ED RADIAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS

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Mariana Campos - DRE: 120096187
ED RADIAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS
1) Conceitue energia.
R: Energia é a capacidade de uma determinada matéria de produzir trabalho na forma de
movimento, luz, calor… É reconhecida por ser de medida única de várias formas de
movimento e interação da matéria, uma medida de transição da matéria de uma para outra.
Existem várias formas de energia: mecânica, química, sonora, térmica, eletromagnética, etc.).
A unidade de medida usada é joule (J), que tem como definição “o trabalho realizado por uma
força constante de 1 newton, que desloca seu ponto de aplicação de 1 metro na sua direção”.
2) As radiações permitem a propagação de energia à distância, podendo
transportá-la de duas formas distintas. Que formas são essas?
R: A primeira forma é com suporte material, ou seja, como partículas, dotadas ou não de
cargas elétricas, que se propagam com uma determinada velocidade. Já a segunda forma é sem
o suporte material, isto é, como ondas eletromagnéticas, com velocidade próxima de
300.000km/s no vácuo.
3) Qual é a origem das radiações particuladas? Dê exemplos de alguns tipos de
radiações particuladas e cite as suas principais características como carga
elétrica e massa aproximada.
R: As radiações particulares, são de origem nuclear, emitidas por átomos radioativos. Alguns
exemplos desse tipo de radiação são: as partículas alfa (α), beta positiva ou pósitron (β+ ) e
beta negativa (β- ). Tem também a emissão por partículas aceleradas por campos
eletromagnéticos, alguns exemplos são: os elétrons, prótons e deuterons.
● Partícula alfa: +2 (carga elétrica) e 4 (massa aproximada).
● Partícula beta negativa: -1 (carga elétrica) e 0,000549 (massa aproximada).
● Partícula beta positiva: +1 (carga elétrica) e 0,000549 (massa aproximada).
● Prótons: +1 (carga elétrica) e 1 (massa aproximada).
● Nêutron: 0 (carga elétrica) e 1 (massa aproximada).
4) Em relação às radiações eletromagnéticas, as mesmas são caracterizadas
basicamente por dois parâmetros: frequência (f) e comprimento de onda (λ).
Como as radiações eletromagnéticas transportam energia (E), uma vez que são
constituídas por um feixe de fótons, escreva abaixo a equação matemática que
permite calcular a energia dos fótons de uma radiação eletromagnética com
determinado comprimento de onda.
R: A energia transportada em cada fóton pode ser facilmente calculada a partir de seu
comprimento de onda ou de sua frequência, por meio da equação: E = h.f = h c/𝞴, sendo
que o “h” é a constante de Planck, que tem valor fixo de 6,6 x J.s, e “c” é a10 −34
velocidade da radiação no vácuo, que é aproximadamente 300.000km/s = 3 x nm/s.10 17
5) Calcule a energia dos fótons (em eV) de uma radiação com λ = 300 nm,
utilizando a versão simplificada da equação matemática acima.
R: E = h.c/𝞴
E = 1230/𝞴
E = 4,1 eV
Texto para reflexão:
As radiações eletromagnéticas podem ser diferenciadas pela
energia fotônica, sendo os efeitos biológicos distintos para cada
faixa de comprimentos de onda.
Isso quer dizer que cada tipo de radiação produzirá sobre a
matéria um efeito diferente que está diretamente relacionado com
a quantidade de energia dos fótons de cada radiação.
Os efeitos físicos, químicos ou biológicos provocados pela interação
de um feixe de radiações com a matéria dependem da energia
absorvida, isto é: “somente a luz absorvida é capaz de produzir uma
modificação química” (Lei de Grothus e Draper).
Isso quer dizer que a radiação só vai causar algum efeito (físico,
químico ou biológico) sobre a matéria, se os átomos que
constituem a matéria em questão forem capazes de absorver a
energia proveniente daquela radiação.
Em uma interação, a radiação cede a uma molécula a quantidade
de energia Q. Esta energia pode ser suficiente para arrancar um
elétron orbital e comunicar-lhe energia cinética, isto é, provocar a
ionização; em outros casos, ela pode ser insuficiente para
promover a ejeção do elétron, mas consegue transportá-lo para
um nível energético superior (órbita mais externa), acarretando a
excitação ou ativação. Existem ainda situações nas quais as
transferências de energia são bastante reduzidas, não podendo
modificar a configuração eletrônica, mas aumentando a
velocidade de translação, de rotação ou de vibração de moléculas.
Então, como saber se uma radiação tem energia suficiente para
arrancar um elétron de um átomo provocando, portanto, a
ionização do mesmo?
Para tal, é necessário entender o conceito de Primeiro Potencial de
ionização de um átomo: energia necessária para promover o
arrancamento do elétron mais fracamente ligado de um átomo. Os
valores desta energia, para diversos elementos de interesse
biológico, podem ser vistos na tabela abaixo:
Analisando a tabela de cima e a que está abaixo:
É possível concluir que as radiações infravermelhas (IV), visíveis e
parte das ultravioleta (UV) não possuem energias suficientes para
promover o arrancamento de elétrons dos elementos químicos
mais importantes, em termos quantitativos, na matéria viva
(carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio). Em relação ao UV é
possível calcular que radiações de comprimento de onda iguais a
254 nm (as mais emitidas pelas lâmpadas germicidas) possuem
energia fotônica igual a 4,84 eV e, desta forma, também não
conseguem promover ionizações nestes elementos. Por esta razão,
as radiações IV, visível e UV, são consideradas, para fins biológicos,
como não ionizantes.
6) Do ponto de vista biológico defina radiações ionizantes e não
ionizantes.
R: Radiações ionizantes são todas as formas de radiações, que carregam uma quantidade
de energia suficiente para tirar os elétrons dos átomos, pode ter sua produção de forma
natural ou artificial (radiação alfa, beta e gama). Já as radiações não ionizantes, possuem
baixa frequência e energia, tem denominação também de campos eletromagnético, que se
propaga por meio de ondas eletromagnéticas, podendo ser proveniente de fontes naturais
ou não (infravermelho, microondas).
7) Defina íons.
R: Íons são todos os átomos que ganham ou perdem elétrons durante uma determinada reação,
podendo ter duas classificações: ânion (quando o íon é negativo) → é o átomo que recebe
elétrons e fica negativamente carregado e cátions (quando o íon é positivo) → é o átomo que
perde elétrons e acaba adquirindo uma carga positiva.
IONIZAÇÕES
Tenha em mente!
Para uma radiação ionizante (QUE AGORA VOCÊ JÁ SABE O QUE É!),
a quantidade de energia dissipada ao atravessar um material
depende da natureza química do material e de sua massa específica.
Isto quer dizer que a absorção de átomos pesados é maior que a
dos leves (por exemplo, em uma radiografia, onde se faz uso dos
Raios X, o osso absorve mais radiação que o tecido mole, pois
contém muito cálcio, que é pesado em relação ao carbono,
hidrogênio e nitrogênio dos tecidos moles, por isso o osso aparece
branco).
É importante ressaltar que a interação das radiações ionizantes com a
matéria depende dos átomos que a constituem, mas não das estruturas
moleculares formadas por estes átomos; ou: “a absorção de radiações
ionizantes pela matéria é um fenômeno atômico e não molecular”.
Quando falamos de interação das radiações ionizantes (corpusculares ou
eletromagnéticas) com a matéria, não podemos deixar de falar em
transferência linear de energia (TLE) que é a grandeza usada para
descrever esta interação, sendo definida como "a quantidade de energia
da radiação dissipada por unidade de comprimento da trajetória" e é
expressa em keV/µm.
Quando radiações particuladas α, β ou um raio gama penetram num
pedaço de matéria há transferência de energia (energia cinética) para o
material através das colisões com os átomos que constituem o material.
Estas colisões arrancam os elétrons dos átomos do material criando-se
assim átomos carregados (íons). As radiações particuladas (como as
partículas α e β) apresentam alta TLE devido principalmente, à sua carga
elétrica que acarreta a ejeção de elétrons em consequência da interação
eletrostática.As partículas α, com elevada capacidade de ionização, dissipam sua
energia em percursos muito curtos, percorrendo menos de 10 cm no ar e
menos de 1 mm nos tecidos biológicos. Após a captura de dois elétrons
desaparece a sua capacidade de ionização.
As partículas β possuem energias distribuídas em um espectro contínuo,
variando desde zero até um valor máximo característico do radionuclídeo
emissor. Sua capacidade de ionização é reduzida e elas são capazes de
percorrer alguns metros no ar e 1 a 2 cm nos tecidos biológicos. A
dissipação de energia ocorre por colisão com elétrons orbitais, que são
ejetados, ou por frenagem.
Como as radiações X e gama (γ) não possuem carga elétrica, sua interação
é através dos campos elétricos e magnéticos. As ionizações provocadas
por estas radiações de muito baixa TLE são cerca de 100 vezes menores do
que a causada por partículas β de mesma energia. As radiações
eletromagnéticas ionizantes (X e γ) transferem energia para os átomos da
matéria provocando basicamente três efeitos:
EFEITO FOTOELÉTRICO: o fóton cede toda sua energia, que é utilizada para
o arrancamento de um elétron do átomo e para conferir energia cinética
ao elétron ejetado.
Nota: Normalmente um dos elétrons mais internos é ejetado com alta energia, sendo
capaz de produzir ionizações secundárias. Com a ejeção do elétron o átomo fica com
uma vacância de elétron o que acarreta o pulo de um elétron mais externo para ocupar
o seu lugar, com emissão de radiação eletromagnética característica.
EFEITO COMPTON: o fóton cede parte de sua energia para o
arrancamento de um elétron, muda de direção, porém continua existindo
com energia menor.
Nota: Normalmente a interação se dá com elétrons das órbitas mais externas e a perda de
energia das radiações é dependente do ângulo de desvio e, como para o efeito fotoelétrico, o
elétron Compton ejetado também provoca ionizações secundárias. Este é o principal processo
de interação das radiações gama com a matéria.
MATERIALIZAÇÃO: ocorre quando um fóton altamente energético interage com um
núcleo atômico, transformando-se em um par eletrônico, um elétron e um pósitron. Logo após
a materialização o pósitron choca-se com um elétron, ocorrendo a aniquilação, com a
produção de dois fótons com energia de 0,51 MeV cada, equivalente à massa dos dois
elétrons, ou seja, 0,51 MeV cada um. Portanto, este efeito só é observado para radiações
acima de 1,02 MeV.
Se a energia cedida a um elétron for superior à sua energia de ligação,
ele será ejetado, ficando o átomo ionizado. Neste caso, o elétron pode
receber qualquer quantidade de energia, desde que superior a um
determinado valor mínimo.
OK! MAS E SE A RADIAÇÃO QUE INCIDIR SOBRE A MATÉRIA NÃO POSSUIR
ENERGIA SUFICIENTE PARA EJETAR O ELÉTRON? SERÁ QUE ESTA
RADIAÇÃO PODERÁ CAUSAR ALGUM EFEITO?
INTRODUZINDO A QUESTÃO DAS EXCITAÇÕES ATÔMICAS....
Um átomo no estado fundamental se caracteriza por determinada
configuração eletrônica e por uma quantidade total de energia. A
interação de uma radiação com este átomo pode provocar a passagem de
um elétron para um nível energético "mais externo", ficando o átomo com
uma energia total superior à que tinha anteriormente. Nesta configuração
o átomo é instável e deve retornar ao estado fundamental, sendo este
retorno acompanhado de emissão de energia, muitas vezes sob a forma
de fótons.
Assim, fótons que possuem energias equivalentes às diferenças entre os
níveis energéticos de um átomo podem ser por ele absorvidos e os fótons
que podem ser emitidos possuem energias correspondentes a estas
diferenças. Logo, "um átomo só pode emitir radiações que também seja
capaz de absorver" (Lei de Kirchoff).
A energia da radiação emitida por um átomo ativado depende das órbitas
entre as quais se processem os saltos eletrônicos; logo, saltos entre
órbitas mais externas dão origem à luz visível ou ao UV, enquanto que os
que se processem nas órbitas internas podem conduzir à emissão de raios
X.
8) Quais são os processos de obtenção das radiações eletromagnéticas?
R: São dois tipos de processos, os de desintegração nuclear, que são os elétrons,
pósitrons, partículas alfa e neutrinos, e o outro processo é de fissão nuclear, que são os
nêutrons, múons, mésons.
9) O que é radiação de frenagem?
R: É a energia dissipada que aparece sob a forma de radiação eletromagnética, que se dá pelas
partículas dotadas de carga elétrica que acarretam a ejeção de elétrons em consequência da
interação eletrostática, contudo em algumas interações, como no caso dos elétrons, elas podem
ser desaceleradas, mudando o trajeto.
10) Por que a emissão de fótons por pulos eletrônicos em orbitais mais
externos dá origem à luz visível e UV, e as mais internas a raios X?
R: Porque um determinado átomo no seu estado fundamental é caracterizado por
determinar a configuração eletrônica e por uma quantidade total de energia, por isso as
interações de uma radiação com esse tipo de átomo pode provocar uma passagem de um
elétron para um nível energético “mais externo”, fazendo com que o átomo fique com a
energia total maior à que já possuía. A energia de radiação emitida por um determinado
átomo que está ativado depende das órbitas entre as quais se processem os saltos
eletrônicos; portanto, os saltos entre os orbitais mais externos dão origem a luz visível, ou
UV, enquanto que os que têm o processamento nas órbitas internas, podem originar a
emissão de raios X.
EXCITAÇÕES MOLECULARES
Em moléculas os fenômenos de excitação provocados pela interação
com a radiação são mais complexos que nos átomos, pois além da
energia necessária para arrancar elétrons, outra parcela deve ser gasta
em processos de ativação, uma vez que devemos considerar que os
átomos que compõem uma molécula apresentam vibração em relação
às suas posições de equilíbrio. Além disso, há de se considerar também
a energia de rotação da molécula em torno de seus eixos, assim como a
energia de agitação térmica ou de translação da molécula.
Assim:
A energia total desta molécula, E, compreende:
a) a energia dos elétrons (Ee);
b) a energia de oscilação ou de vibração dos átomos em torno de suas
posições de equilíbrio (Ev);
c) a energia de rotação da molécula em torno de seus eixos (Er);
d) a energia de agitação térmica ou de translação da molécula (Et).
A energia total E será dada por: E = Ee + Ev + Er + Et.
As ordens de grandeza de Ee, Ev e Er são bastante distintas,
correspondendo, respectivamente, a alguns eV, décimos de eV e
centésimos de eV.
Diversas representações gráficas têm sido adotadas para caracterizar o
conteúdo energético de uma molécula, uma das mais simples é
mostrada na figura abaixo:
Diagrama representativo do processo de ativação molecular. A linha horizontal inferior
representa o estado fundamental da molécula (So), no qual não há excitação eletrônica,
mas pode ocorrer aumento das parcelas correspondentes às energias de vibração e de
rotação; quando um elétron é promovido para um nível energético maior (mais externo)
caracteriza-se o primeiro estado excitado eletrônico (S1), que também comporta uma
espécie de estrutura fina de distribuição de energias, dependente das parcelas de
vibração e rotação; as setas nos retângulos representam os spins (sentido de rotação dos
elétrons).
A linha horizontal inferior representa o estado fundamental da
molécula (So); a absorção de energia pode acarretar o aumento de
qualquer das quatro parcelas. Se a energia é capaz de "promover" um
elétron para um nível superior, a molécula passa para um estado
eletrônico excitado, o primeiro dos quais designado como S1. Mas,
para cada estado eletrônico, fundamental ou excitado, existe uma
estrutura fina, simbolizada pelas linhas horizontais mais finas,
correspondendo a aumentos das energias de vibração e de rotação.
Nos estados excitados S1, S2, S3, etc, os elétrons, embora promovidos
a maiores níveis de energia, encontram-se emparelhados, sendo estes
estados designados como estados singletos.Em certas situações,
entretanto, ocorre inversão do spin, passando a existir dois elétrons
não emparelhados; estes são os estados tripletos (T1, T2, T3, etc.) cuja
duração é bem maior que a dos singletos, podendo chegar a vários
segundos, minutos ou mesmo horas. Embora a maior parte das
moléculas tenha, no estado fundamental, a configuração de um
singleto, algumas, como o oxigênio, apresentam-se em um estado
tripleto.
A passagem de uma molécula para níveis superiores de energia (S1, S2,
S3, etc.) pode dar-se por absorção de um único fóton pela molécula em
So (So S1, So S2, etc.) ou por absorção bifotônica (So S1 S2, So S1 S3,
etc.).
Ok! Os fótons das radiações não ionizantes, ao incidirem sobre as
moléculas, podem ser absorvidos pelas mesmas dependendo de
como os átomos estão associados para formar estas moléculas. Ao
absorver estes fótons, as moléculas ficarão excitadas para sempre?
DESATIVAÇÕES MOLECULARES
Formas de desativação
O excesso de energia adquirido por uma molécula pode ser utilizado
em reações químicas das quais ela participe ou por meio da sua
dissociação (fotólise ou radiólise). Mas este excesso pode também ser
eliminado por outros mecanismos, quais sejam: a) desativação com
emissão de radiações eletromagnéticas (fluorescência ou
fosforescência); b) desativação sem emissão de radiação, através de
choques intermoleculares, transferências de energia ou conversão
interna.
Na Figura abaixo podem ser vistas as diferentes formas de desativação,
em representação esquemática:
Diagrama representativo dos processos de ativação e desativação moleculares. A
absorção de energia pode levar a molécula ao primeiro estado excitado (S1), ao segundo
(S2) ou, mais raramente, a estados excitados tripletos (T1, T2, T3), nos quais ocorre
modificação do sentido de rotação de um elétron, que fica não emparelhado. A
desativação pode ocorrer por emissão de fótons (fluorescência para o estado singleto e
fosforescência para o tripleto) ou conversão interna (sem emissão fotônica). O estado S1
pode gerar o T1 por inversão de spin eletrônico (cruzamento entre sistemas).
DESATIVAÇÕES COM EMISSÃO DE RADIAÇÃO: FLUORESCÊNCIA X
FOSFORESCÊNCIA
A fluorescência pode ser definida como a imediata reemissão da
energia absorvida por uma molécula. Assim, a molécula A que, ao
absorver um fóton hf, se ativou, pode retornar ao estado fundamental
mediante emissão de um fóton, de energia hf', sendo f' menor ou igual
a f (lembrando que f se refere à frequência da radiação. Menor
frequência significa fóton de menor energia).
As principais características da fluorescência são:
a) a emissão é quase instantânea, cessando logo após a extinção da
fonte excitante;
b) o espectro de fluorescência é característico da substância que o
emite, pois cada radiação deste espectro corresponde a uma diferença
entre dois níveis energéticos (S1 So) da molécula; logo, a análise do
espectro de fluorescência pode servir para identificar uma substância;
c) a intensidade da fluorescência é proporcional à intensidade da
radiação excitante, propriedade que torna possível o uso de fotômetros
de fluorescência para dosagens químicas.
São exemplos de substâncias fluorescentes o tungstato de magnésio e
o silicato de zinco, utilizados na tinta que recobre internamente as
lâmpadas fluorescentes.
11) Como funciona a lâmpada fluorescente?
R: A forma de funcionamento é por intermédio da ionização de átomos de gás argônio e vapor
de mercúrio, e que logo após a ionização, os átomos são acelerados pela diferença de potencial
estabelecida entre os terminais da lâmpada e assim emitem as ondas eletromagnéticas ao
retornarem ao seu estado natural.
A fluorescência tem inúmeras aplicações, entre as quais a detecção de
diversos compostos químicos, a localização de substâncias intracelulares
(tais como hidrocarbonetos cancerígenos), o diagnóstico de doenças, etc.
A fosforescência pode ser definida como a emissão "retardada" da luz
após a excitação. Este retardo é característico do sistema em estudo e
varia de 10-3s até muitos segundos. Outro aspecto importante é que, para
uma dada molécula, os comprimentos de onda da emissão por
fosforescência são maiores que os da fluorescência. Em termos quânticos,
pode-se dizer que a fosforescência ocorre em consequência de transições
energéticas "proibidas"(raras); tal tipo de emissão ocorre, por exemplo, na
passagem do estado tripleto para o singleto fundamental (figura acima).
Um exemplo de substância fosforescente é o sulfeto de zinco calcinado
(com traços de sulfeto de cobre) utilizado nos interruptores de corrente
elétrica fosforescentes.
Ok! Mas as moléculas só voltam para o estado fundamental emitindo
radiação? A resposta é NÃO. As moléculas podem se “livrar” do excesso
de energia de outras formas....
DESATIVAÇÕES SEM EMISSÃO DE RADIAÇÃO
Seja uma molécula ativada A* que, como consequência do movimento
browniano, se aproxime de outra molécula B; as duas podem se afastar
bruscamente, com velocidade maior que a de aproximação. Isto
caracteriza o choque inelástico e representa uma transformação indireta
de energia radiante em energia cinética. O excesso de energia de uma
molécula A* pode ser transferido para outra molécula B, que esteja no
estado fundamental. Este processo se diferencia do choque inelástico, pois
a energia de ativação passa de uma molécula para outra, em vez de se
transformar em energia cinética; logo, o local de absorção da energia pode
não coincidir com o local onde se processam os efeitos biológicos ou
fotoquímicos. Moléculas ativadas pela absorção de um fóton podem
transferir seu excesso de energia para uma molécula indispensável ao
funcionamento da célula e lesá-la; fenômeno que se passa quando a
acetofenona é ativada e cede seu excesso de energia à timina do ácido
desoxirribonucleico (DNA), acarretando a produção de lesões. Algumas
reações bioquímicas podem levar ao aparecimento de moléculas ativadas,
que posteriormente transferem sua energia para macromoléculas. Isto
ocorre, por exemplo, quando o aldeído isobutírico é tratado pela
peroxidase, dando origem ao ácido fórmico e acetona no estado tripleto.
Esta, ao se desativar, é capaz de produzir quebras em cadeias de DNA,
alterar a conformação de proteínas e inativar bacteriófagos. A
possibilidade de obtenção de moléculas ativadas sem a prévia incidência
de fótons (reações bioenergizadas) constitui a base científica de uma
verdadeira "fotoquímica no escuro". A conversão interna consiste na
utilização do excesso de energia da molécula para o aumento da vibração
atômica e permite a passagem de um estado excitado mais energético que
tem um tempo de vida muito curto, relaxando rapidamente para o nível
vibracional mais baixo do S1. Este processo de decaimento entre níveis de
mesma multiplicidade (S S, T T) é conhecido como conversão interna.
Outra possibilidade, após a relaxação de um nível excitado mais energético
para S1 por conversão interna é a ocorrência do cruzamento intersistemas
que dá origem a elétrons excitados no estado tripleto, com os spins não
emparelhados. Em algumas moléculas (melanina, por exemplo) há
possibilidade de um estado muito excitado relaxar até o estado
fundamental através de cruzamentos intersistemas (passagem de S1 para
T1 e de T1 para So) sem emissão de fótons.
12) Quais as diferenças entre fluorescência e fosforescência do ponto de
vista energético, temporal e estado de excitação das moléculas?
Fluorescência Fosforescência
Temporal (emissão
quase instantânea ou
retardada da luz?)
EMISSÃO QUASE
INSTANTÂNEA
RETARDADA DA
LUZ
Energético Energia Fluorescência __>__ Energia Fosforescência
(para a (˂ ou ˃)
mesma molécula);
Estado de
excitação (S0 → S1
→ S0)
S0→ T1→ S0 (rara)
S0→ S1→ T1→S0
S1 → S0 S0 → T1 → S0
13) Qual a diferença entre estado tripleto e singleto de uma molécula?
R: Nos estados S1, S2, S3, etc, os elétrons, embora promovidos a maiores níveis de
energia, encontram-se emparelhados, sendo estes estadosdesignados como estados
singletos. Mas, em algumas situações, ocorre a inversão do spin, que faz passar a existir
dois elétrons não emparelhados; estes são considerados os estados tripletos, T1, T2, T3,
etc, da qual a duração é bem maior que a dos singletos.
14) O material do qual são feitos os interruptores de luz faz uso do efeito
de fluorescência ou de fosforescência?
R: O material é o sulfeto de zinco calcinado (com traços de sulfeto de cobre).
ESPECTROS DE ABSORÇÃO E DE AÇÃO
Quando um sistema biológico é submetido a um feixe complexo de
radiações, verifica-se que alguns dos componentes do espectro
podem produzir um efeito, mas o fazem com diferentes eficiências.
Isto é, todas as radiações são ativas para induzir o efeito
considerado, mas não são igualmente eficazes. Por exemplo, todos
os comprimentos de onda do UV na faixa entre 230 e 330 nm
podem acarretar a transformação da pró-vitamina D em vitamina D,
mas a quantidade produzida por fótons de 297 nm é o dobro da
observada com os de 304 nm, para iguais energias absorvidas; logo,
a primeira radiação é duas vezes mais eficiente que a segunda, para
este efeito fotoquímico. Efeitos desta natureza, cuja amplitude varia
com o comprimento de onda, são ditos seletivos e ocorrem
frequentemente. Os efeitos não seletivos são bastante raros e
encontram um exemplo na transformação da energia radiante em
calor. A seletividade dos componentes do espectro eletromagnético
para a produção de efeitos biológicos pode se tornar mais evidente
com outro exemplo. A absorção de 3,5 Gy* de raios X, no corpo
inteiro, acarreta a morte de 50% de uma população humana
irradiada. Mas a energia total absorvida por um indivíduo, nestas
condições, é equivalente à recebida por um banhista que
permaneça em uma praia do Rio de Janeiro por menos de uma
hora, em um dia claro de verão. Torna-se evidente que um
processo foto ou radiobiológico não pode ser considerado como
uma mera consequência da quantidade total de energia absorvida,
tornando-se indispensável caracterizar a natureza da radiação que
o produz.
* A dose de radiação absorvida é expressa em gray (Gy), definido
como "a dose de radiação ionizante que acarreta a liberação de 1
joule por quilograma de material absorvente".
A absorção de radiações eletromagnéticas pode depender da
natureza dos átomos que constituem a matéria irradiada
(radiações ionizantes) ou de como estes átomos estão associados
para formar moléculas (radiações não ionizantes). A absorção de
uma radiação não ionizante por uma molécula depende da
configuração eletrônica desta. Assim, a existência de ligações C=C,
C=O e C=N faz com que esta molécula apresente bandas de
absorção na região compreendida entre 190 e 300 nm, sendo a
posição exata da banda dependente dos outros grupamentos
químicos das vizinhanças. As proteínas apresentam um máximo de
absorção em 280 nm, como consequência da presença dos
aminoácidos aromáticos, enquanto os ácidos nucleicos o possuem
em 260 nm, por causa das bases purínicas e pirimidínicas.
A transmitância (T) de uma solução é definida pela relação entre a
inensidade de luz dela emergente (I) e a intensidade incidente (I0),
ou seja: T = I/ I0.
A densidade ótica ou absorbância é dada pela relação A = log10 I / I0
e, como expressão da Lei de Beer tem-se: I = I0
- ɛdc onde c é a
concentração do soluto (em moles/litro), d é a espessura da solução
(ou melhor, da cubeta que contém a solução) e ɛ é o coeficiente
molar de extinção, que corresponde à absorbância de uma solução
na concentração 1M. É usual representar, graficamente, os
comprimentos de onda que incidem em uma solução no eixo das
abcissas e as absorbâncias no eixo das ordenadas. Obtem-se, assim,
o espectro de absorção da substância em estudo. A comparação das
eficiências dos diferentes comprimentos de onda, para um dado
efeito fotoquímico, permite a construção do espectro de ação do
efeito considerado; para tal, representa-se graficamente a
intensidade do efeito no eixo das ordenadas e os comprimentos de
onda no eixo das abcissas. A construção do espectro de ação
permite, em muitos casos, identificar a estrutura responsável pelo
processo fotoquímico (cromóforo); assim, por exemplo, o espectro
de ação bactericida da radiação UV apresenta um máximo em 260
nm, como pode ser visto na figura abaixo (letra A), e este máximo
coincide com o pico de absorção dos ácidos nucleicos, o que indica
serem estes os alvos mais importantes no processo de inativação
das bactérias pela radiação. Muitos outros exemplos de semelhança
entre os espectros de ação e absorção podem ser apontados: a
sensibilidade do olho humano aos diferentes comprimentos de
onda e a absorção da rodopsina são representados por curvas
superponíveis (figura abaixo, letra B) e o espectro de absorção da
clorofila e o espectro de ação para fotossíntese apresentam picos
coincidentes (figura abaixo, letra C)
15) Qual a sua explicação para os seguintes fatos: a) No trânsito, a luz
amarela é a luz de ATENÇÃO. b) A sinalização nas estradas é amarela.
R: a) A luz amarela significa que o motorista precisa ficar em alerta, pois haverá
mudança no semáforo. b) Pois a luz amarela é mais confortável aos olhos humanos e é a
que mais os olhos se adaptam.
16) Por que se utiliza radiação UV de 254 nm para esterilizações
hospitalares e de material cirúrgico nos consultórios médicos e dentários?
R: Porque a construção do espectro de ação permite, que em determinada situação seja
possível identificar a estrutura responsável pelo processo fotoquímico (cromóforo);
assim, por exemplo, o espectro de ação bactericida da radiação UV apresenta um máximo
em 260 nm, e este máximo coincide com o pico de absorção dos ácidos nucleicos, o que
indica serem estes os alvos mais importantes no processo de inativação das bactérias pela
radiação. A radiação UV com 254 nm é eficiente para o controle de microorganismo
alterando o DNA deles, e com isso impedindo assim a sua proliferação.
17) Defina radiações ativas e radiações eficazes, exemplificando.
R: É quando um sistema biológico é submetido a um feixe completo de radiações,é
possível observar que alguns dos componentes do espectro podem induzir um efeito,
mas fazem isso com diferentes competências, ou seja, todas as radiações são ativas para
induzir o efeito apontado, mas não são igualmente eficazes.
18) Defina cromóforo.
R: É um grupo de átomos responsáveis pela cor de um composto, é um microrganismo
cujo protoplasma é colorido, é responsável pelo processo fotoquímico.
19) Defina espectro de ação e espectro de absorção (exemplifique).
R: O espectro de ação é o estudo, que observa os efeitos da luz de diferentes
comprimentos de onda, usando quantidades não saturantes em um processo fisiológico →
exemplos: fotossíntese. Já o espectro de absorção, é constituído por um conjunto de riscas
ou bandas negras, que é obtido em um espectroscópio quando se faz a luz passar
proveniente de uma fonte luminosa → exemplo: absorção da clorofila na fotossíntese.