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GM-861
Difração de raios X
Sugestão de leitura: X-Ray Methods, Clive Whiston, Analytical Chemistry by Open Learning, John Wiley & Sons, 1987
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Difração de raios X
A difração de raios X é uma técnica fundamental em mineralogia, pois é com ela que se pode determinar as posições atômicas dos elementos na estrutura cristalina a estrutura dos minerais.
Um uso mais corriqueiro da difração de raios X, é a identificação de minerais e de materiais cristalinos cujas estruturas já são conhecidas
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A descoberta dos raios X - 1895
Wilhelm Roentgen
(1845-1923)
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Primeiras radiografias
Radiografia da mão de Bertha, esposa de Roentgen (22/12/1895)
Rifle de Roentgen
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Raios X raios catódicosNão eram afetados por campos elétricos e magnéticos.
Podiam penetrar sólidos, com profundidades que dependem da sua densidade.
1897: J.J. Thomson mostrou que os raios catódicos eram corpúsculos com carga negativa: elétrons
Suspeitava-se que os raios X fossem ondas eletromagnéticas, mas não se conseguia observar o fenômeno da interferência, típico de ondas.
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1912- Max Van Laue sugeriu que o comprimento de onda dos raios X era muito pequeno para poder provocar fenômenos de difração em fendas ou grades usadas para a luz visível.
A alternativa seria usar cristais que tem planos regulares, próximos entre si
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Padrão de difração da vesuvianita
Ca10Mg2Al4(Si2O7)2(SiO4)5(OH)4 ,
obtido num filme (negativo) fotográfico. Os pontos representam camadas ou planos da estrutura cristalina. O espaçamento entre os pontos é proporcional ao espaçamento entre os planos do cristal.
Qual a simetria que é possível reconhecer nesta imagem?
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Espalhamento de ondas de raios X
Onda incidente
Frente de onda esférica
Onda espalhada
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Duas fontes pontuais interferem construtivamente na direção das setas
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O espalhamento raios X por uma família de planos de um cristal
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água
ânodo
janela de Be
raios X
Produção de raios X num tubo
filamento de W
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Elétrons incidentes
fotoelétron
Produção de raios X característicos
núcleo
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Emissão de raios X – linhas K
ounúcleo
raio X
raio X
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Espectro de raios X de um metalIn
ten
sid
ade
energia
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Espectro de raios X de um metalIn
ten
sid
ade
energia
K= K1+ K2
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ABSORÇÃO RAIOS X
I= I0e-x
I= intensidade transmitida
I0= intensidade incidente
= coeficiente de absorção linear
x= espessura
sólido >líquido>gás
I= I0e-
m x
m = coeficiente de absorção de massa ou de atenuação
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Linha K do Cu após passar por filtro de Ni
Inte
nsi
dade
energia
K= K1+ K2
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Comprimento de onda dos raios X: 0,1-100 Å
Cristalografia de raios X : = 1-3 Å
metal K (Å)
Cr 2,29100
Fe 1,937355
Co 1,790260
Cu 1,541838
Mo 0,710730
de tubos de raios X comuns
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Orientação do cristal
Raios X
Det
etor
de
raio
s X
Feixe difratadocristal
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Exemplo de difratômetro de raios X
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Exemplos de preparação de amostra
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Estruturas cristalinas de SiO2
vidro de SiO2
cristobalita (alta)
cristobalita (baixa)
quartzo
quartzo
quartzo quartzo
cristobalita (alta) cristobalita
(baixa)
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Identificação de minerais
Os três picos mais intensos são utilizados para iniciar o procedimento de identificação, na sua ordem de intensidade, comparando-os com dados dos arquivos PDF (powder difraction file do ICDD, International Centre for Diffraction Data, www.icdd.com). Se elas coincidirem com uma substância, as posições e intensidades dos demais picos são comparadas com as do arquivo.
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Exercício 1:completar a tabela com o difratograma fornecido
No. da linha 2 (graus) d (Å) Altura do
pico (mm)I/Il
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Difratometria de raios X
• Análises simples, em amostras pequenas; método não
destrutivo
• Identificar fases presentes (>5%), incluindo polimorfos
• Não se aplica a compostos amorfos ou ausentes no PDF
• Sobreposições de picos dificultam a identificação
• Contaminantes (soluções sólidas) deslocam os picos das
suas posições normais
• Orientação preferencial ou com ordem/desordem