Raio-X característico - Characteristic X-ray

Os raios X característicos são emitidos quando os elétrons da camada externa preenchem uma lacuna na camada interna de um átomo , liberando os raios X em um padrão que é "característico" de cada elemento. Os raios X característicos foram descobertos por Charles Glover Barkla em 1909, que mais tarde ganhou o Prêmio Nobel de Física por sua descoberta em 1917.

Explicação

Os raios X característicos são produzidos quando um elemento é bombardeado com partículas de alta energia, que podem ser fótons, elétrons ou íons (como prótons). Quando a partícula incidente atinge um elétron ligado (o elétron-alvo) em um átomo, o elétron-alvo é ejetado da camada interna do átomo. Depois que o elétron é ejetado, o átomo fica com um nível de energia vazio , também conhecido como buraco central . Os elétrons da camada externa caem então na camada interna, emitindo fótons quantizados com um nível de energia equivalente à diferença de energia entre os estados superior e inferior. Cada elemento possui um conjunto único de níveis de energia e, portanto, a transição de níveis de energia superiores para inferiores produz raios-X com frequências que são características de cada elemento.

Às vezes, porém, em vez de liberar a energia na forma de um raio-X, a energia pode ser transferida para outro elétron, que é então ejetado do átomo. Isso é chamado de efeito Auger , que é usado na espectroscopia de elétrons Auger para analisar a composição elementar das superfícies.

Notação

Os diferentes estados de elétrons que existem em um átomo são geralmente descritos por notação orbital atômica , como é usado em química e física geral. No entanto, a ciência de raios-X tem uma terminologia especial para descrever a transição dos elétrons dos níveis de energia superiores para os mais baixos: notação tradicional de Siegbahn ou, alternativamente, notação simplificada de raios-X .

Na notação de Siegbahn, quando um elétron cai da camada L para a camada K, o raio-X emitido é chamado de raio-X K-alfa . Da mesma forma, quando um elétron cai da camada M para a camada K, o raio-X emitido é chamado de raio-X K-beta .

Transições proeminentes

K-alpha

As linhas de emissão K-alfa resultam quando um elétron faz a transição para uma vaga na camada "K" mais interna ( número quântico principal n = 1) de um orbital p da segunda camada "L" ( n = 2), deixando uma vaga lá .

Ao colocar que inicialmente na camada K há uma única vaga (e, portanto, um único elétron já está lá), bem como que a camada L não está totalmente vazia no estado final da transição, esta definição limita o mínimo número de elétrons no átomo para três, ou seja, para o lítio (ou um íon semelhante ao lítio). No caso de átomos de dois ou um elétron, fala-se em vez de He- alfa e Lyman-alfa , respectivamente. Em uma definição mais formal, a camada L está inicialmente totalmente ocupada. Nesse caso, a espécie mais clara com K-alfa é neon (consulte o banco de dados de energias de transição de raios-X do NIST ). Essa escolha também coloca K-alfa firmemente na faixa de energia de raios-X .

Da mesma forma que Lyman-alfa, a emissão de K-alfa é composta por duas linhas espectrais, K-alfa 1 e K-alfa 2 . A emissão de K-alfa 1 é ligeiramente mais alta em energia (e, portanto, tem um comprimento de onda menor) do que a emissão de K-alfa 2 . Para todos os elementos, a proporção das intensidades de K-alfa 1 e K-alfa 2 é muito próxima de 2: 1.

Um exemplo de linhas K-alfa é o Fe K-alfa, emitido quando átomos de ferro espiralam para dentro de um buraco negro no centro de uma galáxia. A linha K-alfa em cobre é freqüentemente usada como a fonte primária de radiação de raios-X em instrumentos de espectrometria de difração de raios-X (XRD) baseados em laboratório.

K-beta

Emissões K-beta, semelhantes às emissões K-alfa, resultam quando um elétron faz a transição para a camada "K" mais interna (número quântico principal 1) de um orbital 3p da terceira camada ou "M" (com número quântico principal 3).

Energias de transição

As energias de transição podem ser calculadas aproximadamente pelo uso da lei de Moseley . Por exemplo, E K-alfa = (3/4) Ry (Z-1) 2 = (10,2 eV) ( Z - 1) 2 , onde Z é o número atômico e Ry é a energia de Rydberg . A energia do ferro ( Z = 26 ) K-alfa, calculada desta forma, é6,375  keV , com precisão de 1%. No entanto, para Z maiores , o erro cresce rapidamente.

Os valores exatos das energias de transição de K α , K β , L α , L β e assim por diante para diferentes elementos podem ser encontrados no banco de dados de energias de transição de raios-X do NIST e no banco de dados atômico Spectr-W3 para espectroscopia de plasma.

Formulários

Os raios X característicos podem ser usados ​​para identificar o elemento específico do qual são emitidos. Esta propriedade é usada em várias técnicas, incluindo raios-X de fluorescência espectroscopia , emissão de raios-X induzida por partícula , a espectroscopia de raios-X de energia dispersiva , e a espectroscopia de raios-X de comprimento de onda dispersivo .

Veja também

Notas