. f f

λλ . . ff

pp = =

h h .. f f

λλ . . ff

pp = =

h h

λλpp

= = h h

λλ

Energia e Quantidade de Energia e Quantidade de Movimento de um FótonMovimento de um FótonEnergia e Quantidade de Energia e Quantidade de Movimento de um FótonMovimento de um Fóton

m m .. cc22 = h = h .. f f

m m .. c c .. c = h c = h .. f f

p p .. c = h c = h .. F F

m m .. cc22 = h = h .. f f

m m .. c c .. c = h c = h .. f f

p p .. c = h c = h .. F Fpp

= = h h .. f f

ccpp

= = h h .. f f

λλ . . ffpp

= = h h

λλp = quantidade de movimento

ou momento linear.

IMPORTANTE !

p

λλ

EE αα ff

pp αα ff

E E αα 11 λλ

p p αα 11 λλ

NATUREZA DUAL DA LUZNATUREZA DUAL DA LUZNATUREZA DUAL DA LUZNATUREZA DUAL DA LUZ

• DUALIDADE DE ONDA - PARTÍCULADUALIDADE DE ONDA - PARTÍCULA • DUALIDADE DE ONDA - PARTÍCULADUALIDADE DE ONDA - PARTÍCULA

Em determinados fenômenos a luz se compara como se tivesse natureza ondulatória e em outros, natureza de

partícula e daí incidir na superfície de um metal, provocando a emissão de fotoelétrons.

Em determinados fenômenos a luz se compara como se tivesse natureza ondulatória e em outros, natureza de

partícula e daí incidir na superfície de um metal, provocando a emissão de fotoelétrons.

Modernamente as teorias físicas propõem para a luz tanto natureza ondulatória (onda eletromagnética) quanto

a natureza corpuscular (fóton).

Modernamente as teorias físicas propõem para a luz tanto natureza ondulatória (onda eletromagnética) quanto

a natureza corpuscular (fóton).