TEO 5:INTRODUÇÃO A RADIOPROTEÇÃO

Apresentação em tema: "TEO 5:INTRODUÇÃO A RADIOPROTEÇÃO"— Transcrição da apresentação:

1 TEO 5:INTRODUÇÃO A RADIOPROTEÇÃO
E DOSIMETRIA O MODELO ATÔMICO aula 2/3 1.1- Introdução 1.2 - O modelo atômico Estrutura atômica Os Raios X

2 1.1- Introdução Leucipo e Democrito Rutherford Espectroscopia “Grande parte do nosso conhecimento a respeito da física atômica e molecular, da química e da biologia molecular, baseia-se em estudos espectroscópicos.”

3 No renascimento, redescoberta dos escritos greco-latinos
Leucipo e Democritus: a materia só pode ser dividida até sua menor parte: O Átomo

4 A necessidade de se invocar um comportamento corpuscular da matéria surge somente no fim do Sec 18 com as leis químicas: Proust ( ): Leis das proporções constantes : um determinado composto químico é sempre formado pelos mesmos elementos químicos combinados sempre na mesma proporção em massa Dalton ( ) Lei das proporções múltiplas: as massas de um elemento químico que se combinam com uma massa fixa de um segundo elemento, para formar um composto diferente, estão entre si, numa mesma proporção de números inteiros

5 “Quando as substâncias naturais se combinam, o fazem como entidades discretas ou átomos.”
Contribuição da Química do século XIX: Determinação do peso atômico dos elementos Investigação das reações Químicas

6 1.2 - O modelo atômico 1.2.1 Espectroscopia Um particular avanço para a física atômica e molecular foi alcançado em 1879 com o trabalho de Livering e Dewar, no qual são descritas longas séries no espectro dos átomos de metais alcalinos.

7 Porém, somente em 1895, com o trabalho de Balmer, foi proposta uma forma analítica para descrever as séries de linhas observadas nos espectros atômicos de absorção e emissão (1)

8 Hartley Observou para os espectros do Mg, Zn e Cd que o deslocamento nas séries dos multipletos tinha o mesmo número de onda (2) Rydberg Observou que os espectros de linhas dos diferentes átomos poderiam ser relacionados através de uma constante universal: (3)

9 n2 n1 Série Região 1 2,3,... Lyman UV 2 3,4,... Balmer UV-V 3 4,5,... Paschem IV 4 5,6,... Brachett 5 6,7,... Pfund

10 O modelo de Thomson

11 O modelo de Rutherford As cargas positivas concentradas em um ponto massivo central, chamado núcleo, e os elétrons (negativos) situados em pontos remotos afastados cerca de 1 A do núcleo. e 1A Validade Experimental: Geiger & Marsden Questionamento: Como manter um elétron afastado do núcleo a despeito de uma força eletrostática atrativa ? Como confinarcargas positivas nonúcleo?

12 O modelo de Bohr Os questionamentos levantados no modelo de Rutherford, e o significado de “n” na equação de Rydberg, só foram entendidas a partir do modelo para o átomo de hidrogênio: Bhor em 1913. Um elétron de carga –e e massa m descreve órbita circular ao redor do núcleo de carga Ze, obedecendo as leis de Newton (4) Quantização do momento angular (5)

13 Combinando as eq. 4 e 5 encontramos uma expressão para o raio da órbita atômica.
(6) O tamanho da órbita aumenta com o quadrado do número quântico principal A energia de cada estado é obtida pela adição da energia cinética e potencial. (7)

14 As freqüências da transação permitidas são as diferenças de energia dadas por
(8) Comparando com a equação de Rydberg (9)

15 Pela primeira vez tem-se uma teoria pela qual se encontra a equação de Rydberg
Classicamente, o modelo usado para descrever o átomo é o de um sistema solar em miniatura “Vantagens e desvantagens” do modelo de Bhor para o Átomo de Hidrogênio: Elétrons descrevem órbitas circulares e obedecem a mec. Newtoniana Quantização do Momento Angular L Explicação para as linhas de espectro Problemas: Não explica absorção e emissão de fótons Não pode ser generalizado muitos elétrons Não fornece uma previsão correta para o magnetismo do hidrogênio Considera o elétron como uma partícula clássica localizada – incompatível coma equação de Schrödinger.

16 Refinamento: Modelo de Sommerfeld
Núcleo e elétron se movem em relação ao centro de massa. Considera-se a massa reduzida do sistema elétron-proton. Além de orbitas circulares existem órbitas elípticas penetrantes Para qualquer sistema físico no qual as coordenadas são função periódicas do tempo existe uma condição quântica para cada coordenada.

17 Estrutura atômica Vamos partir da quantização do momento angular:

18 Notação de números quânticos:
As funções de onda são determinadas pelos valores de 3 números quânticos Para cada nível de energia En existe mais de um estado distinto com a mesma energia, porém números quânticos diferentes: degenerescência n l ml Notação espectroscópica Camada 1 1s K 2 -1,0,1 2s 2p L 3 ... -2,-1,0,1,2 3s 3p 3d M n = 1 n = 2 n = 3 n = 4 ... Camada K Camada L Camada M Camada N l = 0 l = 1 l = 2 l = 3 l = 4 Estado s Estado p Estado d Estado f Estado g

19 X Li Ocupação das camadas: N = 4 A – número de massa: A= Z+N
K L M N O P Q 2 8 18 32 Átomo de Hidrogênio: 1 elétron na camada K Átomo de Carbono: 2 elétron na camada K 4 elétrons na camada L – ocupação incompleta total: 6 elétrons O átomo será indicado pelo seu núcleo identificado pelo símbolo do elemento: H – Hidrogênio C – Carbono O – Oxigênio Cs – Césio U – Urânio A – número de massa: A= Z+N Z – numero de prótons – número atômico X A Z A Para elementos neutros: Z = 1 a Z = 92 Para elementos artificiais: Z = (plutônio) Z = (Neptúnio) Li 7 3 A = 7 Z = 3 N = 4

20 Os Raios X Descoberto por W. C. Röntingen (1845 – 1923) em São produzidos quando um feixe de elétrons de alta energia, acelerados por uma diferença de potencial de alguns kV é bruscamente desacelerado ao atingir um alvo. Propriedades: Polarização Interferência Difração

21 A maior parte dos elétrons perde energia cinética sob a forma de calor, através de colisões múltiplas. Por outro lado, uma pequena parte atinge o alvo sem sofrer colisões : O fóton mais energético é produzido quando toda energia cinética do elétron é usada para produzir um foton

22 Espectro de emissão de raios X : Espectro contínuo
Ao analisarmos o espectro da emissão dos raios – X, a partir de um álvo de Tungstênio, observamos que existe um comprimento de onda mínimo bem definido que só depende de V

23 Raio – X caracterísitico
Por causa da elevada tensão aceleradora, os elétrons incidentes podem: excitar elétrons nos átomos do alvo; (ii) ejetar elétrons rigidamente ligados aos núcleos dos átomos. O espectro característico de raios X corresponde a transições envolvendo camadas internas de um átomo complexo Enquanto o processo de excitação dará origem à emissão de fótons na região óptica  do espectro eletromagnético. Por outro lado, quando elétrons mais próximos ao núcleo são ejetados, o preenchimento subsequente dos estados vagos dá origem a radiação emitida na região de raios-X do espectro eletromagnético

24 Os elétrons mais internos poderiam ser das camadas K-, L- ou M
Os elétrons mais internos poderiam ser das camadas K-, L- ou M. Se um destes elétrons é removido, por exemplo da camada K (n = 1), elétrons de estados de energia superiores, ao preencherem as vacâncias nos estados da camada K, produzem uma série de linhas denotadas como  Transições para a camada L resultam na série L e aqueles para a camada M dão origem à série M e assim por diante. Uma vez que os elétrons orbitais têm níveis de energia definidos, os fótons de raios-X emitidos também o terão. O espectro de emissão tem linhas nítidas características do elemento do alvo. Observe que as séries L, M acima, são compostas de um número de linhas mais próximas umas das outras, devido a interação spin-órbita. Nem todas as transições são permitidas. São permitidas apenas as transições que satisfaçam a seguinte regra de seleção:

25 H.G.J. Moseley

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