Difração de raios X. Ciência dos Materiais

Transcrição

1 Difração de raios X Ciência dos Materiais

2 A descoberta dos raios X Roentgen 1895 Mão da Sra. Roentgen Mão do Von Kolliker 1ª radiografia da história Tubo de Crookes

3 3-99 DIFRAÇÃO DE RAIOS X Difração de raios X diferentes comprimentos de onda Ciência dos Materiais - DEMAT- EE - UFRGS Espectro de radiação eletromagnética, salientando o comprimento de onda para a radiação X.

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7 PROPRIEDADES DOS RAIOS X propagam-se com a velocidade da luz. propagam-se sem transferência de massa. propagam-se em linhas retas. não são afetados por campos elétricos ou magnéticos. são invisíveis e não detectáveis pelos sentidos humanos. sofrem absorção diferencial pela matéria (base de muitos métodos de análise de absorção de raios X). sofrem dispersão pela matéria (base de muitos métodos de análise de dispersão de raios X). sofrem difração pelos cristais (base do método de dispersão de comprimento de onda). sofrem reflexão, refração e polarização. alteram propriedades elétricas de gases, líquidos e sólidos. ionizam gases (base de câmara de ionização, Geiger e detectores proporcionais). induzem a fotólise e outros efeitos químicos na matéria (fonte de dificuldades em análise de amostras líquidas). impressionam chapas fotográficas (registro fotográfico de espectros de raios X e dosimetria). produzem luminescência visível e ultra violeta em certos tipos de materiais (base dos contadores de cintilação). matam, danificam e/ou causam mudanças genéticas em tecidos biológicos. interagindo com a matéria podem produzir fotoelétrons, elétrons Auger e elétrons de Compton-recuo. produzem espectro com linhas características de raios X quando interagem com a matéria (base da espectrometria de fluorescência de raios X)

8 Partículas x Ondas: Histórico

9 PROPRIEDADES DE PARTÍCULAS absorção fotoelétrica espalhamento incoerente ionização de gás produção de cintilação PROPRIEDADES DE ONDA velocidade reflexão refração difração. interferência polarização espalhamento coerente Planck: A energia do quantum é proporcional à freqüência da radiação. v = c te = λ f E = h c / λ E = 12,4/ λ E: ev λ: Å

10 Dupla fenda (Young) Com sua experiência da dupla fenda, realizada por volta de 1801, o inglês Thomas Young resolveu a questão favoravelmente a Huygens.

11 Redes de difração

12 3.9 Difração de raios X Ciência dos Materiais - DEMAT- EE - UFRGS

13 3.9 Difração de raios X Ciência dos Materiais - DEMAT- EE - UFRGS

14 Coolidge Geração de raios X

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16 3.9 Difração de raios X Ciência dos Materiais - DEMAT- EE - UFRGS O FENÔMENO DA DIFRAÇÃO: Quando um feixe de raios X é dirigido à um material cristalino, esses raios são difratados pelos planos dos átomos ou íons dentro do cristal O DIFRATÔMETRO

17 3.9 Difração de raios X Ciência dos Materiais - DEMAT- EE - UFRGS Exemplo de difração de raios X em um pó de alumínio.

18 3.9 Difração de raios X Ciência dos Materiais - DEMAT- EE - UFRGS Para que ocorra a difração, o feixe de raios X precisa estar em fase com os planos do cristal. De outra maneira, interferências destrutivas de ondas ocorrem e não é possível detectar um feixe de difração intenso. ABC = nλ AB = BC = d senθ Então: nλ = 2d sen θ

19 3.9 Difração de raios X Ciência dos Materiais - DEMAT- EE - UFRGS Na interferência construtiva, com feixes em fase, a diferença no comprimento da trajetória dos feixes de raios X adjacentes é um número inteiro de comprimentos de onda. ABC = nλ AB = BC = d senθ Esta relação é dada pela equação de Bragg: nλ = 2d sen θ onde d é o espaçamento atômico e θ é o ângulo de difração com a superfície (2θ = ângulo de difração - ângulo medido experimentalmente) d é o espaçamento interplanar função dos índices de Miller para planos.

20 3.9 Difração de raios X Distância interplanar (exemplos): Ciência dos Materiais - DEMAT- EE - UFRGS Cúbico d hkl = h 2 a o + k 2 + l 2 CS Hexagonal d hkl = CCC 4 3 a ( 2 2 h + hk + l ) o + CFC l 2 a c o o 2

21 3.9 Difração de raios X Ciência dos Materiais - DEMAT- EE - UFRGS Para o sistema cúbico (estrutura de metais): A lei de Bragg é necessária mas não suficiente. As células unitárias não primitivas podem mascarar certas difrações previstas pela lei de Bragg. Estrutura Difração não ocorre Difração ocorre cristalina CCC h+k+l = número par h+k+l = número ímpar CFC h, k, l (par e ímpar) h, k, l (ou par ou ímpar) HC h+2k = 3n, l par (n é inteiro) todos outros casos

22 3.9 Difração de raios X Ciência dos Materiais - DEMAT- EE - UFRGS Uma amostra de ferro CCC foi colocada num difratômetro de raios X incidentes com λ= 0,1541nm. A difração pelos planos {110} ocorreu para 2θ = 44,704 o. Calcule o valor do parâmetro de rede do ferro CCC. Resposta

23 3.9 Difração de raios X Ciência dos Materiais - DEMAT- EE - UFRGS DRX Uma amostra de ferro CCC foi colocada num difratômetro de raios X incidentes com λ= 0,1541nm. A difração pelos planos {110} ocorreu para 2θ = 44,704 o. Calcule o valor do parâmetro de rede do ferro CCC. (considere a difração de 1 a ordem, com n=1) Solução: d [110] 2θ= 44,704 o θ= 22,352 o λ= 2.d [hkl] sen θ d [110] = λ / 2 sen θ = 0,1541nm / 2(sen 22,35 o ) = 0,2026 nm a o(fe) d [110] = a o / (h 2 +k 2 +l 2 ) 0,5 a o(fe) = d [110] = a o / (h 2 +k 2 +l 2 ) 0,5 = 0,2026nm (1,414) = 0,287 nm