título do resumo - Anais Unicentro

ESTUDO DE ESPÉCIES PARAMAGNÉTICAS PRESENTES EM ROCHAS
POR RESSONÂNCIA PARAMAGNÉTICA ELETRÔNICA (RPE).
Daniel Farinha Valezi (PROIC - UEL), Eduardo Di Mauro (Orientador), email: [email protected].
Universidade Estadual de Londrina/Departamento de Física - CCE, PR.
Ciências Exatas da terra – Física
Palavras-chave: Rochas, RPE, Complexos de Ferro.
Resumo
Foi realizado o estudo por Ressonância Paramagnética Eletrônica
(RPE) de diversas rochas do Estado do Paraná, cedidas pela MINEROPAR
(Minerais do Paraná AS). As amostras foram investigadas com o principal
objetivo da determinação de complexos paramagnéticos e suas possíveis
interações com impurezas.
Quando se estuda rochas de uma determinada região, é possível
extrair uma grande quantidade de informações do solo e sobre a formação
deste daquele local.
A maioria das rochas estudadas mostrou traços de complexos de
ferro e algumas mostraram sinais de radical livre.
Introdução
Ao se estudar rochas e complexos mineralógicos de uma determinada
região, é possível extrair uma grande quantidade de informações sobre a
formação do solo, assim como, as características deste nesse determinado
local. Esse tipo de estudo é de grande importância para as empresas de
mineração, pois saber como é formado o solo de um determinado local,
pode nos fornecer informações importantes sobre os possíveis tipos de
minérios e rochas que podem ser explorados nesta região.
As rochas podem ser definidas como agregados sólidos de minerais
que ocorrem naturalmente. Existem rochas que são formadas por apenas
um mineral, e outras que são formadas ainda por materiais não minerais.
No presente trabalho foi realizado o estudo por Ressonância
Paramagnética Eletrônica (RPE) de diversas rochas do Estado do Paraná,
cedidas pela MINEROPAR (Minerais do Paraná AS), com o principal objetivo
de investigar a identidade e as propriedades das espécies paramagnéticas
presentes nas rochas.
Anais do XIX EAIC – 28 a 30 de outubro de 2010, UNICENTRO, Guarapuava –PR.
Materiais e Métodos
Ressonância Paramagnética Eletrônica.
A espectroscopia por Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) é uma
técnica não destrutiva que consiste na absorção ressonante de microondas
por amostras paramagnéticas colocadas em um campo magnético. Baseiase na existência do spin eletrônico e na interação de seu momento
magnético associado com um campo magnético efetivo, resultante de um
campo externo aplicado (efeito Zeeman) e de campos internos gerados por
núcleos magnéticos que estejam nas proximidades.
Na ausência de um campo magnético externo, os spins de uma
amostra paramagnética estão orientados ao acaso. Quando aplicado um
campo magnético externo, os spins tendem a se orientar, podendo tomar
duas direções possíveis: paralela ou antiparalela à direção do campo
magnético aplicado. Portanto, quando aplicado o campo magnético externo
o nível de energia do estado fundamental pode ser desdobrado em duas
componentes (efeito Zeeman). Pode-se escrever a energia potencial
orientacional como mostrado abaixo.
onde é o momento de dipolo magnético de spin, B o campo magnético
aplicado, gs é denominado fator g de spin, β é o magnéton de Bohr e m s é
um numero quântico que pode assumir valores de +/- 1/2.
Se introduzirmos no sistema considerado uma perturbação
dependente do tempo (campo de microondas), poderá ocorrer absorção
ressonante da energia, se a frequência associada à perturbação for igual à
frequência associada à diferença entre os dois níveis de energia. Pode- se
ilustrar o desdobramento da energia e a introdução do campo de microonda
como mostrado a seguir.
Figura 1: Níveis de energia para spin ½ na presença de um campo magnético B0. Ilustra-se
a absorção de um fóton de energia hv.
Anais do XIX EAIC – 28 a 30 de outubro de 2010, UNICENTRO, Guarapuava –PR.
O aproveitamento máximo da perturbação ocorrerá quando esta for
perpendicular ao campo magnético aplicado. Resumindo, sendo v a
freqüência da perturbação, portanto hv a energia do fóton associado (E =
hv), a condição de ressonância é dada pela seguinte equação básica:
Quando a condição de ressonância é satisfeita, o sistema absorve
energia do campo de microondas, essa energia faz com que ocorra uma
inversão na direção do spin. No momento da transição, um sistema
eletrônico apropriado, que faz parte do espectrômetro de RPE, detecta a
absorção de energia, ou usualmente, sua primeira derivada.
Figura 2: Esquema mostrando (a) Desdobramento dos niveis de energia do spin eletrônico
na presença de um campo magnetico B (b) a forma da linha de absorção de energia do
campo de microondas (c) a derivada da linha de absorção.
Usando a condição de ressonância, podemos determinar o valor do
fator g, e ele pode nos auxiliar na determinação de um sinal desconhecido.
As medidas de RPE foram realizadas num espectrômetro da marca
JEOL, modelo JES-PE-3X de cavidade cilíndrica, operando em banda X
(freqüência de microondas 9,5 GHz) à temperatura ambiente. Foi utilizado
como marcador de spin o MgO:Mn2+, que possui as propriedades
paramagnéticas bem definidas e conhecidas para que seja possível
mensurar os espectros obtidos e compará-los com um espectro de
referência. As rochas foram introduzidos em tubos de quartzo com 4 mm de
diâmetro, em seguida colocados um a um na cavidade ressonante e obtidos
seus espectros.
Anais do XIX EAIC – 28 a 30 de outubro de 2010, UNICENTRO, Guarapuava –PR.
Resultados e Discussão
Todas as rochas cedidas foram medidas e seus espectros de RPE
obtidos, muitas das rochas apresentaram sinais característicos de
complexos de ferro, e algumas apresentaram sinais característicos de
radical livre.
Foram encontradas ressonâncias para as rochas em g=6,6 e g=3,8
para todas as amostras, indicando a presença de Fe3+ em simetria
octaédrica com distorção tetraédrica para g=6,6 e Fe 3+ em simetria axial para
g=3,8, além da presença de radicais livres (g=2) em algumas amostras
Conclusões
A espectroscopia por Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE)
mostrou-se uma poderosa técnica que nos auxiliou a identificar as
características e a composição de rochas.
A maioria das rochas mostrou traços de complexos de ferro e
algumas apresentaram sinais característicos de radicais livres. Porem o
trabalho requer uma análise mais detalhada dos dados obtidos para a
sistematização dos resultados.
Agradecimentos
Agradeço a Universidade Estadual de Londrina pela oportunidade de realizar
este trabalho.
Agradeço ao professor Eduardo Di Mauro pela oportunidade, ajuda e
disponibilidade cedida.
Referências
Eisberg, R.; Resnick, R. Física Quântica, Átomos, Moléculas, Sólidos,
Núcleos e Particulas.Editora Campus, 18a Tiragem.
Vugman, N.V.; Herbst, M.H. Introdução à Ressonância Paramagnética
Eletrônica de onda contínua. Aplicações ao estudo de complecos de metais
de transição. Rio de Janeiro, 2007.
Ikeya, M. New Applications of Electron Spin Resonance – Dating, Dosimetry
and Microscopy. London: World Scientific, 1993.
Anais do XIX EAIC – 28 a 30 de outubro de 2010, UNICENTRO, Guarapuava –PR.