Aca - Departamento de Física - Universidad Técnica Federico Santa ...

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V Encuentro Sud Americano de Colisiones Inelásticas en la Materia Identificação dos caminhos de fragmentação da molécula de CHClF 2 quando ionizada por elétrons L. Sigaud 1 , Natalia Ferreira 1 , V.L.B. de Jesus 2 , W. Wolff 1 , A.L.F. de Barros 3 , A.C.F. dos Santos 1 , R.S. Menezes 2 , A.B. Rocha 4 , M.B. Shah 5 , E.C. Montenegro 1 1 Instituto de Física, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 21941-972, Rio de Janeiro, RJ, Brasil 2 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro, 26530-060, Nilópolis, RJ, Brasil 3 CEFET/RJ, 20271-110, Rio de Janeiro, RJ, Brasil 4 Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 21941-614, Rio de Janeiro, RJ, Brasil 5 School of Maths & Physics, The Queen´s University of Belfast, Belfast, UK email address corresponding author: lucas@if.ufrj.br O impacto negativo ao meio-ambiente causado pelo aumento do buraco da camada de ozônio é bem conhecido. Em 1974, Molina e Rowland descobriram que a maior parte dos compostos CFC utilizados na indústria desde a década de 30 ainda estavam presentes em camadas altas da atmosfera [1]. Na baixa estratosfera, moléculas de CFC podem ser fragmentadas, liberando um átomo de cloro, que, juntamente com o bromo, são os principais responsáveis pela depleção da camada de ozônio. Originalmente acreditava-se que o mecanismo responsável pela fragmentação das moléculas de CFC fossem fótons energéticos provenientes do Sol, mas estudos recentes mostram que elétrons de chuveiros gerados por raios cósmicos podem ser candidatos viáveis para a produção de átomos de cloro na estratosfera [2,3]. Por isso, um estudo da fragmentação de moléculas de CFC e HCFC (compostos CFC hidrogenados, a fim de diminuir seu impacto para a camada de ozônio) quando impactadas por elétrons é necessário, uma vez que alguns desses compostos continuam sendo utilizados largamente na indústria, como é o caso do CHClF 2 . Para tanto, um canhão de elétrons operante na faixa de 40-450eV acoplado a uma célula gasosa com medição de pressão absoluta e um espectrômetro de massa por tempo de vôo montado na Universidade Federal do Rio de Janeiro foi utilizado. As seções de choque de fragmentação da molécula de CHClF 2 quando impactada por elétrons foram medidas, fornecendo um indicador preciso para a produção de átomos de cloro. As seções de choque absolutas e parciais para cada um dos principais canais de fragmentação (a saber, H + , C + , CH + , F + , CF + , CHF + , Cl + , (CF + 2 + CHF + 2 ), (CClF + + CHClF + + 2 ) e (CClF 2 + CHClF + 2 )) foram obtidas, e os resultados comparados com previsões teóricas calculadas a partir de um modelo simples baseado na aproximação de Born e funções de onda hidrogenóides [4]. A partir dessa comparação, as razões de fragmentação (branching ratios) puderam ser obtidas empiricamente, ajustando-se os parâmetros livres às seções de choque calculadas e aos dados obtidos experimentalmente. Os resultados obtidos [5] indicam que a molécula de CHClF 2 é altamente instável ao ser ionizada por elétrons nesta faixa de energia - isto é, quando um de seus elétrons é removido, a maior probabilidade é a da molécula-mãe se fragmentar, pois a seção de choque de produção do íon CHClF + 2 é uma das menores observadas. A maior de todas é justamente a do canal de fragmentação responsável pela emissão do átomo de cloro (CF + 2 ou CHF + 2 + Cl 0 ), conforme ilustra a Figura 1. Além disso, o estudo realizado dos caminhos possíveis de fragmentação da 70 Valparaíso, Chile

V Encuentro Sud Americano de Colisiones Inelásticas en la Materia molécula de CHClF 2 indicam que não apenas vacâncias nos orbitais do átomo de cloro podem gerar sua emissão, mas também que elétrons retirados dos orbitais do átomo de flúor contribuem significativamente para a emissão do átomo de cloro. Esse aspecto interessante aponta para uma fragmentação em um sítio diferente do local onde a ionização de fato ocorreu, por meio de um rearranjo local dos orbitais eletrônicos do átomo de flúor, que pode gerar rearranjos eletrônicos e excitações vibracionais na molécula. Figura 1. Espectro típico obtido na fragmentação da molécula de CHClF 2 (representada nos detalhes) por impacto de elétrons. Pode-se notar claramente a predominância do canal responsável pela emissão do átomo de cloro (CF 2 + + CHF 2 + ), bem como o baixa probabilidade do canal que representa a ionização simples da molécula-mãe. Os cálculos teóricos, mesmo baseados em um modelo simples, fornecem, portanto, uma descrição razoavelmente detalhada dos caminhos mais prováveis para a fragmentação da molécula por elétrons. Em particular, essa comparação mostra um grande indício de não-localidade entre a ionização e o processo de fragmentação, a qual contribui significantemente para a instabilidade do CHClF 2 [5]. References [1] F.S. Rowland and M.J. Molina, Nature 249, 810 (1974). [2] Q.-B. Lu and L. Sanche, Phys. Rev. Lett. 87, 078501 (2001). [3] J.A.M. Pereira, Nucl. Instr. Meth. B 240, 133 (2005). [4] E.C. Montenegro, A.C.F. dos Santos e G.M. Sigaud, Application of Accelerators in Research and Industry 2000 (AIP Conf. Proc. 576) ed. J.L. Duggan and I.L. Morgan (New York: AIP Press), 96 (2001). [5] L. Sigaud, Natalia Ferreira, V.L.B. de Jesus, W. Wolff, A.L.F. de Barros, A.C.F. dos Santos, R.S. Menezes, A.B. Rocha, M.B. Shah and E.C. Montenegro, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 43, 105203 (2010). 71 Valparaíso, Chile

V Encuentro Sud Americano <strong>de</strong> Colisiones Inelásticas en la Materia<br />

molécula <strong>de</strong> CHClF 2 indicam que não apenas<br />

vacâncias nos orbitais do átomo <strong>de</strong> cloro<br />

po<strong>de</strong>m gerar sua emissão, mas também que<br />

elétrons retirados dos orbitais do átomo <strong>de</strong><br />

flúor contribuem significativamente para a<br />

emissão do átomo <strong>de</strong> cloro. Esse aspecto<br />

interessante aponta para uma fragmentação<br />

em um sítio diferente do local on<strong>de</strong> a<br />

ionização <strong>de</strong> fato ocorreu, por meio <strong>de</strong> um<br />

rearranjo local dos orbitais eletrônicos do<br />

átomo <strong>de</strong> flúor, que po<strong>de</strong> gerar rearranjos<br />

eletrônicos e excitações vibracionais na<br />

molécula.<br />

Figura 1. Espectro típico obtido na<br />

fragmentação da molécula <strong>de</strong> CHClF 2<br />

(representada nos <strong>de</strong>talhes) por impacto <strong>de</strong><br />

elétrons. Po<strong>de</strong>-se notar claramente a<br />

predominância do canal responsável pela<br />

emissão do átomo <strong>de</strong> cloro (CF 2 + + CHF 2 + ), bem<br />

como o baixa probabilida<strong>de</strong> do canal que<br />

representa a ionização simples da molécula-mãe.<br />

Os cálculos teóricos, mesmo baseados<br />

em um mo<strong>de</strong>lo simples, fornecem, portanto,<br />

uma <strong>de</strong>scrição razoavelmente <strong>de</strong>talhada dos<br />

caminhos mais prováveis para a<br />

fragmentação da molécula por elétrons. Em<br />

particular, essa comparação mostra um<br />

gran<strong>de</strong> indício <strong>de</strong> não-localida<strong>de</strong> entre a<br />

ionização e o processo <strong>de</strong> fragmentação, a<br />

qual contribui significantemente para a<br />

instabilida<strong>de</strong> do CHClF 2 [5].<br />

References<br />

[1] F.S. Rowland and M.J. Molina, Nature 249,<br />

810 (1974).<br />

[2] Q.-B. Lu and L. Sanche, Phys. Rev. Lett. 87,<br />

078501 (2001).<br />

[3] J.A.M. Pereira, Nucl. Instr. Meth. B 240, 133<br />

(2005).<br />

[4] E.C. Montenegro, A.C.F. dos Santos e G.M.<br />

Sigaud, Application of Accelerators in Research<br />

and Industry 2000 (AIP Conf. Proc. 576) ed. J.L.<br />

Duggan and I.L. Morgan (New York: AIP<br />

Press), 96 (2001).<br />

[5] L. Sigaud, Natalia Ferreira, V.L.B. <strong>de</strong><br />

Jesus, W. Wolff, A.L.F. <strong>de</strong> Barros,<br />

A.C.F. dos Santos, R.S. Menezes,<br />

A.B. Rocha, M.B. Shah and E.C.<br />

Montenegro, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.<br />

43, 105203 (2010).<br />

71 Valparaíso, Chile

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