Aula 0 - Linha do Tempo

Aula de Dayane Rolim

Termos importantes:

• Luminescência: É a capacidade de um corpo emitir radiação, visível e/ou não-visível, quando submetido a algum estímulo. A manifestação dessa propriedade pode ser resultado, por exemplo, da absorção de energia radiante ou da ocorrência de uma reação química.

Os dois fenômenos abaixo são diferentes tipos de fotoluminescência, que ocorre com emissão em comprimento de onda visível, desencadeada pela exposição a raios X, radiação UV ou raios catódicos.

• Fluorescência: A emissão ocorre até o instante em que dura o fornecimento de energia. A fluorescência foi observada, inicialmente, na fluorita que, sob luz branca, era roxa (A), e, exposta a radiação UV, emitia radiação visível no comprimento do azul (B).
  
  
  
• Fosforescência: Diferentemente da fluorescência, a emissão continua por algum tempo após a interrupção do fornecimento de energia. É o que acontece em mostradores de relógios (que brilham no escuro) e pulseirinhas coloridas (usadas em festas). O nome “fosforescência” é advindo de “fosfóro”, pois descreve a mesma propriedade observada nessa substância. 

   

  Linha do Tempo
  
  

• [1895] Estudos sobre os raios X. Wilhelm Conrad Röntgen, físico alemão, ao realizar experimentos em seu laboratório com uma ampola de Crookes, aplicando descargas elétricas a gases em baixa pressão, observou o aparecimento de uma radiação de natureza desconhecida; daí o nome “raios X”.  Embora este tipo de radiação já tivesse sido anteriormente observada, Röntgen foi o primeiro a realizar estudos sistemáticos a respeito dela.
  • O experimento: ampola de Crookes (tubo de vidro vedado, com um eletrodo* em cada extremidade) recoberta com filme negro, tela de platinocianeto de bário -$Ba[Pt(CN)_4]$ -, e um ambiente totalmente escuro. 

    * Eletrodo: peça metálica ligada a uma fonte elétrica externa, de forma a estabelecer uma diferença de potencial elétrico.
     

  • Quando Röntgen iniciou a descarga elétrica na ampola, reparou que uma tela coberta com platinocianeto de bário, presente em seu laboratório, começou a brilhar.
  • A tela fluorescia mesmo estando a 2 metros de distância da ampola.
    *Nota: Ba[Pt(CN)$_4$] é uma substância fluorescente, que emite luz visível quando absorve determinado tipo de radiação.
  • Depois de vários testes, Röntgen conclui que esse evento se devia justamente à interação do material da tela com a radiação que partia da ampola.
  • Röntgen relatou outras características dos raios X, como:
    
    *não sofrer desvio por campo elétrico
    *capacidade de sensibilizar chapas fotográficas 
  • A descoberta de Wilhelm Conrad Röntgen rendeu-lhe o Prêmio Nobel de Física em 1901. 
  •  A primeira imagem radiográfica da história foi a da mão de Anna Bertha Ludwig, a esposa de Röntgen. Ela foi feita por meio da utilização de raios X. Note que a região próxima à aliança tem pouca visibilidade. Isto é devido à incapacidade dos raios-X de penetrar o ouro. 
• Características físicas dos raios X. Seu comprimento de onda é extremamente curto, variando de 10^-8m a 10^-12m, enquanto a alta frequência varia de 10^16 Hz a 10^20 Hz. No espectro eletromagnético, estão situados entre a radiação ultravioleta e os raios gama.
  
  Devido à sua alta frequência, os raios X atuam como radiação ionizante no corpo humano, afetando diretamente células (morte celular ou mutações).
• A importância dos raios X está diretamente relacionada à sua capacidade de penetração em objetos opacos, permitindo a produção de imagens. Assim, são extensivamente usados na medicina, em exames como tomografia, mamografia e densitometria óssea. Uma aplicação mais recente das propriedades dos raios X é na inspeção de bagagens em aeroportos.
  
  
• Relação dos raios X com a radioatividade. Embora os raios-X não sejam de natureza nuclear (eles são gerados pelo choque do feixe de elétrons com o anodo da ampola), a descoberta dos fenômenos radioativos só foi possível graças a esse estudo, pois Antoine Henri Becquerel, ao tentar dar continuidade ao trabalho de Röntgen, acabou investigando princípios da radioatividade.
  
  
• [1896] Um virtuoso acidente. Antoine Henri Becquerel, físico francês, dedicava-se a verificar a hipótese de que, além de poderem emitir radiação visível e infravermelha, os compostos luminescentes podiam também emitir raios X.
  • Entretanto, o tempo chuvoso predominante em Paris, na época, não garantiu as condições necessárias à realização do experimento. Assim, Becquerel acabou guardando as amostras em uma gaveta escura com as placas fotográficas e seus envoltórios.
  • Na predominância do tempo chuvoso, Becquerel resolveu revelar as placas, com a esperança de encontrar apenas imagens deficientes. Para sua surpresa, as imagens eram bastante nítidas e intensas, induzindo ao fato de que o composto de urânio emitia radiação mesmo sem o contato com uma fonte externa de energia (a luz solar).
  • Conclusão: o trabalho de Becquerel, embora importante para o estabelecimento do estudo da química nuclear, não conseguiu identificar a natureza sub-atômica da radiação emitida pelo sal de urânio. Becquerel provou que essa radiação era capaz de descarregar um eletroscópio, sendo uma radiação ionizante, assim como o raio-X, porém, na época, a grande maioria dos resultados do seu experimento eram apenas objeto de difícil interpretação.

   

  O experimento: Becquerel expôs à luz solar minerais fluorescentes de sulfato duplo de uranilo e potássio di-hidratado, $K_2(UO_2) (SO_4)_2 \cdot 2 H_2O$, e pôs as amostras juntamente a um filme fotográfico envolvido por um invólucro preto para analisar se elas impressionavam o filme por meio da emissão de raios X.

   

• [1898] Marie e Pierre Currie - a descoberta de novos elementos radioativos.
  • O estudo dos "raios do urânio" ficou estagnado até início de 1898. O único resultado novo, durante esse tempo, foi o de que a radiação do urânio permanecia forte ao longo de meses, apesar de não haver recebido luz (sabemos, atualmente, que a luz não influencia na radiação emitida pelo urânio, pois esse é um fenômeno de natureza nuclear).
  • Pierre Curie, físico famoso na época pelos seus trabalhos sobre magnetismo e simetria cristalina, interessou-se pelo tópico ainda “desconhecido”, assim como sua esposa Marie Curie, recém-formada na Universidade de Sorbonne.
  • Em 1898, Marie Curie e o físico alemão G. C. Schmidt publicaram a descoberta de que o tório também emitia radiação semelhante à do urânio. O estudo foi feito por meio do uso de uma câmara de ionização. Nesse mesmo contexto, Madame Curie nomeia o fenômeno “radioatividade”: a capacidade de emitir raios de Becquerel.
  • Marie Curie percebeu, em experimentos posteriores, que minerais de urânio - a pechblenda (óxido de urânio) e a calcolita (fosfato de cobre e uranila) - eram muito mais ativos do que o próprio urânio. Assim, concluiu que esses minerais eram passíveis de conter um outro elemento. Empenhando-se no trabalho de tentar isolar essa substância, foi possível obter um material que era 400 vezes mais ativo do que o urânio puro.
  • O casal Curie sugeriu que a substância que retiramos da pechblenda continha um metal ainda não identificado, vizinho ao bismuto por suas propriedades analíticas, e proporam-lhe o nome de polônio, em homenagem ao país de origem de Marie Curie. 
  • Na última reunião de 1898 da Academia de Ciências, os Curie apresentaram evidências de um novo elemento radioativo, quimicamente semelhante ao bário, extraído também da pechblenda. Também nesse caso, não foi possível separar o novo elemento do metal conhecido; mas foi possível obter um material 900 vezes mais ativo do que o urânio. Além disso, desta vez a análise espectroscópica permitiu notar uma raia espectral desconhecida. Os autores do artigo dão a esse novo elemento o nome de "rádio", por parecer mais radioativo do que qualquer outro elemento. De fato, ele é $10^6$ vezes mais radioativo que o urânio.
  • [1903] Marie Curie, Pierre Curie e Antoine Henri Becquerel foram agraciados com o Prêmio Nobel (de fisica) pelos estudos desenvolvidos nesse campo.
  • Episódios posteriores:
    • [1899] Rutherford notou a existência de dois tipos de radiação de urânio - uma mais penetrante e outra facilmente absorvida. Chamou-as de alfa (a menos penetrante) e beta. Mais estudos foram feitos a respeito da deflexão elétrica e magnética das “radiações” alfa e beta, envolvendo também os pesquisadores Fritz Geisel e o casal Curie.
      

      

    • [1903] Rutherford e Soddy apresentaram a teoria das transformações radioativas em 5 artigos publicados de novembro de 1902 a maio de 1903. Com esses trabalhos, as linhas gerais da nova visão sobre a radioatividade haviam já sido estabelecidas.