Propriedades Óticas em Nanociência
Apresentação
A Nanotecnologia está presente em uma série de produtos, sejam eles na área de eletrônicos, fármacos, cosméticos, entre outros. A manipulação da matéria em uma escala extremamente pequena pode modificar algumas propriedades físicas. Neste conteúdo serão abordadas as propriedades óticas, como a mudança de cor das partículas dada pela variação do tamanho e organização de estruturas em nível atômico e molecular.
- Compreender o efeito da mudança de cor em partículas de diferentes tamanhos.
- Entender como os conceitos de espectro e radiação eletromagnética estão relacionados com as Nanociências.
Ficha técnica
- Nanociências
- Nanomateriais de Carbono
- Conceitos Básicos Relacionados à Nanociência
- Estrutura Cristalina
- Ensino superior e médio
Créditos
Bibliografia
Espaço do professor
Download das ideias e propostas para este conteúdo.Introdução
Espectro e radiação eletromagnética - CONCEITO
Vivemos cercados por ondas, que podem ser mecânicas, como o som, ou eletromagnéticas, como a luz. As ondas mecânicas necessitam obrigatoriamente de um meio para se propagar, este pode ser sólido, líquido ou gasoso. Já as ondas eletromagnéticas não necessitam de um meio para se propagar, portanto estas podem se propagar inclusive no vácuo. As ondas eletromagnéticas são classificadas de acordo com a sua frequência (veja no objeto de aprendizagem abaixo). Também podemos visualizar que a frequência é inversa ao comprimento de onda. Quanto maior a frequência, maior será a energia, o que é mostrado pela equação abaixo:
E = hf (equação 01)
onde h é a constante de Planck e vale 6,336 X 10-34 J.s e f é a frequência. Essa equação é conhecida como a equação da quantização da energia e foi proposta por Einstein em 1905, demonstrando a dependência da energia com a frequência.
As radiações são divididas em ionizantes e não ionizantes. As radiações ionizantes são aquelas em que a frequência provoca excitações diretamente no átomo. Já as radiações não ionizantes provocam excitações na molécula.
Frequências do Espectro Eletromagnético
As frequências inferiores ao visível são conhecidas como radiações não ionizantes, apresentam frequências pequenas, o que implica em possuir energia insuficiente para arrancar elétrons dos átomos. Porém, possuem a capacidade de excitar moléculas e romper ligações químicas. Dessa radiação fazem parte os tipos: ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho e luz visível. Dentro as aplicações das radiações não ionizantes, podemos citar a transmissão de informações por meio dos equipamentos de celulares, sinais de TV e rádio.
No entanto, as radiações ionizantes possuem energia alta, suficiente para romper as ligações químicas ou expulsar elétrons dos átomos, ou seja, excitam diretamente o átomo.
Sob o ponto de vista dos sentidos humanos, as radiações ionizantes são: invisíveis, inodoras, inaudíveis e insípidas. Há três tipos de radiações as quais são diferenciadas pelo método de produção, poder de penetração e interação com a matéria que cada uma apresenta. Estas radiações são denominadas: radiação ultravioleta, raio X e radiação gama.
Modelos Atômicos - Um breve histórico
Passando o mouse sobre as imagens, você pode obter algumas informações sobre os cientistas que propuseram os modelos atômicos.
Propriedades óticas nanométricas
Como abordado no conteúdo Conceitos Básicos Relacionados à Nanociência, as propriedades de alguns elementos químicos, como o ouro (Au), apresentam diferentes características quando manipulados em tamanhos menores. Uma das mudanças visíveis está na cor que este elemento pode apresentar.
O aplicativo abaixo ilustra qualitativamente esta propriedade.
Confinamento Quântico
Confinamento quântico, está relacionado com sistemas com dimensão zero, uma dimensão, duas dimensões ou três dimensões. O que define a dimensionalidade de um sistema material são os graus de liberdade que os elétrons confinados possuem.
- Um exemplo de sistema com zero dimensão são os fulerenos, em que os elétrons só conseguem se deslocar na superfície interna da esfera.
- Um exemplo de sistema unidimensional são os nanotubos de carbono, em que os elétrons deslocam-se somente em uma dimensão.
- Um exemplo de sistema bidimensional é o grafeno, que é uma fina camada de carbono em que os elétrons podem se deslocar em duas direções.
- Um exemplo de sistema tridimensional é o diamante e a maioria das outras moléculas e corpos sólidos em geral, em que os elétrons têm total liberdade de movimento.
Para saber mais, acesse o conteúdo "Nanomateriais de Carbono".
O confinamento quântico eletrônico é o responsável pela grande maioria das alterações nas propriedades das substâncias em nanoescala, materiais condutores podem apresentar comportamento e características de isolantes, e vice-versa.
A alteração na radiação emitida pode causar mudança de cor, onde os espectros de energia contínuos passam a ser discretos.
Atividades
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MAIS
- Para aprofundar-se um pouco mais, consulte: EISBERG, R.; RESNICK, R. Física Quântica – Átomos, Moléculas, Sólidos, Núcleos e Partículas. 13. ed. Rio de Janeiro: Campus, 1979, 928 p.
Objetos de Aprendizagem
