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PROTEÇÃO RADIOLÓGICA
CONCEITOS BÁSICOS
INTRODUÇÃO

Tecnólogo Nathanael Mel. Brancaglione
Disciplina: Proteção Radiológica
Curso Técnico em Radiologia Médica
COLÉGIO TÉCNICO RENASCER-2013
PROTEÇÃO RADIOLÓGICA CONCEITOS
BÁSICOS
INTRODUÇÃO: A importância da Radioproteção aos
profissionais da Radiologia
Introdução a Física das Radiações
Conceitos Básicos da Radioproteção
Email: nbrancaglione@gmail.com
A importância da Radioproteção aos profissionais da
Radiologia
 Para os profissionais que atuam na área de radiologia médica, é de
extrema importância o conhecimento sobre radioproteção.
 A radioproteção tem a finalidade de fornecer condições seguras para
atividades que envolvam radiações ionizantes.
 Condições básicas de segurança devem ser observadas no exercício
profissional.
A importância da Radioproteção aos profissionais da
Radiologia
• Historicamente sabe-se que logo após Wilhelm Conrad
Röntgen descobrir os raios-x, em 8 de novembro de 1895
• Os raios-x foram utilizados, até surgirem os seus primeiros
efeitos danosos e verificar-se a necessidade de estudos
mais aprofundado sobre os raios de Röntgen.
Breve Histórico
•A radiobiologia surgiu para estudar aqueles efeitos, e trazendo à luz da
ciência os efeitos determinísticos, estocásticos e o risco fetal.
•A partir desse conhecimento fez-se necessário criar princípios de
proteção radiológica.
•Já os princípios de radioproteção fornecem diretrizes básicas para as
atividades operacionais que utilizam radiação ionizante.
•São eles:
•Justificativa, Otimização e Limitação da dose, todos baseados no
princípio fundamental conhecido como ALARA acrômio para As Low
As reasonable Achievable, que significa: tão baixo quanto
possivelmente exeqüível.
Breve Histórico
• Em consonância com esses princípios (ALARA), desenvolveram se
formas de radioproteção baseadas no:
• Tempo de exposição,
• Distância da fonte de radiação e
• Blindagem com a finalidade de reduzir ao máximo os efeitos
deletérios da radiação.
Breve Histórico
Comissões Internacionais

• ICRU (“International Commission on radiological Units and Measurements”)
• Criado em 1925, este órgão propõe grandezas e unidades relacionadas aos níveis
de radiação estabelecidos e recomenda procedimentos para sua medição.

•ICRP (“International Commission on Radiological Protection”)
•Criado em 1928, este órgão estabelece limites de dose e princípios
básicos para proteção contra a radiação.
Fis.Roberta Giglioti - CNEN MN 1159
Breve Histórico
Comissões Nacionais
CNEN – Comissão Nacional de Energia Nuclear:
CNEN NN 3.01- “Diretrizes e Básicas de Proteção
Radiológica” Janeiro de 2006 (primeira versão de
dezembro de 1988). g

Radiodiagnóstico Médico e Odontológico

ANVISA – Agência Nacional de Vigilância Sanitária:
PORTARIA 453 de 1 de Junho de 1998
Resolução RE 1016 de 3 de abril de 2006
Fis.Roberta Giglioti - CNEN MN 1159
Introdução a Física das Radiações
Breve Histórico
Breve Histórico
Demócrito de Abdera
• Foi discípulo e depois sucessor de Leucipo de Mileto
• Segundo eles, cada substância possuía seu tipo de átomo e este variava de acordo
com as propriedades da mesma. Por exemplo, uma substância no estado líquido
teria átomos arredondados (por isso, escoavam) e no estado sólido se apresentaria
como átomos pontiagudos. E mais! Acreditavam que os átomos eram
eternos(SOUZA, 2011). .
John Dalton
• Primeiro modelo atômico experimental:
• John Dalton (6 de Setembro de 1766 Manchester, 27
de Julho de 1844), foi um químico, meteorologista e
físico inglês.
• Foi um dos primeiros cientistas a defender que a
matéria é feita de pequenas partículas, os átomos.
• É
também
um
dos
pioneiros
na
meteorologia, iniciando suas observações em 1787
com instrumentos confeccionados por ele mesmo e
publicando, seis anos mais tarde, o livro
Meteorological Observations and Essays (Observações
e Ensaios Meteorológicos),
CINCO PONTOS PRINCIPAIS DA
TEORIA ATÔMICA DALTON
• i. Elementos são feitas de partículas minúsculas chamadas átomos.
• ii. Todos os átomos de um dado elemento são idênticos.
• iii. Os átomos de um dado elemento são diferentes das de qualquer
outro elemento; os átomos de diferentes elementos podem ser
distinguidos uns dos outros por seus respectivos pesos relativos.
• iv. Átomos de um elemento podem combinar com átomos de outros
elementos para formar compostos; um determinado composto tem
sempre a mesma relação do número de tipos de átomos.
• v. Átomos não podem ser criados, divididos em pequenas
partículas, nem destruídos no processo químico; uma reação
química simplesmente muda a forma como átomos são agrupados.
Teoria de John Dalton

Segundo John Dalton, o átomo tinha forma de
bola, como se fosse uma bola de sinuca.
Joseph John Thomson
• O britânico Joseph John Thomson descobriu os elétrons em 1897
por meio de experimentos envolvendo raios catódicos em tubos de
crookes.
• O tubo de crookes consiste-se em uma ampola que contém apenas
vácuo e um dispositivo elétrico que faz os elétrons de qualquer
material condutor saltar e formar feixes, que são os próprios raios
catódicos
Joseph John Thomson
• O Modelo atômico de Thomson (1897) propunha então que se o átomo não fosse
maciço (como havia afirmado John Dalton), mas sim um fluido com carga
positiva (homogêneo e quase esférico) no qual estavam dispersos (de maneira
homogênea) os elétrons. Podemos fazer a analogia desse modelo atômico com um
"Panetone" ou com um pudim recheado de uvas passas, em que a massa do
panetone seria positiva e as passas seriam as partículas negativas (PEREIRA,
2010).
Ernest Rutherford
Rutherford estudou matemática e física no Canterbury

• Ernest
College, em
Christchurch e com o auxílio de uma bolsa de estudo, ingressou em 1895 no
Cavendish Laboratory, em Cambridge. Foi professor de física e química na McGill
University (Canadá), de 1898 a 1907 e na Manchester University (Inglaterra), de
1907 a 1919. Em 1919, sucedeu J. J. Thomson na direcção do Cavendish Laboratory
cargo que exerceu até ao resto da sua vida e onde realizou importantes
investigações.
• Atualmente considerado o fundador da Física Nuclear, Rutherford introduziu o
conceito de núcleo atômico ao investigar a dispersão das partículas alfa por folhas
delgadas de metal.
• Rutherford verificou que a grande maioria das partículas atravessava a folha sem se
desviar e concluiu, com base nessas observações e em cálculos, que os átomos de
ouro e, por extensão, quaisquer átomos eram estruturas praticamente vazias, e não
esferas maciças. Rutherford também descobriu a existência dos prótons, as
partículas com carga positiva que se encontram no núcleo. (LOURENÇO, 2008)
http://imperialquimica.blogspot.com.br/2010/11/modelo-atomico.html

Ernest Rutherford (1871 - 1937)
Ernest Rutherford
• Baseando-se no modelo do sistema solar, onde os planetas giram em
torno do Sol, Rutherford propôs um modelo semelhante para o
átomo de hidrogênio. Para ele, os elétrons possuíam cargas
negativas; enquanto no núcleo se encontravam as cargas
positivas, (SILVA, 2010).
BR:official&client=firefox-a&um=1&ie=UTF-8&hl=ptBR&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi&ei=dSSxUJC_LqaZ0QH6vYDgDg&biw=1024&bih=616&sei=fCSxUILdCMS20AH0zYDICw

https://www.google.com.br/search?q=utilizando+a+teoria+de+Max+Planck+%281858-1947%29&oe=utf-8&aq=t&rls=org.mozilla:pt-

Niels Bohr (1885-1962)
Utilizando a teoria de Max Planck (1858-1947)
http://www.descobrindoaquimica.xpg.com.br/index_arquivos/modelobohr.htm

1° POSTULADO DE BHOR
• Os elétrons orbitam o núcleo atômico em orbitas circulares, tais
orbitas são como camadas ou níveis ao redor do núcleo, chamando
assim a mais próxima do núcleo pela letra K, a segunda pela letra L e
assim sucessivamente para as demais camadas.

•

Somente órbitas de certos
raios, correspondendo a certas
energias definidas, são permitidas
para os elétrons em um átomo.
http://www.descobrindoaquimica.xpg.com.br/index_arquivos/modelobohr.htm

2° Postulado de Bohr
• Energia total do elétron (cinética e potencial) não pode apresentar
valor algum e sim, valores múltiplos de um quantum.

•

•

Um elétron em certa órbita
permitida tem certa energia
específica e está em um estado de
energia permitido.
Um elétron em estado de energia
permitido não irradiará energia
e, portanto, não se moverá em
forma de espiral em direção ao
núcleo.
http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo_de_Bohr

3° Postulado de Bohr
• Quando ocorre o salto de um elétron entre órbitas, a diferença de
energia é emitida (ou suprida) por um simples quantum de luz
(também chamado de fóton), que tem energia exatamente igual à
diferença de energia entre as órbitas em questão. Energia total do
elétron (cinética e potencial) não pode apresentar valor qualquer e
sim, valores múltiplos de um quantum. As órbitas permitidas
dependem de valores quantizados (bem definidos).

•

A energia só é emitida ou
absorvida por um elétron quando
ele muda de um estado de energia
permitido para outro. Essa energia
é emitida ou absorvida como
fóton., E = h.v
http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/modelosatomicos/modelo_bohr.html

1- POSTULADO DOS NÍVEIS DE
ENERGIA:
Em um átomo, um elétron só pode ter certos
valores de energia, que são chamados de níveis de
energia. Bohr calculou as energias correspondentes
a cada órbita permitida. Essas energias
encaixavam-se na seguinte fórmula.

E=Rh/n². onde:
n= 1, 2, 3 etc. para o átomo de Hidrogênio.
Onde Rh é uma constante (expressa em unidades
de energia) valendo -2,179x10 -18 J.
http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/modelosatomicos/modelo_bohr.html

2° POTULADO DE BOHR
• As transições entre os níveis de energia de um elétron, num
átomo, só podem alterar a sua energia passando de um nível de
energia ao outro. Esta passagem é chamada de transição.
• Neste modelo, explica-se a emissão de luz pelos átomos para dar um
espectro descontínuo de raias como segue:
• Um elétron, num nível de energia elevada (nível inicial de energia Ei
) sofre uma transição para outro nível de energia mais baixa (nível
de energia final Ef ).
• Neste processo, o elétron perde energia que é emitida como um
fóton. Em outras palavras, a energia final do elétron mais a energia
do fóton é igual à energia inicial do elétron (pela lei da conservação
da energia):
http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/modelosatomicos/modelo_bohr.html

2° POTULADO DE BOHR

Onde: ν = freqüência da onda eletromagnética (fóton)
Quando reordenamos esta expressão vem:
Órbitas de Bohr para o
átomo de hidrogênio
Segundo postulado de Bohr.
Um átomo irradia energia quando um elétron salta de
uma órbita de maior energia para uma de menor energia.
O comprimento de onda guarda relação com a energia. Os menores
comprimentos de onda de luz significam vibrações mais rápidas e maior
energia.

A linha vermelha no espectro atômico é
causada por elétrons saltando
da terceira órbita para a segunda órbita
http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/modelosatomicos/modelo_bohr.html

BASEADO NO SEU MODELO
• O elétron deverá liberar energia para retornar ao
nível de origem, sendo esta energia emitida em
forma de ondas eletromagnéticas, a mesma energia
será absorvida para retornar ao nível de
origem, (luz visível ou ultravioleta)
A linha verde-azulada no espectro atômico é
causada

por

elétrons

saltando

da quarta para a segunda órbita.

A linha azul no espectro atômico é causada
por
elétrons
saltando
da quinta para a segunda órbita

A linha violeta mais brilhante no espectro
atômico é causada por elétrons saltando

da sexta para a segunda órbita.
BOHR
• LUZ
• É uma onda eletromagnética se propaga no vácuo e
possui perturbações oscilante. dentro do campo
visível do olho. Definida como V= L.F
• v: velocidade
• Lambida: comprimento de onda
• f: freqüência
http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/modelosatomicos/modelo_bohr.html

2° POTULADO DE BOHR
• Bohr usou o conceito de fóton de Einstein para
explicar o espectro de emissão dos átomos.
• Substituindo os valores dos níveis de energia no
átomo de hidrogênio, que havia deduzido, na
equação anterior, Bohr reduziu exatamente a
fórmula de Balmer.
• Além disso, pôde prever todas as raias do espectro
do átomo de hidrogênio no infravermelho e no
ultravioleta.
http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/modelosatomicos/modelo_bohr.html

O QUE É SÉRIE DE
BALMER?
http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/modelosatomicos/modelo_bohr.html

BASEADO NO SEU MODELO
 Bohr conseguiu calcular a velocidade do elétron em
cada orbita com a equação:
 V= 2.18x10 exp 6 ms / pelo numero da orbita 1,2,3,4
etc...
 Calculou também os níveis de ENERGIA para camada
permitida dos níveis de HIDROGÊNIO com a
equação -13.6/n²
 Para que um elétron salte de um estado fundamental e
vá ao 1 excitado ele precisa ganhar energia
exatamente igual a necessária de acordo com a 2n² ex:
10,2 eV.
http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/modelosatomicos/modelo_bohr.html

Postulados 1 e 2 somente para Hidrogênio
• Os postulados 1 e 2 continuam a valer para os
outros átomos além do hidrogênio, mas os níveis
de energia não se obtêm por fórmulas simples.
• Se os comprimentos de onda da luz emitida pelo
átomo forem conhecidos, será possível relacionálos com a freqüência dos fótons e então determinar
as diferenças dos níveis de energia dos átomos.
Estes
níveis
foram
determinados
experimentalmente por espectroscopia.
O aperfeiçoamento do modelo de Bohr
• Um primeiro ajuste foi proposto em 1916, pelo físico
e matemático alemão Arnold Sommerfeld.
• Análises espectroscópicas refinadas mostraram que as
linhas espectrais não são simples. Elas apresentam o
que é chamado de estrutura fina isto é, consistem em
várias linhas componentes que ficam bem próximas.
Isso indicava que para um mesmo estado estacionário
de energia, níveis de energia deveriam existir subníveis de energia (ALMEIDA, BEZERRA, et al.,
2011).
O aperfeiçoamento do modelo de Bohr
Sommerfeld propôs que em vez de descrever órbitas circulares, os elétrons descreveriam
órbitas elípticas e o núcleo do átomo estaria localizado num dos focos da elipse. Em seu
tratamento matemático, ele concluiu que em uma camada eletrônica havia uma órbita
circular e (n -1) órbitas elípticas, em que n é o número de camadas. O elétron teria uma
quantidade de energia determinada pela distância que tem do núcleo e outra, pelo tipo de
órbita descrita. Esse novo modelo ficou conhecido como Bohr – Sommerfel
(ALMEIDA, BEZERRA, et al., 2011)
Dualidades onda partícula da material
• Um dos problemas que os físicos enfrentavam era o fato do comportamento da luz
poder ser explicado tanto por uma teoria ondulatória como por outra que a
considerava uma partícula.
• Afinal a luz é uma onda ou uma partícula?
• O que parecia óbvio era que para explicar os fenômenos de difração e
interferência da luz devia-se levar em conta o modelo ondulatório, e para explicar
o efeito fotoelétrico tinha de ser levado em conta o modelo de fóton. Bohr em seus
estudos, já havia considerado que um modelo era complementar ao outro e ambos
deveriam ser considerados no estudo quântico.
• Essa idéia foi ampliada, em 1924, por Louis De Broglie que propôs que não
apenas os fótons apresentam características de onda e de partícula, mas sim todas
as formas de matéria.
• De Broglie sugeriu que toda partícula está associada a um comprimento de onda
l(Lambida),
que
poderia
ser
determinado
pela
equação:(ALMEIDA, BEZERRA, et al., 2011)
•
Dualidades onda partícula da material
Com essa equação, De Broglie representava sua hipótese da natureza
dual da matéria. O caráter ondulatório estaria representado pelo
comprimento de onda lambida e o caráter corpuscular, pela
quantidade de movimento m. v. Até aquela época ainda não havia
dados experimentais que demonstrassem a natureza dual dos
elétrons, mas após a hipótese de De Broglie dois físicos norteamericanos
O Princípio da Incerteza Heisenberg
• O desenvolvimento desse novo modelo deve-se a várias
cientistas, dentre eles o francês De Broglie e o alemão
Heisenberg.
• Em 1926, Werner Karl Heisenberg demonstrou, usando os
conceitos quânticos (mecânica quântica), que é impossível
determinar, simultaneamente, com absoluta precisão, a
velocidade e a posição de um elétron em um átomo.
• Este
princípio,
conhecido
por
Princípio
da
Incerteza, estabelece que, quanto mais precisamente
conhecemos a posição do elétron, menos precisamente
conhecemos a sua velocidade
O Princípio da Incerteza Heisenberg
• De acordo com o Princípio da Incerteza, não se pode afirmar que
exista uma órbita definida para o elétron. O mais adequado é
considerar
que
existam
regiões,
denominadas
orbitais, considerados nuvens, em torno do núcleo onde é
máxima a probabilidade de se encontrar um elétron
(ALMEIDA, BEZERRA, et al., 2011).
• Se quer determinar a posição do elétron, é necessário que a
radiação tenha comprimento de onda da ordem da incerteza com
que se quer determinar a posição. Neste caso, quanto menor for o
comprimento de onda (maior freqüência) maior é a precisão.
Contudo, maior será a energia cedida pela radiação (onda ou
fóton) em virtude da relação de Planck entre energia e freqüência
da radiação (WIKIPEDIA, 2012).
• E=h.v
Função da onde de Schodinger
• A equação de Schrödinger foi aperfeiçoada também pelo
físico norte-americano Paul Adrien Maurice Dirac.
• Nas soluções numéricas para a função de onda, proposta
por Dirac, ele incorporou números que identificam o nível
energético do elétron, denominados números quânticos.
• A caracterização de cada elétron no átomo é feita por meio
de quatro números quânticos: principal, secundário (ou
azimutal), magnético e spin. Sendo que num mesmo
átomo, não existem dois elétrons com os mesmos números
quânticos (ALMEIDA, BEZERRA, et al., 2011).
Trituradores de Átomos
• O nome próprio é portentoso: Grande Colisor Elétron-Pósitron. O
nome de família não é menos respeitável: super acelerador de
partículas. Trata-se do maior instrumento de pesquisa do mundo.
• Serve para estudar a vida íntima do átomo e a origem do Cosmo.
• Cerca de 100 metros abaixo do solo, na periferia da cidade de
Genebra, na Suíça, funciona o maior complexo científico já
construído no planeta.
• Na superfície, a paisagem da região de fronteira com a França é de
um sossegado cartão-postal de outros tempos: pequenos
bosques, pastagens e a cordilheira
• São os controladores do LEP, iniciais em inglês de Grande (Colisor)
Elétron-Pósitron, um túnel em formato de anel de 27 quilômetros de
circunferência e 7 metros de diâmetro (RIBEIRO, 2012).
Trituradores de Átomos
• Nesse proposital curso de colisão, milhares e milhares de partículas
e antipartículas, deslocando-se quase à velocidade da luz, acabam
por se aniquilar mutuamente, liberando energia equivalente à fissão
de quinhentos núcleos de átomos de urânio. Mas esse é apenas um
valor teórico: não se trata ali de experiências atômicas, ao menos no
sentido comum da expressão.
Estrutura do átomo como sabemos hoje
•De fato, com a ajuda dos aceleradores se descobriu que tudo o que existe rigorosamente tudo - é feito apenas de três famílias de partículas elementares
indivisíveis: quarks, léptons e bósons.
•Os quarks fazem os nêutrons e prótons no núcleo dos átomos.
•Os léptons fazem os elétrons, entre outras coisas.
•Os bósons formam uma classe especial de partículas mensageiras, responsáveis
pelas interações entre as outras famílias.
Estrutura do átomo como sabemos hoje
M.PLANCK
MADAME CURIE

A. EINSTEIN

H.A. LORENTZ

A.H.COMPTON
L.V. DE BROGLIE
N.BOHR

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Radioproteção: conceitos básicos e importância para profissionais da radiologia

  • 1. PROTEÇÃO RADIOLÓGICA CONCEITOS BÁSICOS INTRODUÇÃO Tecnólogo Nathanael Mel. Brancaglione Disciplina: Proteção Radiológica Curso Técnico em Radiologia Médica COLÉGIO TÉCNICO RENASCER-2013
  • 2. PROTEÇÃO RADIOLÓGICA CONCEITOS BÁSICOS INTRODUÇÃO: A importância da Radioproteção aos profissionais da Radiologia Introdução a Física das Radiações Conceitos Básicos da Radioproteção Email: nbrancaglione@gmail.com
  • 3. A importância da Radioproteção aos profissionais da Radiologia  Para os profissionais que atuam na área de radiologia médica, é de extrema importância o conhecimento sobre radioproteção.  A radioproteção tem a finalidade de fornecer condições seguras para atividades que envolvam radiações ionizantes.  Condições básicas de segurança devem ser observadas no exercício profissional.
  • 4. A importância da Radioproteção aos profissionais da Radiologia • Historicamente sabe-se que logo após Wilhelm Conrad Röntgen descobrir os raios-x, em 8 de novembro de 1895 • Os raios-x foram utilizados, até surgirem os seus primeiros efeitos danosos e verificar-se a necessidade de estudos mais aprofundado sobre os raios de Röntgen.
  • 5. Breve Histórico •A radiobiologia surgiu para estudar aqueles efeitos, e trazendo à luz da ciência os efeitos determinísticos, estocásticos e o risco fetal. •A partir desse conhecimento fez-se necessário criar princípios de proteção radiológica. •Já os princípios de radioproteção fornecem diretrizes básicas para as atividades operacionais que utilizam radiação ionizante. •São eles: •Justificativa, Otimização e Limitação da dose, todos baseados no princípio fundamental conhecido como ALARA acrômio para As Low As reasonable Achievable, que significa: tão baixo quanto possivelmente exeqüível.
  • 6. Breve Histórico • Em consonância com esses princípios (ALARA), desenvolveram se formas de radioproteção baseadas no: • Tempo de exposição, • Distância da fonte de radiação e • Blindagem com a finalidade de reduzir ao máximo os efeitos deletérios da radiação.
  • 7. Breve Histórico Comissões Internacionais • ICRU (“International Commission on radiological Units and Measurements”) • Criado em 1925, este órgão propõe grandezas e unidades relacionadas aos níveis de radiação estabelecidos e recomenda procedimentos para sua medição. •ICRP (“International Commission on Radiological Protection”) •Criado em 1928, este órgão estabelece limites de dose e princípios básicos para proteção contra a radiação. Fis.Roberta Giglioti - CNEN MN 1159
  • 8. Breve Histórico Comissões Nacionais CNEN – Comissão Nacional de Energia Nuclear: CNEN NN 3.01- “Diretrizes e Básicas de Proteção Radiológica” Janeiro de 2006 (primeira versão de dezembro de 1988). g Radiodiagnóstico Médico e Odontológico ANVISA – Agência Nacional de Vigilância Sanitária: PORTARIA 453 de 1 de Junho de 1998 Resolução RE 1016 de 3 de abril de 2006 Fis.Roberta Giglioti - CNEN MN 1159
  • 9. Introdução a Física das Radiações Breve Histórico
  • 11. Demócrito de Abdera • Foi discípulo e depois sucessor de Leucipo de Mileto • Segundo eles, cada substância possuía seu tipo de átomo e este variava de acordo com as propriedades da mesma. Por exemplo, uma substância no estado líquido teria átomos arredondados (por isso, escoavam) e no estado sólido se apresentaria como átomos pontiagudos. E mais! Acreditavam que os átomos eram eternos(SOUZA, 2011). .
  • 12. John Dalton • Primeiro modelo atômico experimental: • John Dalton (6 de Setembro de 1766 Manchester, 27 de Julho de 1844), foi um químico, meteorologista e físico inglês. • Foi um dos primeiros cientistas a defender que a matéria é feita de pequenas partículas, os átomos. • É também um dos pioneiros na meteorologia, iniciando suas observações em 1787 com instrumentos confeccionados por ele mesmo e publicando, seis anos mais tarde, o livro Meteorological Observations and Essays (Observações e Ensaios Meteorológicos),
  • 13. CINCO PONTOS PRINCIPAIS DA TEORIA ATÔMICA DALTON • i. Elementos são feitas de partículas minúsculas chamadas átomos. • ii. Todos os átomos de um dado elemento são idênticos. • iii. Os átomos de um dado elemento são diferentes das de qualquer outro elemento; os átomos de diferentes elementos podem ser distinguidos uns dos outros por seus respectivos pesos relativos. • iv. Átomos de um elemento podem combinar com átomos de outros elementos para formar compostos; um determinado composto tem sempre a mesma relação do número de tipos de átomos. • v. Átomos não podem ser criados, divididos em pequenas partículas, nem destruídos no processo químico; uma reação química simplesmente muda a forma como átomos são agrupados.
  • 14. Teoria de John Dalton Segundo John Dalton, o átomo tinha forma de bola, como se fosse uma bola de sinuca.
  • 15. Joseph John Thomson • O britânico Joseph John Thomson descobriu os elétrons em 1897 por meio de experimentos envolvendo raios catódicos em tubos de crookes. • O tubo de crookes consiste-se em uma ampola que contém apenas vácuo e um dispositivo elétrico que faz os elétrons de qualquer material condutor saltar e formar feixes, que são os próprios raios catódicos
  • 16. Joseph John Thomson • O Modelo atômico de Thomson (1897) propunha então que se o átomo não fosse maciço (como havia afirmado John Dalton), mas sim um fluido com carga positiva (homogêneo e quase esférico) no qual estavam dispersos (de maneira homogênea) os elétrons. Podemos fazer a analogia desse modelo atômico com um "Panetone" ou com um pudim recheado de uvas passas, em que a massa do panetone seria positiva e as passas seriam as partículas negativas (PEREIRA, 2010).
  • 17. Ernest Rutherford Rutherford estudou matemática e física no Canterbury • Ernest College, em Christchurch e com o auxílio de uma bolsa de estudo, ingressou em 1895 no Cavendish Laboratory, em Cambridge. Foi professor de física e química na McGill University (Canadá), de 1898 a 1907 e na Manchester University (Inglaterra), de 1907 a 1919. Em 1919, sucedeu J. J. Thomson na direcção do Cavendish Laboratory cargo que exerceu até ao resto da sua vida e onde realizou importantes investigações. • Atualmente considerado o fundador da Física Nuclear, Rutherford introduziu o conceito de núcleo atômico ao investigar a dispersão das partículas alfa por folhas delgadas de metal. • Rutherford verificou que a grande maioria das partículas atravessava a folha sem se desviar e concluiu, com base nessas observações e em cálculos, que os átomos de ouro e, por extensão, quaisquer átomos eram estruturas praticamente vazias, e não esferas maciças. Rutherford também descobriu a existência dos prótons, as partículas com carga positiva que se encontram no núcleo. (LOURENÇO, 2008)
  • 19. Ernest Rutherford • Baseando-se no modelo do sistema solar, onde os planetas giram em torno do Sol, Rutherford propôs um modelo semelhante para o átomo de hidrogênio. Para ele, os elétrons possuíam cargas negativas; enquanto no núcleo se encontravam as cargas positivas, (SILVA, 2010).
  • 21. http://www.descobrindoaquimica.xpg.com.br/index_arquivos/modelobohr.htm 1° POSTULADO DE BHOR • Os elétrons orbitam o núcleo atômico em orbitas circulares, tais orbitas são como camadas ou níveis ao redor do núcleo, chamando assim a mais próxima do núcleo pela letra K, a segunda pela letra L e assim sucessivamente para as demais camadas. • Somente órbitas de certos raios, correspondendo a certas energias definidas, são permitidas para os elétrons em um átomo.
  • 22. http://www.descobrindoaquimica.xpg.com.br/index_arquivos/modelobohr.htm 2° Postulado de Bohr • Energia total do elétron (cinética e potencial) não pode apresentar valor algum e sim, valores múltiplos de um quantum. • • Um elétron em certa órbita permitida tem certa energia específica e está em um estado de energia permitido. Um elétron em estado de energia permitido não irradiará energia e, portanto, não se moverá em forma de espiral em direção ao núcleo.
  • 23. http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo_de_Bohr 3° Postulado de Bohr • Quando ocorre o salto de um elétron entre órbitas, a diferença de energia é emitida (ou suprida) por um simples quantum de luz (também chamado de fóton), que tem energia exatamente igual à diferença de energia entre as órbitas em questão. Energia total do elétron (cinética e potencial) não pode apresentar valor qualquer e sim, valores múltiplos de um quantum. As órbitas permitidas dependem de valores quantizados (bem definidos). • A energia só é emitida ou absorvida por um elétron quando ele muda de um estado de energia permitido para outro. Essa energia é emitida ou absorvida como fóton., E = h.v
  • 24. http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/modelosatomicos/modelo_bohr.html 1- POSTULADO DOS NÍVEIS DE ENERGIA: Em um átomo, um elétron só pode ter certos valores de energia, que são chamados de níveis de energia. Bohr calculou as energias correspondentes a cada órbita permitida. Essas energias encaixavam-se na seguinte fórmula. E=Rh/n². onde: n= 1, 2, 3 etc. para o átomo de Hidrogênio. Onde Rh é uma constante (expressa em unidades de energia) valendo -2,179x10 -18 J.
  • 25. http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/modelosatomicos/modelo_bohr.html 2° POTULADO DE BOHR • As transições entre os níveis de energia de um elétron, num átomo, só podem alterar a sua energia passando de um nível de energia ao outro. Esta passagem é chamada de transição. • Neste modelo, explica-se a emissão de luz pelos átomos para dar um espectro descontínuo de raias como segue: • Um elétron, num nível de energia elevada (nível inicial de energia Ei ) sofre uma transição para outro nível de energia mais baixa (nível de energia final Ef ). • Neste processo, o elétron perde energia que é emitida como um fóton. Em outras palavras, a energia final do elétron mais a energia do fóton é igual à energia inicial do elétron (pela lei da conservação da energia):
  • 26. http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/modelosatomicos/modelo_bohr.html 2° POTULADO DE BOHR Onde: ν = freqüência da onda eletromagnética (fóton) Quando reordenamos esta expressão vem:
  • 27. Órbitas de Bohr para o átomo de hidrogênio Segundo postulado de Bohr. Um átomo irradia energia quando um elétron salta de uma órbita de maior energia para uma de menor energia. O comprimento de onda guarda relação com a energia. Os menores comprimentos de onda de luz significam vibrações mais rápidas e maior energia. A linha vermelha no espectro atômico é causada por elétrons saltando da terceira órbita para a segunda órbita
  • 28. http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/modelosatomicos/modelo_bohr.html BASEADO NO SEU MODELO • O elétron deverá liberar energia para retornar ao nível de origem, sendo esta energia emitida em forma de ondas eletromagnéticas, a mesma energia será absorvida para retornar ao nível de origem, (luz visível ou ultravioleta)
  • 29. A linha verde-azulada no espectro atômico é causada por elétrons saltando da quarta para a segunda órbita. A linha azul no espectro atômico é causada por elétrons saltando da quinta para a segunda órbita A linha violeta mais brilhante no espectro atômico é causada por elétrons saltando da sexta para a segunda órbita.
  • 30. BOHR • LUZ • É uma onda eletromagnética se propaga no vácuo e possui perturbações oscilante. dentro do campo visível do olho. Definida como V= L.F • v: velocidade • Lambida: comprimento de onda • f: freqüência
  • 31. http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/modelosatomicos/modelo_bohr.html 2° POTULADO DE BOHR • Bohr usou o conceito de fóton de Einstein para explicar o espectro de emissão dos átomos. • Substituindo os valores dos níveis de energia no átomo de hidrogênio, que havia deduzido, na equação anterior, Bohr reduziu exatamente a fórmula de Balmer. • Além disso, pôde prever todas as raias do espectro do átomo de hidrogênio no infravermelho e no ultravioleta.
  • 33. http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/modelosatomicos/modelo_bohr.html BASEADO NO SEU MODELO  Bohr conseguiu calcular a velocidade do elétron em cada orbita com a equação:  V= 2.18x10 exp 6 ms / pelo numero da orbita 1,2,3,4 etc...  Calculou também os níveis de ENERGIA para camada permitida dos níveis de HIDROGÊNIO com a equação -13.6/n²  Para que um elétron salte de um estado fundamental e vá ao 1 excitado ele precisa ganhar energia exatamente igual a necessária de acordo com a 2n² ex: 10,2 eV.
  • 34. http://www.iq.ufrgs.br/ead/fisicoquimica/modelosatomicos/modelo_bohr.html Postulados 1 e 2 somente para Hidrogênio • Os postulados 1 e 2 continuam a valer para os outros átomos além do hidrogênio, mas os níveis de energia não se obtêm por fórmulas simples. • Se os comprimentos de onda da luz emitida pelo átomo forem conhecidos, será possível relacionálos com a freqüência dos fótons e então determinar as diferenças dos níveis de energia dos átomos. Estes níveis foram determinados experimentalmente por espectroscopia.
  • 35. O aperfeiçoamento do modelo de Bohr • Um primeiro ajuste foi proposto em 1916, pelo físico e matemático alemão Arnold Sommerfeld. • Análises espectroscópicas refinadas mostraram que as linhas espectrais não são simples. Elas apresentam o que é chamado de estrutura fina isto é, consistem em várias linhas componentes que ficam bem próximas. Isso indicava que para um mesmo estado estacionário de energia, níveis de energia deveriam existir subníveis de energia (ALMEIDA, BEZERRA, et al., 2011).
  • 36. O aperfeiçoamento do modelo de Bohr Sommerfeld propôs que em vez de descrever órbitas circulares, os elétrons descreveriam órbitas elípticas e o núcleo do átomo estaria localizado num dos focos da elipse. Em seu tratamento matemático, ele concluiu que em uma camada eletrônica havia uma órbita circular e (n -1) órbitas elípticas, em que n é o número de camadas. O elétron teria uma quantidade de energia determinada pela distância que tem do núcleo e outra, pelo tipo de órbita descrita. Esse novo modelo ficou conhecido como Bohr – Sommerfel (ALMEIDA, BEZERRA, et al., 2011)
  • 37. Dualidades onda partícula da material • Um dos problemas que os físicos enfrentavam era o fato do comportamento da luz poder ser explicado tanto por uma teoria ondulatória como por outra que a considerava uma partícula. • Afinal a luz é uma onda ou uma partícula? • O que parecia óbvio era que para explicar os fenômenos de difração e interferência da luz devia-se levar em conta o modelo ondulatório, e para explicar o efeito fotoelétrico tinha de ser levado em conta o modelo de fóton. Bohr em seus estudos, já havia considerado que um modelo era complementar ao outro e ambos deveriam ser considerados no estudo quântico. • Essa idéia foi ampliada, em 1924, por Louis De Broglie que propôs que não apenas os fótons apresentam características de onda e de partícula, mas sim todas as formas de matéria. • De Broglie sugeriu que toda partícula está associada a um comprimento de onda l(Lambida), que poderia ser determinado pela equação:(ALMEIDA, BEZERRA, et al., 2011) •
  • 38. Dualidades onda partícula da material Com essa equação, De Broglie representava sua hipótese da natureza dual da matéria. O caráter ondulatório estaria representado pelo comprimento de onda lambida e o caráter corpuscular, pela quantidade de movimento m. v. Até aquela época ainda não havia dados experimentais que demonstrassem a natureza dual dos elétrons, mas após a hipótese de De Broglie dois físicos norteamericanos
  • 39. O Princípio da Incerteza Heisenberg • O desenvolvimento desse novo modelo deve-se a várias cientistas, dentre eles o francês De Broglie e o alemão Heisenberg. • Em 1926, Werner Karl Heisenberg demonstrou, usando os conceitos quânticos (mecânica quântica), que é impossível determinar, simultaneamente, com absoluta precisão, a velocidade e a posição de um elétron em um átomo. • Este princípio, conhecido por Princípio da Incerteza, estabelece que, quanto mais precisamente conhecemos a posição do elétron, menos precisamente conhecemos a sua velocidade
  • 40. O Princípio da Incerteza Heisenberg • De acordo com o Princípio da Incerteza, não se pode afirmar que exista uma órbita definida para o elétron. O mais adequado é considerar que existam regiões, denominadas orbitais, considerados nuvens, em torno do núcleo onde é máxima a probabilidade de se encontrar um elétron (ALMEIDA, BEZERRA, et al., 2011). • Se quer determinar a posição do elétron, é necessário que a radiação tenha comprimento de onda da ordem da incerteza com que se quer determinar a posição. Neste caso, quanto menor for o comprimento de onda (maior freqüência) maior é a precisão. Contudo, maior será a energia cedida pela radiação (onda ou fóton) em virtude da relação de Planck entre energia e freqüência da radiação (WIKIPEDIA, 2012). • E=h.v
  • 41. Função da onde de Schodinger • A equação de Schrödinger foi aperfeiçoada também pelo físico norte-americano Paul Adrien Maurice Dirac. • Nas soluções numéricas para a função de onda, proposta por Dirac, ele incorporou números que identificam o nível energético do elétron, denominados números quânticos. • A caracterização de cada elétron no átomo é feita por meio de quatro números quânticos: principal, secundário (ou azimutal), magnético e spin. Sendo que num mesmo átomo, não existem dois elétrons com os mesmos números quânticos (ALMEIDA, BEZERRA, et al., 2011).
  • 42. Trituradores de Átomos • O nome próprio é portentoso: Grande Colisor Elétron-Pósitron. O nome de família não é menos respeitável: super acelerador de partículas. Trata-se do maior instrumento de pesquisa do mundo. • Serve para estudar a vida íntima do átomo e a origem do Cosmo. • Cerca de 100 metros abaixo do solo, na periferia da cidade de Genebra, na Suíça, funciona o maior complexo científico já construído no planeta. • Na superfície, a paisagem da região de fronteira com a França é de um sossegado cartão-postal de outros tempos: pequenos bosques, pastagens e a cordilheira • São os controladores do LEP, iniciais em inglês de Grande (Colisor) Elétron-Pósitron, um túnel em formato de anel de 27 quilômetros de circunferência e 7 metros de diâmetro (RIBEIRO, 2012).
  • 43. Trituradores de Átomos • Nesse proposital curso de colisão, milhares e milhares de partículas e antipartículas, deslocando-se quase à velocidade da luz, acabam por se aniquilar mutuamente, liberando energia equivalente à fissão de quinhentos núcleos de átomos de urânio. Mas esse é apenas um valor teórico: não se trata ali de experiências atômicas, ao menos no sentido comum da expressão.
  • 44. Estrutura do átomo como sabemos hoje •De fato, com a ajuda dos aceleradores se descobriu que tudo o que existe rigorosamente tudo - é feito apenas de três famílias de partículas elementares indivisíveis: quarks, léptons e bósons. •Os quarks fazem os nêutrons e prótons no núcleo dos átomos. •Os léptons fazem os elétrons, entre outras coisas. •Os bósons formam uma classe especial de partículas mensageiras, responsáveis pelas interações entre as outras famílias.
  • 45. Estrutura do átomo como sabemos hoje
  • 46. M.PLANCK MADAME CURIE A. EINSTEIN H.A. LORENTZ A.H.COMPTON L.V. DE BROGLIE N.BOHR