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| Determinación
de las estructuras cristalinas
Las estructuras cristalinas pueden identificarse por medio de la aplicación de las técnicas de difracción de rayos X. Estas se fundamentan en los fenómenos que aparecen cuando un haz de rayos X de una determinada longitud de onda l inciden en una estructura cristalina. En efecto, la radiación X incidente provoca que los átomos del cristal emitan una radiación electromagnética de la misma longitud de onda l la que en cuanto se cumplen ciertas condiciones se produce una difracción. La figura 3.39 muestra un corte de un cristal que tiene planos atómicos con una distancia interplanar dhkl, siendo hkl los índices de Miller del plano cristalino. |
Figura 3.39. Esquema de la difracción de rayos X |
| Los planos son perpendiculares
al dibujo. Un haz de radiación de longitud de onda l
incide sobre el cristal en algún ángulo q.
La difracción debida a la dispersión de Thomson producirá
una fuerte reflexión en un ángulo asi
se cumplen las condiciones siguientes:
a) Sólo es posible
un ángulo a
tal que a
= q
(3.11) A mayores valores de n, la intensidad reflejada se reduce rápidamente. c) Es posible que los
átomos que se localizan entre los planos difractantes estén
colocados de tal modo que se destruye el haz difractado. En consecuencia,
cada tipo de estructura cristalina dispone de unos definidos planos cristalinos
conocidos que producen difracción.
4.1 DIFRACTÓMETRO DE RAYOS X El difractómetro de rayos X es el instrumento que permite la identificación de las estructuras cristalinas, fundamentado en la difracción según Bragg. En esencia consta de una fuente de radiación Ka monocromática, un portaprobetas móvil con ángulo variable, 2q, y un contador de radiación X asociado al portamuestras. La figura 3.40 muestra esta disposición básica. |
Figura 3.40. Esquema básico de un difractómetro de rayos X. |
| La
fuente de radiación es el anticátodo, AC, de un tubo de rayos
X. Existen diversos anticátodos usuales: Cobre, Cromo, Hierro, etc.
Cada uno emite sus radiaciones con longitudes de onda, l,
características en función del nivel del electrón
orbital que provoca la radiación. Por ejemplo, la longitud de onda
del Cu
Ka = 1.541 Å. Cada elemento emite un espectro de radiaciones características. Un filtro monocromatizador, F, selecciona la radiación deseada.Esp l = f (AC) (3.12) La intensidad de la radiación Ir, es función del voltaje, KV, e intensidad, mA, que alimenta la lámpara, L, lo que constituye las condiciones operatorias del tubo.l mono = f (AC, F) (3.13) El portamuestras contiene la muestra, normalmente plana en forma de polvos, lo que significa compuesta por muchos cristales aleatoriamente orientados. Sobre la muestra incide la radiación l con un ángulo de incidencia a de ensayo. Si en esta orientación algún plano cristalino (h, k, l), de distancia interplanar dhkl, cumple con las condiciones 6.5, se produce una difracción para q = a.Ir(Esp l) = f (KV, mA) (3.14) El contador de radiación X, Geiger, contabiliza la intensidad del haz difractado, en cuentas por segundo, cuando forma un ángulo 2q con la muestra y cumple con las condiciones de reflexión. El mecanismo de desplazamiento del contador está conectado al de desplazamiento de la muestra a doble velocidad. |
| En la figura 3.38 se
muestra un espectro característico,
Ir = f (2q), del registro obtenido para el cobre. La técnica de difracción de rayos X es útil para determinar las estructuras cristalinas características usando diversas radiaciones monocromáticas l o para resolver el problema inverso, es decir, la identificación de sólidos cristalinos. Esto es fácil cuando se dispone de una colección de los espectros característicos de cada fase monocristalina, pues existe una relación biunívoca entre espectros característicos y fases. |
Figura 3.41. Difractograma obtenido para el Cu. |
Figura 3.42. Ficha de la JCPDS para el cobre, fase a (estructura c.c.c.) |
Los diagramas característicos
están recogidos por la Joint Comittee on Powder Difraction Standards
(JCPDS). En la figura 3.42 se reproduce la ficha del cobre a.
Tal como se observa, la ficha describe:
a) Radiación monocromática de ensayo, (Rad). |
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