Descoberta dos Raios-X 1895 - Wilhelm Conrad Roentgen Experimentos com tubo de raios catódicos brilho em um cristal fluorescente perto do tubo mesmo mantendo o tubo coberto Raios invisíveis, natureza desconhecida: Raios X Raio-X da mão de sua esposa Anna Bertha! Prêmio Nobel em Física 1901
Elementos de um Tubo de Raios-X Elementos de um tubo de Raios -X Fonte de elétrons Alta voltagem de aceleração Alvo metálico Alta ddp entre catodo e anodo acelera os elétrons Anodo Catodo Elétrons com alta energia cinética atingem o alvo metálico produzindo Raios-X Filamento aquecido emite elétrons
Características dos Raios-X Raios-X λ RX << λ visível RX: 0.5 2,5 Å visível~ 5000 Å RX muito mais energéticos por isso penetram mais, atravessando o corpo humano.
Características dos Raios-X
Espectro de emissão do tubo de Raios-X Duas características distintas: Picos bem definidos Espectro contínuo. I E λλ
Raios-X: Espectro Contínuo Mistura de diferentes comprimentos de onda I x λ : depende da voltagem do tubo Icont = AiZV m A- cte m - cte ~2 i- corrente do tubo Z- número atômico λ min : elétron parado bruscamete: E elet =E foton hc o λ SLW = = 12400 / V A ev Alvo não afeta distribuição de λ!
Raios-X: Radiação Característica V>V crit picos intensos em λ que depende do alvo sobrepostos ao contínuo e - do feixe com alta energia cinética batem no alvo arrancando elétrons das camadas internas dos átomos. Vacâncias são ocupadas por e - das camadas superiores Emissão de RX com λ característico do processo
Interação entre Raios-X e Átomos Raios-X x Matéria Absorção Transmissão I = I e µ x 0 x I 0 I x Diferença em intensidade: Espalhamento Absorção: transições eletrônicas onde: I x transmitida I 0 incidente x espessura do meio µ - coef. absorção linear (depende da densidade material e é função do λ da radiação)
Borda de Absorção Coef. de absorção específico µ ρ = kλ Z 3 3 cte densidade Borda K de absorção RX com λ pequeno ( Energia) penetram muito no material E=hν=hc/λ
Borda de Absorção Coef. de absorção específico µ ρ = kλ Z 3 3 cte densidade Borda K de absorção E=hν=hc/λ
Borda de Absorção Coef. de absorção específico µ ρ = kλ Z 3 3 cte densidade Borda K de absorção E=hν=hc/λ
Raios-X Estrutura fina da radiação característica associada aos subníveis eletrônicos
Filtro: Eliminar K β Espectro característico Emissão Absorção Elem. Z K α K β K borda Ni 28 1.66 1.50 1.49 Cu 29 1.54 1.39 1.38 Zn 30 1.44 1.30 1.29
Estrutura Cristalina Sólido cristalino = rede + base = + Todos os pontos da rede são equivalentes
Tipos de Rede em 3D : 14 Redes de Bravais Parâmetros de rede: a, b, c Ângulos entre os 3 vetores Localização dos átomos Cúbica a=b=c α=β=γ=90 Tetragonal a=b c α=β=γ=90 Ortorômbica a b c α=β=γ=90 Monoclínica a b c α=γ=90, β 90 Triclínica a b c α β γ 90 Hexagonal a=b c α=β=90, γ=120 Romboédrica a=b=c α=β=γ 90
Exemplos de Redes cúbicas Cúbica de Corpo Centrado BCC Cúbica de Face Centrada FCC α-fe, Nb, Ta, Mo... NaCl, KBr...
Planos da Rede Rede Cristalina: arranjo 3D de pontos no espaço Diferentes conjuntos de planos igualmente espaçados Todos os planos de um mesmo conjunto são idênticos Distância entre planos adjacentes: espaçamento interplanar d Planos definidos pelos Índices de Miller (hkl)
Planos cristalinos Redes Cúbicas Localizar as direções em um cristal: SISTEMA DE COORDENADAS com origem em um ponto qualquer da rede Direção do plano: 3 componentes do vetor normal ao plano saindo da origem (Índices de Miller) Índices são sempre inteiros: (1/2,0,0) (200) paralelo à família (100) porém com ½ da distância entre os planos Sistema Cúbico a (d hkl) = h + k + l 2 2 2
Espaçamentos interplanares Sistemas com rede cristalina ortogonal (α=β=γ=90 ) 1 d 2 = h2 a 2 k 2 b 2 l 2 c 2 Cristais cúbico (rede ortogonal onde a = b = c) 1 d = h2 k 2 l 2 2 a 2 Ex: (1 0 0) d = a a (2 0 0) d = a/2 (1 1 0) d = a/ 2 etc.
Planos da Rede e Índices de Miller Encontre os pontos de interseção com os eixos x, y e z em função dos parâmetros de rede a, b e c respectivamente: 1 /4, 2 /3, 1 /2. Tome os recíprocos: 4 /1, 3 /2, 2 /1 Multiplique para obter números inteiros (SE NECESSÁRIO) (8 3 4) Índices de Miller (hkl) intercepta os eixos x, y e z em a/h, b/k e c/l respectivamente
Lei de Bragg Distâncias inter-atômicas: 10-10 m (1Å) mesma ordem de grandeza do λ RX RX utilizado para estudos de estrutura cristalina Interferência de RX espalhados por planos de átomos Interferência construtiva: 2d sin θ = nλ Lei de Bragg
Monocristal x Policristal Monocristal Ordem de longo alcance no arranjo atômico Cada átomo está na mesma posição relativa a seus vizinhos Existe um ordenamento atômico perfeito no cristal Policristal Ordem de longo alcance sobre distâncias pequenas (L~0.1mm) L>> distâncias interatômicas Pequenos cristais orientados aleatoriamente