Difração de Raios-X
HISTÓRICO
• Final Séc. XIX
– Produção de raios catódicos em tubos de descargas fechados;
– Para certos cristais, quando era incidido o raio, apareciam umas
luzes visíveis emitidas e foi chamado de fluorescência.
– Wilhelm C. Röntgen - Descoberta dos Raios-X
– Aplicação imediata em hospitais – radiografias e posteriormente
na indústria.
• 1912
– Max von Laue e Paul Ewald- análise teórica da propagação da luz
através de um cristal.
HISTÓRICO
• 1912
– Passou-se um feixe delgado de raios-X através de uma
placa de clivagem de esfarelita (ZnS), fazendo o feixe
incidir sobre uma chapa fotográfica.
• 1914
– Willian Henry Bragg e Willian Lawrence Bragg –
Determinação da Halita (NaCl).
– Determinação de diversos outros compostos;
– Generalização matemática.
INTRODUÇÃO
• Raios-X são radiações eletromagnéticas, assim como
a luz visível, de comprimento de onda λ variando no
intervalo de 10-2 Å a 102 Å (1 Å=10-8 cm).
INTRODUÇÃO
• Características das ondas eletromagnéticas:
–
–
–
–
–
–
Propagação em linhas retas;
V = 300.000 m/s (vácuo)
Reflexão e refração de acordo com a lei de Snell;
Difração em bordas;
Aberturas ou redes;
Relação entre energia e o comprimento de onda:
E = hv = hc/λ
E = energia
v = frequencia
c = velocidade de propagação
λ = comprimento de onda
h = constante de Planck
PRODUÇÃO DE RAIOS-X
• Os raios-X são produzidos quando:
– Qualquer partícula carregada eletricamente e com uma energia
cinética suficiente é rapidamente desacelerada (radiação de
frenamento);
– Um elétron, em um átomo excitado ou em um íon relaxa, isto é, realiza
um salto quântico para um orbital de menor energia, sendo a diferença
energética emitida como radiação.
PRODUÇÃO DE RAIOS-X
• Tubo de produção de raios-X
– As características dos raios-X
gerados dependem do metal do
alvo e da voltagem aplicada.
Espectro
característico
produzido por um
tubo de raios-X.
o Molibdenio = 0,709 Ǻ
o Cobalto = 1,7889 Ǻ
PRODUÇÃO DE RAIOS-X
• Tubo de produção de raios-X
LEI DE BRAGG
• LEI DE BRAGG
nλ=2d senθ
• λ = comprimento de onda dos
raios-X incidentes
• d = espaçamento interplanar
• θ = ângulo de difração
• n = múltiplo inteiro do
comprimento de onda
MÉTODOS DE ANÁLISE
• Método de Laue
• Método de Rotação
• Método do Pó
– A amostra é pulverizada até uma granulometria
preferencialmente com tamanhos de partícula entre 5µm
e 20µm;
– Uma massa deste pó, entre 1,0g e 2,0g, é compactada em
um leito com cerca de 1,0mm de espessura;
– Esta preparação é submetida ao feixe de raios-X, podendo
ser efetuado através dos equipamentos descritos abaixo.
EQUIPAMENTOS
1) Câmara Debye-Scherrer
– Dispositivo cilíndrico;
– Amostra em pó é acondicionada em um capilar posicionado no
centro da câmara sobre o qual é focalizado um fino feixe de raios X;
– Cones de difração de raios X são gerados;
– Parcela destes sensibiliza um filme fotográfico;
– Possibilita a coleta de raios X desde praticamente 0º até 180º em
termos de 2θ.
EQUIPAMENTOS
2) Difratômetro de RAIOS-X
– Geometria parafocal Bragg-Brentano;
– Arranjo geométrico básico constituido de um goniômetro
horizontal (θ-2θ) ou vertical (θ-2θ ou θ-θ);
EQUIPAMENTOS
2) Difratômetro de RAIOS-X
ANÁLISE QUALITATIVA –
Identificação Mineralógica
• Distâncias Interplanares (“d”)
• Intensidades difratadas (rel. a 100%)
• Função do ângulo 2θ (2º a 110º)
• Pico Principal = 100%
IMPRESSÃO DIGITAL
DO MINERAL
ANÁLISE QUALITATIVA –
Identificação Mineralógica
ICDD - International Center for Diffraction Data
• Banco de Dados com sede nos EUA;
• Mais de 70.000 compostos cristalinos;
• Informações:
• Nome, fórmula química, composição química, sistema
cristalográfico e densidade da fase cristalina;
• Valores dos d's das famílias de planos cristalográficos com
suas respectivas intensidades relativas;
ANÁLISE QUALITATIVA –
Identificação Mineralógica
ICDD - International Center for Diffraction Data
HEMATITA
ANÁLISE QUALITATIVA –
Identificação Mineralógica
ICDD - International Center for Diffraction Data
QUARTZO
ANÁLISE QUALITATIVA –
Identificação Mineralógica
ICDD - International Center for Diffraction Data
GOETHITA
ANÁLISE QUALITATIVA –
Identificação Mineralógica
ICDD - International Center for Diffraction Data
CALCITA
ANÁLISE QUALITATIVA –
Identificação Mineralógica
ICDD - International Center for Diffraction Data
MAGNETITA
ANÁLISE QUALITATIVA –
Identificação Mineralógica
• Mistura de diversos minerais
ANÁLISE QUALITATIVA –
Identificação Mineralógica
ANÁLISE QUALITATIVA –
Identificação Mineralógica