Simulação Monte Carlo no ensino de luminescência e cinética de decaimento de estados excitados

Abstract

Recebido em 16/12/08; aceito em 22/6/09; publicado na web em 27/11/09 MONTE CARLO SIMULATION ON TEACHING OF LUMINESCENCE AND EXCITED STATES DECAY KINETICS. A software based in the Monte Carlo method have been developed aiming the teaching of important cases of mechanisms found in luminescence and in excited states decay kinetics, including: multiple decays, consecutive decays and coupled systems decays. The Monte Carlo Method allows the student to easily simulate and visualize the luminescence mechanisms, focusing on the probabilities of the related steps. The software CINESTEX was written for FreeBASIC compiler; it assumes first-order kinetics and any number of excited states, where the pathways are allowed with probabilities assigned by the user.Keywords: Monte Carlo simulation; luminescence; excited states decay kinetics. INTRODUÇÃOOs processos de emissão de luz estão presentes em diversos fenômenos naturais e são importantes nas interações do Homem com o meio ambiente. Existem basicamente dois modos pelos quais as substâncias podem emitir luz sob condições normais. O primeiro é por intermédio de aquecimento e é chamado de incandescência. A luz emitida neste caso segue o perfil da radiação de corpo negro e é dependente da temperatura. O segundo modo é denominado luminescência, que é responsável pela emissão de luz sob temperaturas relativamente mais baixas. Esta luz emitida é característica da amostra, pois depende da existência de estados eletrônicos (excitados e fundamental) característicos da substância.A luminescência pode ser classificada segundo o tipo de fonte de excitação: 1 -fotoluminescência refere-se à excitação por meio de fótons (luz).Exemplos deste tipo de emissão são encontrados em botões de interruptores de luz, sinalizadores de emergência etc; -catodo-luminescência quando a excitação for realizada com raios catódicos (feixes de elétrons). São encontrados nos tubos de raios catódicos (CRT) de televisores e monitores de computadores; -eletroluminescência quando a excitação for realizada por meio de corrente elétrica. São encontrados em diodos emissores de luz (Light Emitting Diodes, LED), como luzes indicadoras em aparelhos eletrônicos de som, vídeo etc; -quimiluminescência quando a fonte de excitação for um reagente químico no estado eletrônico excitado. Como exemplo tem-se a reação do luminol, que é empregado em investigações criminais; -bioluminescência quando o reagente químico responsável pela luminescência fizer parte do metabolismo de um ser vivo. Exemplos deste tipo são encontrados em vaga-lumes, algas, peixes abissais etc; -termo-luminescência quando a luminescência for estimulada por meio de aquecimento da amostra (se contrapõe à incandescência devido à emissão de luz característica da amostra). Outro tipo de classificação considera o tempo de duração da emissão de luz. Temos assim: fluorescência, quando a emissão de luz terminar quando cessar a excitação da amostra e, fosforescência, quando a emissão de luz perdurar por um período de tempo considerável após findar a excitação da amos...

An Approach to the Kinetics and Thermodynamics of Elementary Chemical Reactions Using a Stochastic Model

“…Teaching modules in chemical kinetics have used stochastic methods, such as the Monte Carlo method (MCM), to study chemical reactions. [4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17] Stochastic methods offer a number of advantages. First, due to the lack of infrastructure at some school laboratories and universities, certain important topics in physical chemistry are either neglected or only treated theoretically.…”

Estudo de reações químicas homogêneas via método de Monte Carlo

“…1,2 Tais experimentos computacionais têm sido amplamente aplicados como estratégias didáticas no ensino de Ciências (Física, Química, Biologia). [3][4][5][6][7][8][9] Uma das vantagens em se utilizar uma abordagem computacional pode estar no fato de que nem sempre conseguimos no laboratório, situações e/ou regimes extrapolados, tais como altas temperaturas e pressões. Também, do ponto de vista teórico, nem sempre podemos resolver analiticamente as equações que descrevem um sistema químico em estudo, dada sua complexidade; tais obstáculos podem ser facilmente contornados utilizando-se um computador.…”

“…Por fim, ressaltamos que essa é a primeira etapa para a confecção de um software voltado para o ensino e a pesquisa de reações químicas. Já existem trabalhos que utilizam o MMC para o estudo cinético de reações químicas, 3,8 entretanto não consideram explicitamente as energias de ativação e a temperatura como parâmetros nas simulações, os quais julgamos essenciais para as discussões que seguem.…”

Simulações de Monte Carlo no ensino de Ciência Política

“…Também na conclusão, retomamos este ponto para discutir a ainda pouca disponibilidade de técnicas de ensino na disciplina, o que ressalta a importância da nossa contribuição e a dificuldade de testar comparativamente a eficácia de cada uma. 7 Antes de adentrar propriamente na apresentação dos aspectos técnicos da SMC e na sua aplicação à Ciência Política, é importante destacar que o seu uso com o objetivo de facilitar o processo de ensino-aprendizagem já é explorado por outras áreas do conhecimento técnico-científico: na Química, para ensino de luminescência, cinética (Winnischofer et al, 2010); na Metrologia, para avaliação de incerteza na medição (Donatelli e Konrath, 2005); simulação de eventos discretos para o ensino de Engenharia de Produção (Molina, Marins e Montevechi, 2010); na Física, para o ensino de mecanismo de transferência de calor (Dionisio e Spalding, 2014). Esses são alguns exemplos da variedade de usos da SMC para o ensino de teoria e conceitos abstratos, que mostram que a técnica já é usada de forma consistente há algum tempo no ensino de várias ciências.…”