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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
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
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