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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.

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1 GM-861 Difração de raios X Sugestão de leitura: X-Ray Methods, Clive Whiston, Analytical Chemistry by Open Learning, John Wiley & Sons, 1987

2 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

3 A descoberta dos raios X Wilhelm Roentgen ( )

4 Primeiras radiografias Radiografia da mão de Bertha, esposa de Roentgen (22/12/1895) Rifle de Roentgen

5 Raios X raios catódicos Não 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.

6 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

7 Padrão de difração da vesuvianita Ca 10 Mg 2 Al 4 (Si 2 O 7 ) 2 (SiO 4 ) 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?

8 Espalhamento de ondas de raios X Onda incidente Frente de onda esférica Onda espalhada

9 Duas fontes pontuais interferem construtivamente na direção das setas

10 O espalhamento raios X por uma família de planos de um cristal

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13 água ânodo janela de Be raios X Produção de raios X num tubo filamento de W

14 Elétrons incidentes fotoelétron Produção de raios X característicos núcle o

15 Emissão de raios X – linhas K ou núcleo raio X

16 Espectro de raios X de um metal Intensidade energia

17 Espectro de raios X de um metal Intensidade energia K = K 1 + K 2

18 ABSORÇÃO RAIOS X I= I 0 e - x I= intensidade transmitida I 0 = intensidade incidente = coeficiente de absorção linear x= espessura sólido > líquido > gás I= I 0 e - m x m = coeficiente de absorção de massa ou de atenuação

19 Linha K do Cu após passar por filtro de Ni Intensidade energia K = K 1 + K 2

20 Comprimento de onda dos raios X: 0,1-100 Å Cristalografia de raios X : = 1-3 Å metalK (Å) Cr2,29100 Fe1, Co1, Cu1, Mo0, de tubos de raios X comuns

21 Orientação do cristal Raios X Detetor de raios X Feixe difratado cristal

22 Exemplo de difratômetro de raios X

23 Exemplos de preparação de amostra

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29 Estruturas cristalinas de SiO 2 vidro de SiO 2 cristobalita (alta) cristobalita (baixa) quartzo cristobalita (alta) cristobalita (baixa)

30 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, Se elas coincidirem com uma substância, as posições e intensidades dos demais picos são comparadas com as do arquivo.

31 Exercício 1:completar a tabela com o difratograma fornecido No. da linha2 (graus)d (Å)Altura do pico (mm) I/I l

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33 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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