Difração de Nêutrons e Elétrons

DIFRAÇÃO DE NÊUTRONS E ELÉTRONS : 

Marcia - Michelli - Norilda DIFRAÇÃO DE NÊUTRONS E ELÉTRONS

O QUE É DIFRAÇÃO? : 

Marcia - Michelli - Norilda O QUE É DIFRAÇÃO? É uma interferência provocada por um corpo colocado na trajetória das ondas.

Exemplo de Difração de onda : 

Marcia - Michelli - Norilda Exemplo de Difração de onda

Para que serve este método: : 

Marcia - Michelli - Norilda Para que serve este método: É um método para determinação de geometria e estrutura de moléculas.

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Marcia - Michelli - Norilda Os átomos e moléculas constituem-se por partículas. A medida de parâmetros geométricos estará diretamente relacionada com a interação de uma entidade qualquer com essas partículas.

Quando a difração é notável? : 

Marcia - Michelli - Norilda Quando a difração é notável? As dimensões do corpo difrator são comparáveis ao comprimento de onda da radiação.

TIPOS DE DIFRAÇÃO : 

Marcia - Michelli - Norilda TIPOS DE DIFRAÇÃO Difração de Raios-X Difração de Nêutrons Difração de Elétrons

DIFRAÇÃO DE RAIOS-X : 

Marcia - Michelli - Norilda DIFRAÇÃO DE RAIOS-X Os raios-x interagem com os elétrons dos átomos da amostra.

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Marcia - Michelli - Norilda Possibilita determinar a localização detalhada dos átomos nas moléculas, mesmo em moléculas complicadas, como as proteínas.

Limitações desta técnica : 

Marcia - Michelli - Norilda Limitações desta técnica Não permite a localização precisa de átomos leves.

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DIFRAÇÃO DE NÊUTRONS : 

Marcia - Michelli - Norilda DIFRAÇÃO DE NÊUTRONS A espectroscopia de nêutrons foi desenvolvida pelo físico canadense Bertram Neville Brockhouse, que foi Nobel de física em 1994 devido a esse estudo.

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Marcia - Michelli - Norilda Os nêutrons apresentam comprimento de onda próximo de 1.10-10 m devem possuir velocidades de 4000 m s-1 aproximadamente. A fonte utilizada para produzir nêutrons com tais velocidades são os reatores nucleares.

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Marcia - Michelli - Norilda Os reatores expelem nêutrons com diferentes velocidades, a distribuição de velocidades é alcançada passando o feixe de nêutrons através de uma substância denominada moderador. Um moderador comum é o carbono na forma de grafite.

Vantagens : 

Marcia - Michelli - Norilda Vantagens Permite, ao contrário dos raios-x, detectar com excelente precisão a posição de átomos leves como o hidrogênio e deutério. É a única que permite obter qualquer informação sobre a estrutura magnética de sólidos.

Desvantagens : 

Marcia - Michelli - Norilda Desvantagens O detector necessita de uma fonte suficientemente intensa para produzir boas figuras de difração, o que limita a técnica a poucos laboratórios do mundo.

Diferença entre DRX e DN : 

Marcia - Michelli - Norilda Diferença entre DRX e DN Na DRX ocorre interação com os elétrons dos átomos. Na DN ocorre interação diretamente com os núcleos. Podendo ocorrer três tipos de espalhamento de nêutrons: elástico, magnético e inelástico.

Espalhamento Elástico : 

Marcia - Michelli - Norilda Espalhamento Elástico É o tipo de espalhamento mais simples. Os nêutrons colidem com os núcleos e são espalhados sem qualquer alteração significativa de intensidade ou velocidade com o ângulo de deflexão.

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Marcia - Michelli - Norilda É imperceptível qualquer efeito de interferência devido às diferentes partes do núcleo. Porque núcleos atômicos apresentam ondas de 1.10-10 m aproximadamente.

Espalhamento Magnético : 

Marcia - Michelli - Norilda Espalhamento Magnético Na dispersão magnética os nêutrons não devem ser considerados como esferas inertes. Os nêutrons apresentam um movimento de rotação próprio (spin), que gerando um momento magnético sobre ele.

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Marcia - Michelli - Norilda Utilizando raios-x ou difração elástica de nêutrons observa-se apenas que tal composto é cúbico de corpo centrado. Utilizando nêutrons polarizados é possível distinguir os dois tipos de sistemas magnéticos.

Estrutura magnética de um composto de cromo : 

Marcia - Michelli - Norilda Estrutura magnética de um composto de cromo

Espalhamento Inelástico : 

Marcia - Michelli - Norilda Espalhamento Inelástico É uma dispersão de nêutrons que ao se chocarem com os núcleos apresentam alguma transferência parcial de energia. Esta perda ou ganho de energia dos nêutrons ocorre através da mudança nas energias vibracionais do cristal em questão.

Difratograma : 

Marcia - Michelli - Norilda Difratograma

Figura de difração : 

Marcia - Michelli - Norilda Figura de difração A) Raios-X B) Elétrons C) Nêutrons

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DIFRAÇÃO DE ELÉTRONS : 

Marcia - Michelli - Norilda DIFRAÇÃO DE ELÉTRONS A técnica de DE foi estudada pelo físico americano Robert Hofstadter, Nobel de Física em 1961 pelos estudos pioneiros do espalhamento do elétron em núcleos atômicos pelas descobertas sobre a estrutura dos núcleos.

A energia do feixe de elétrons : 

Marcia - Michelli - Norilda A energia do feixe de elétrons Pode ser controlada e tem uma aplicação diferente. DE de alta energia é utilizada no estudo de sólidos. DE de baixa energia utilizada no estudo de superfícies. Maior utilização é o caso intermediário que é aplicado no caso de vapores e gases.

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Marcia - Michelli - Norilda A base da técnica estrutural de DE é o caráter ondulatório dos elétrons. Onde o padrão de difração resultante da interferência que surge quando um feixe de elétrons passa por uma amostra é interpretado em termos das posições dos átomos

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Marcia - Michelli - Norilda O padrão de DE fornece a distância entre todos os possíveis pares de átomos numa molécula (não apenas aqueles mantidos juntos por ligações). Quando existem poucos átomos, os picos podem ser analisados com relativa rapidez, a análise é feita admitindo-se certa geometria e calculando-se o padrão de intensidades.

Equação de Wierl : 

Marcia - Michelli - Norilda Equação de Wierl

D.E em fase gasosa : 

Marcia - Michelli - Norilda D.E em fase gasosa Os elétrons são emitidos de um filamento incandescente e acelerados por um gradiente de potencial passando então por uma corrente de gás e sobre uma tela fluorescente.

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Marcia - Michelli - Norilda A difração de um feixe de elétrons atravessando uma fina folha de ouro foi mostrada pela primeira vez por G.P Thomson, em 1921.

Figuras de difração : 

Marcia - Michelli - Norilda Figuras de difração A) D. elétrons ( abertura circular) B) D. elétrons ( cristais de Au e C) C) D. Raios-X ( Cristais ZrO2)

Aplicação da D.E : 

Marcia - Michelli - Norilda Aplicação da D.E Para um material desconhecido •Estrutura cristalina •Parâmetros de rede •Composição química

Aplicação da D.E : 

Marcia - Michelli - Norilda Aplicação da D.E Para um material conhecido •Orientação em relação ao feixe de elétrons incidentes •Orientação entre 2 ou mais monocristais •Orientação cristalográfica de defeitos, etc...

Microscopia de Varredura : 

Marcia - Michelli - Norilda Microscopia de Varredura É uma técnica que utiliza a difração de elétrons. Nesta técnica, um feixe bem focalizado de elétrons, com um comprimento de onda de Broglie bem definido, é utilizado no lugar da lâmpada dos microscópios óticos tradicionais.

Diferença entre DN e DE : 

Marcia - Michelli - Norilda Diferença entre DN e DE Na dispersão de elétrons o λ é controlado pela diferença de potencial aplicado. Isso permite controlar a energia do feixe, essa técnica não se limita apenas ao estudo da geometria molecular em cristais, mas também em gases. Utilizando-se uma combinação de campos elétricos e magnéticos é possível focalizar o feixe em determinado ponto da amostra. Fato que não era possível nem com nêutrons, nem com raios-x.

BIBLIOGRAFIA : 

Marcia - Michelli - Norilda BIBLIOGRAFIA [1] ATKINS, P. W. Físico-Química. Vol. 2. 6ª edição. LTC. Rio de Janeiro, 1997. [2] Elementos de Espectroscopia. Material didático. Determinação de estruturas químicas. Disponível em <http://www.chemkeys.com> acessado em 10/08/2008. [3] Difração das ondas. Curso de mecânica ondulatória. Disponível em < http://www.cdcc.sc.usp.br/ondulatoria/apresent.html> Acesso em 18/08/2008. [4] RUSSEL, J. B. Química Geral. 2ª edição. Volume 2. São Paulo: Pearson Makron Books, 1994. [5] ATKINS, P. DE PAULA, J. Físico-Química. Sétima edição. Volume 2. Rio de Janeiro: LTC, 2002.

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Marcia - Michelli - Norilda [6] A Natureza Ondulatória das Partículas Atômicas. Disponível em < http://www.feiradeciencias.com.br/sala19/texto44.asp> acesso em 03/10/2008. [7] SOUZA, C. A. BRETAS, C. B. FACCHINA, J. C. Difração de Elétrons. USP. Outubro de 2001. Disponível em <http://www.if.ufrgs.br/tex/fisica-4/FIS4D/difracao.pdf> acesso em 05/10/2008. [8] VALERIO, M. E. G. Introdução à Mecânica Quântica. Disponível em < http://www.fisica.ufs.br/CorpoDocente/mvalerio/index_arquivos/Cursos/2007-1/IntroMecQuant/CapituloI-3.pdf> Acesso em 05/10/2008. [9] Difratograma. Disponível em http://www.maxwell.lambda.ele.puc-rio.br/cgi-bin/PRG_0599.EXE/11333_4.PDF?NrOcoSis=36547&CdLinPrg=pt acesso em 12/10/2008.

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Marcia - Michelli - Norilda UEMS – Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul Licenciatura em Química Unidade Universitária de Naviraí-MS Introdução a Química Quântica Prof. Dr. Alberto Adriano Cavalheiro Acadêmicas: Marcia. C. de S. Silva Michelli T. de Souza Norilda S. de Oliveira