Filtro de íons

Quando cientistas e pesquisadores realizam uma pesquisa que possui partículas carregadas, o estudo de partículas com velocidades extremamente definidas se torna algo fundamental. Mas o que esses profissionais precisam fazer para que esse estudo se torne realidade? Geralmente, a análise e o estudo dessas partículas são feitos por meio de um filtro de íons.

E o que faz esse filtro? A principal e mais importante função de um filtro de íons é o bloqueio direto de todas as partículas estudadas que possuem uma velocidade que se mostra diferente da velocidade determinada pelos cientistas e pesquisadores.

Construção do filtro de íons

Você deve estar se perguntando como é feita a construção desse filtro. Nas situações em que o filtro de íons se faz necessário, os pesquisadores optam por construir um filtro de formato cilíndrico e que contenha dois pequenos buracos nas bases. Além disso, o filtro deve possuir dois eletrodos que atuam na produção de um campo elétrico extremamente constante.

Essa construção é inserida perfeitamente em um campo magnético chamado de campo magnético B. Esse campo possui uma direção perpendicular ao campo elétrico E. Nesse caso, é possível notar que o filtro possui a capacidade de separar a área em que os íons são produzidos da área em que se pretende estudar os íons.

Ao analisar essa situação, é possível perceber que todos os íons que conseguem passar pelo segundo buraco de maneira fácil e rápida, são aqueles íons que possuem a velocidade correta e definida pelos cientistas. Os íons que não possuem essas características acabam sendo desviados da rota e, consequentemente, acabam batendo diretamente nas paredes presentes no cilindro utilizado para o estudo.

Observação dos íons

Todos os íons que entram com a velocidade ideal definida pelo cilindro acabam sendo afetadas por uma força total que é definida por meio da soma vetorial de todas as forças magnéticas e também das forças elétricas. Portanto, nesse tipo de filtro, as forças magnéticas e elétricas acabam tendo a mesma direção, porém, possuem sentidos totalmente contrários.

Nessas situações, quando a força magnética e a força elétrica acabam possuindo o mesmo valor e, consequentemente, possuem exatamente o mesmo módulo, a força total acaba sendo definida como zero. Em formato de fórmula, esse momento pode ser descrito como Qe = Qvb.

Podemos concluir, então, que somente os íons que possuem a velocidade considerada ideal pelos pesquisadores e cientistas terão a capacidade de fazer seu caminho pelo cilindro sem ser impactado por nenhum tipo de força, saindo diretamente pelo buraco de saída.

No caso dos íons que possuem velocidades diferentes das definidas no início do estudo, as chances de serem impactados por uma força total, que é diferente de zero, são maiores. Quando isso acontece, os íons acabam sendo desviados do seu caminho inicial e, consequentemente, erram e não alcançam o buraco de saída.

Ao possuir o controle total do campo elétrico E que existe dentro do filtro de íons, é totalmente possível optar pela seleção da velocidade dos íons que serão capazes de passar pelo filtro e alcançar a saída sem nenhum tipo de alteração.

Agora que já sabemos como um filtro de íons funciona, é fundamental entender o que são os íons. Para isso, é preciso ter em mente que, para que um átomo seja considerado eletricamente neutro, é necessário que ele possua o mesmo número de elétrons e de prótons. Quando essa situação não acontece ou se torna impossível, surgem os íons.

Isso significa que os íons nada mais são que os átomos que acabaram perdendo o ganhando elétrons durante uma reação química. Os íons podem ser classificados como ânions, caracterizados pelos átomos que ganham elétrons e se carregam de forma negativa, e cátions, formados pelos átomos que perderam elétrons e acabaram ganhando uma carga positiva.

De maneira simplificada, podemos dizer que os ânions são representados pelos íons negativos e os cátions são representados pelos íons positivos. Em situações em que há a ligação entre os íons negativos e os íons positivos, formamos uma ligação iônica. Um dos mais importantes exemplos de ligação iônica acontece na formação do cloreto de sódio, o famoso sal de cozinha.

De forma geral, concluímos então que os íons são componentes químicos que surgiram como resultado de uma situação em que ocorreu o ganho ou a perda de elétrons como consequência de uma reação eletricamente carregada.

Mas, para que um elétron seja excluído da eletrosfera de um íon, é necessário que exista uma energia mínima. Esse processo é chamado de potencial de ionização, e acontece principalmente quando o elétron não foi impactado com nenhum tipo de estímulo e possui o estado gasoso.

Nessas situações, percebemos que, quanto mais elevada for a energia recebida pelo átomo em questão, menor será a sua tendência de se transformar em um íon positivo. Os metais em geral são elementos que possui pouco potencial de ionização. Já os halogênios possuem essa capacidade elevada.