Ciências da Arte e do Património

Transcrição

1 Departamento de Química e Bioquímica Ciências da Arte e do Património Práticas Laboratoriais de Diagnóstico e Teoria do Restauro I 1

2 A identificação de metais e dos minerais, tanto nas pastas como nos produtos cerâmicos finais, é feita por Difracção de Raios-X (DRX) 2

3 DRX Preparação da amostra

4 Espectro electromagnético E = h c /l Radiação com comprimento de onda semelhante à das distâncias interatómicas (da ordem de Å ) 4

5 Identificação de materiais cristalinos Métodos de Difracção Estudar os efeitos causados por um feixe de radiação X sobre um material cristalino. O feixe é difractado pelos electrões dos átomos ou iões contidos nos planos do cristal. Cada estrutura tem um conjunto característico de distâncias interplanares d hkl. A medição dos valores de d hkl de uma estrutura desconhecida, permite-nos identificar o material. 5

6 É um fenómeno de interferência Os electrões difractam os raios X As ondas difractadas recombinam-se Obtém-se um conjunto de reflexões com diferentes posições e intensidades padrão de difracção 6

7 Sir William Henry Bragg Prémio Nobel Física 1915 Sir William Lawrence Bragg A difracção de raios-x por um sólido cristalino pode ser demonstrada considerando a difracção pelos pontos contidos num conjunto de planos nl = 2 d hkl sen l - comprimento de onda n - ordem de difracção d - a distância interplanar - ângulo de incidência 7

8 DRX Exemplos de difractograma para a uma amostra de Caulinite (C) e para uma mistura de Illite (I) e quartzo (Q)

9 DRX Picos de difracção úteis na caracterização de argilominerais Distância interplanar (Å) (pico principal) Distância interplanar (Å) (picos secundários) argilomineral 7,1 3,58 caulinite 10 5,0 e 3,3 ilite 14,3 7,0; 4,7; 3,5 clorite 12 ou 14 5,1; 3,5 montmorilonite 14,2 vermiculite

10 Como é efectuada a identificação dos picos de difracção num dado difractograma O padrão de difracção é a impressão digital de cada substância cristalina - Recorrendo à base de dados de difracção de raios-x: ficheiros do International Center for Diffraction Data (ICDD) - Recorrendo a outra literatura especializada - Ou usando a padrões próprios Materiais simples: comparação das duas ou três riscas mais intensas permite identificar materiais desconhecidos Materiais mais complexos: programas computacionais 10

11 Exemplo de uma ficha Qualidade dos dados Qualidade dos dados (1) número da file ; (2) 2 os 3 valores de d correspondentes às linhas de difracção mais intensas ; (3) 3 valor de d correspondente ao ângulo mais baixo registado ; (4) 4 fórmula química, nome químico e nome vulgar ; (5) 5 condições experimentais usadas para a obtenção dos dados ; (6) 6 dados cristalográficos (7) 7 outros dados físicos e ópticos ; (8) 8 dados de análise e de preparação (9) 9 valores de índices de Miller. 11 9

12 Símbolos especiais Informações extra - Química bem caracterizada, medida da intensidade, dados de d de alta qualidade (3 a 4 dígitos, não existem erros sistemáticos significativos). i - Dados com precisão média (3 dígitos). o - Dados com baixa precisão, possível mistura multifásica, possível caracterização química deficiente. C - Padrão calculado a partir de parâmetros estruturais. 12

13 DRX Voltando aos exemplos de difractogramas apresentados: 1º passo: identificar os picos mais intensos na ficha em análise (não esperar encontrar todos os picos) Da ficha para a caulinite: Graus de 2 Intensidade relativa 12, ,858 80

14 Padrão Raios-X de um Óxido de Cobre 1ª 2ª 3ª 14

15 DRX Exemplo de difractograma do corpo cerâmico de um azulejo Português contemporâneo C - calcite D - diopside F - feldspar G - gehlenite M - mulite Q - quartz W - wollastonite Com (muita) paciência, é possível a identificação dos picos principais

16 DRX Exemplos de DRX de Faianças Arqueológicas dos Séc. XVI e XVII (Portugal)

17 amostras modernas amostras antigas DRX Exemplo: caracterização de cerâmica Mexicana pré-hispânica SiO 2 (Quartzo) , , , , , , ,323 8 Feldspatos(Albite) , , , , , , ,03 16 CaCO 3 (Calcite) , , , , , , , As cerâmicas antigas eram caracterizadas por um elevado conteúdo em quartzo - As cerâmicas modernas tem um elevado teor de calcite - A adição de calcite às pastas é efectuada para melhorar as suas capacidades plásticas

18 DRX Exemplo: caracterização de âmforas Fenícias A grande quantidade de Calcite (CaCO 3 ), a qual se decompõe acima de 750 ºC e também a presença de dolomite, a qual se decompõe acima de 800 ºC, indica que as temperaturas usadas nos fornos onde estas âmforas foram preparadas, não deverão ter ultrapassado os 700 ºC

19 Bibliografia Celso Gomes, Argilas aplicações na indústria, Aveiro, 2002 (ISBN: ) Allen Denio, Journal of Chemical Education, 57(4) (1980) 272 Elementos de estudo fornecidos na aula Moodle