Química sob Radiação
Código
7913
Unidade Orgânica
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Departamento
Departamento de Química
Créditos
6.0
Professor responsável
Abel José de Sousa Costa Vieira
Horas semanais
3
Total de horas
63
Língua de ensino
Português
Objectivos
Embora tenha atraído, desde há muito tempo, a atenção dos cientistas, a Química sob Radiação teve um incremento extraordinário nas últimas décadas, essencialmente devido à contribuição interdisciplinar das áreas da Química (Orgânica em particular, mas também Química Inorgânica e Química Física), da Física, da Biologia e até à sua aplicação em certos ramos da Medicina, nomeadamente em Oncologia. De facto, uma das razões do interesse crescente pela Química sob Radiação tem sido o de estudar as alterações químicas induzidas pela interacção da radiação ionizante com os tecidos vivos, permitindo, com algum sucesso, elucidar os mecanismos de lesão celular que daí advêm. Além disso, os vários domínios de aplicação da Química sob Radiação, acima referidos, vieram consolidar o carácter interdisciplinar deste ramo do Saber, que passou a constituir um tema de ensino em várias Universidades.
A inclusão da disciplina de Química sob Radiação no curriculum do mestrado justifica-se não só pela adequação deste tema aos objectivos de formação pretendidos, como também pelo facto de os alunos a que se destina possuírem já os conhecimentos básicos de Física e Química necessários.
O objectivo da disciplina é transmitir aos alunos os conhecimentos fundamentais da Química sob Radiação e atrair a sua atenção para esta "área de ponta" da investigação científica. De acordo com o seu programa, é dada especial importância aos aspectos químicos da interacção da radiação com a matéria e às reacções assim induzidas, prestando-se particular atenção aos compostos de relevância biológica, não esquecendo as aplicações práticas, nomeadamente a nível industrial.
Pré-requisitos
Química Orgânica, Química Física e Física ao nível do 1º Ciclo de Bolonha.
Conteúdo
Introdução
Definição de Química sob Radiação
Desenvolvimento histórico
Tipos de radiação ionizante
Fontes de radiação ionizante
Interacção da radiação com a matéria
Deposição de energia na matéria
Raios X e raios g. Electrões
Transferência linear de energia (LET)
Modelos de transferência de energia em solução
Heterogeneidades radiolíticas
Dosimetria
Rendimento radiolítico
Dose absorvida
Unidades de radiação
Dosimetria física. Princípios de dosimetria química
Radiólise da água e de soluções aquosas
Decomposição da água pela radiação ionizante
Processos primários. Etapa pré-difusional e etapa difusional.
Etapa homogénea
Rendimento radiolítico das espécies radicalares e moleculares
As espécies redutoras H• e e−aq e suas reacções com solutos
A espécie oxidante OH• e suas reacções com solutos
Outras espécies primárias e respectivas reacções
Influência do meio sobre a natureza e rendimento dos produtos de radiólise
Reacções químicas induzidas por radiação
Técnicas experimentais
Radiólise pulsada. Métodos de detecção de transientes
Espectrofotometria cinética e condutimetria
Cálculo de constantes de velocidade
Espectroscopia de RPE
Radiólise estacionária
Análise de produtos finais
Química sob radiação de compostos de relevância biológica
Química e biologia sob radiação
Efeito directo e indirecto. Stress oxidativo
Radiólise do ADN e seus constituintes
Exemplos de alterações químicas e mecanismos de lesão celular
Sistemas radiomiméticos
Ultrassons
Produção de radicais por reacção química
Fotoionização UV
Aplicações preparativas e industriais da Química sob Radiação
Polimerização sob radiação
Remediação ambiental
Conservação de alimentos por irradiação
Esterilização de medicamentos por irradiação
Stocagem de resíduos
Radioprotecção
Bibliografia
HENGLEIN, A.
Einführung in die Strahlenchemie
Verlag Chemie (1969)
Obs: existe edição em inglês
ADAMS, G. E.; FIELDEN, E. M.; MICHAEL, B. D. eds.
Fast Processes in Radiation Chemistry and Biology
John Wiley & Sons (1975)
HÜTTERMANN, J.; KÖHNLEIN, W. ; TÉOULE, R. Eds
Effects of Ionizing Radiation on DNA
Spreiger Verlag, Berlin (1978)
FERRADINI, C.; PUCHEAULT, J.
Biologie de l'''' Action des Rayonnements Ionisants
Mason, Paris (1983)
Von SONNTAG, C.
The Chemical Basis of Radiation Biology
Taylor & Francis (1987)
FARHATAZIZ and RODGERS
Radiation Chemistry, Principles and Applications
VCH Publishers Inc. (1987)
SPINKS, J.W. T. and WOODS, R. J.
An Introduction to Radiation Chemistry
John Wiley & Sons, Inc. , 3th Ed. (1990)
HALLIWELL, B.; GUTTERIDGE, J.
Free Radicals in Biology and Medicine
Clarendon Press, Oxford (1991)
MOZDUMER, A.
Fundamentals of Radiation Chemistry
Academic Press, London (1999)
JONAH, C.D.; RAO, B.S.M.
Radiation Chemistry, Present Status and Future Trends
Elsevier, Amsterdam (2001)
Von SONNTAG, C.
Free-Radical-Induced DNA Damage an its Repair
Springer, Heidelberg (2006)
SPOTHEIM-MAURIZOT, M.; MOSTAFAVI, M.; DOUKI, T.;
BELLONI, J. eds.
Radiation Chemistry
EDP Sciences, Paris (2008)
WISHART, J.F.; RAO, B.S.M.
Recent Trends in Radiation Chemistry
World Scientific Pub. Co., New York (2010)
Método de ensino
Como disciplina de 2º Ciclo, de carácter complementar e de opção, maioritariamente informativo, Química sob Radiação tem funcionado principalmente em regime de seminário, em que os alunos têm como objectivo preparar temas a apresentar e discutir, de modo a permitir uma valorização dos conhecimentos básicos e sua aplicação em assuntos específicos.
As aulas (na forma de blocos semanais de três horas e meia, com intervalo) são de natureza teórico-prática, consistindo na apresentação dos fundamentos teóricos de acordo com o programa acima referido, complementadas e ilustradas com exemplos de aplicação e exercícios.
Intercaladamente com as aulas teórico-práticas, tem havido, e espera-se que continue a haver no futuro, a possibilidade (recorrendo a colaborações externas, nomeadamente o Instituto Tecnológico e Nuclear, Sacavém) de utilizar uma IGNOREe de radiação ionizante adequada, como por exemplo uma IGNOREe gama, de 60Co ou de 137Cs, ou um acelerador de electrões, de modo a complementar vantajosamente a disciplina com a realização de uma parte experimental. Neste caso, os alunos executam trabalhos laboratoriais, como, por exemplo, estudos cinéticos de reacções induzidas por radiação (utilizando técnicas de radiólise pulsada e métodos ópticos ou condutimétricos de detecção de transientes) ou análise dos respectivos produtos finais (por cromatografia HPLC e espectrometria de massa).
Uma vez que a matéria da disciplina se integra na área da Química Orgânica Radicalar, há toda a vantagem em incluir na componente teórico-prática um seminário de Espectroscopia de Ressonância Paramagnética Electrónica (RPE). A inclusão desta matéria justifica-se não só pelo seu enquadramento na disciplina, como também pelo facto de ser um tema que habitualmente não é tratado a montante (1º Ciclo), mesmo em disciplinas de Espectroscopia. O seminário de RPE tem a forma de uma conferência proferida por um especialista convidado.
Os conhecimentos de RPE adquiridos são depois aplicados num trabalho experimental em que os alunos geram radicais estáveis, traçam os respectivos espectros de RPE e os interpretam por simulação de acordo com programas adequados.
Método de avaliação
A avaliação final da disciplina (cujo método é apresentado e discutido com os alunos) baseia-se principalmente nos trabalhos monográficos apresentados em seminário e na respectiva discussão, tendo ainda em conta os relatórios dos trabalhos laboratoriais e sua discussão.
No enquadramento actual da disciplina (Mestrado em Bioorgânica, 2º Ciclo de Bolonha), dado o pequeno número de alunos, a avaliação realiza-se num único dia, após o final do semestre (durante o período de avaliação). Na primeira parte da sessão de avaliação faz-se a discussão dos relatórios dos trabalhos experimentais (RPE e Radiólise) realizados pelos alunos (em grupos de dois) durante o semestre, seguida da apresentação individual de cada trabalho monográfico (15 minutos) e respectiva discussão (15 minutos). Esta parte é feita em forma de seminário, com a assistência de todos os alunos, que também participam na discussão.
A classificação final é uma média ponderada de todas as componentes acima referidas:
Nota final = (TE1 d + TE2 d)*0.25 + Mon A/d*0.5
(TE1, relatório do trabalho de RPE; TE2, relatório do trabalho de radiólise; Mon, monografia)