GM-861 Difração de raios X Sugestão de leitura: X-Ray Methods, Clive Whiston, Analytical...

GM-861

Difração de raios X

Sugestão de leitura: X-Ray Methods, Clive Whiston, Analytical Chemistry by Open Learning, John Wiley & Sons, 1987

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

A descoberta dos raios X - 1895

Wilhelm Roentgen

(1845-1923)

Primeiras radiografias

Radiografia da mão de Bertha, esposa de Roentgen (22/12/1895)

Rifle de Roentgen

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.

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

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?

Espalhamento de ondas de raios X

Onda incidente

Frente de onda esférica

Onda espalhada

Duas fontes pontuais interferem construtivamente na direção das setas

O espalhamento raios X por uma família de planos de um cristal

água

ânodo

janela de Be

raios X

Produção de raios X num tubo

filamento de W

Elétrons incidentes

fotoelétron

Produção de raios X característicos

núcleo

Emissão de raios X – linhas K

ounúcleo

raio X

raio X

Espectro de raios X de um metalIn

ten

sid

ade

energia

Espectro de raios X de um metalIn

ten

sid

ade

energia

K= K1+ K2

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

Linha K do Cu após passar por filtro de Ni

Inte

nsi

dade

energia

K= K1+ K2

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

Orientação do cristal

Raios X

Det

etor

de

raio

s X

Feixe difratadocristal

Exemplo de difratômetro de raios X

Exemplos de preparação de amostra

Estruturas cristalinas de SiO2

vidro de SiO2

cristobalita (alta)

cristobalita (baixa)

quartzo

quartzo

quartzo quartzo

cristobalita (alta) cristobalita

(baixa)

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.

Exercício 1:completar a tabela com o difratograma fornecido

No. da linha 2 (graus) d (Å) Altura do

pico (mm)I/Il

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