DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas...
Transcript of DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas...
![Page 1: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/1.jpg)
DIFRAÇÃO DE RAIOS X
DRX
![Page 2: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/2.jpg)
O espectro eletromagnético
raios gama
raios-x
luz visível
microondas
ondas de rádioUV infravermelho
Comprimento de onda (nm)
![Page 3: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/3.jpg)
Absorção, um fóton de energia é absorvido promovendo elétrons a níveis superiores ou fora do átomo
Difração se produze quando a direção de propagação de um fóton é desplazado um determinado angulo
Raios
![Page 4: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/4.jpg)
DIFRAÇÃO DE RAIOS X
Fenômeno de espalhamento da radiação eletromagnética, provocada pela interação entre o feixe de raios-X incidente e os elétrons dos átomos componentes de um material .
Raios X Feixe difratado
Feixe atravessa o cristal
![Page 5: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/5.jpg)
Condiciones básicas
Fenômeno da Difração
O material (objeto difrator) tem que ser periódico
O tamanho da periodicidade dos átomos (espaçamento, d) desse material tem que ser do ordem do cumprimento de onda (λ) da radiação utilizada
1
2
![Page 6: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/6.jpg)
Dois raios que incidem em planos vizinhos, com cumprimento de onda λ
Diferença entre os dois caminhos (cor rosa) = λ
Fotons saem em e suas ondas se refuerzam
Sinal, raio difratado intenso
Diferença de caminhos é menor = ½ λ
Fotons dispersados se cancelam entre si, ondas que não estão em fase
Não sinal, I = 0
fase
![Page 7: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/7.jpg)
d
d
d senθ d senθ
θ
θ
λ
Parâmetro experimental:
- Comprimento de onda da radiação ( 1.54 A)Parâmetros da amostra: d - distância entre planos atômicos - orientação desses planos em relação ao feixe, ângulo de Bragg n - ordem de difração (numero inteiro 1,2,3)
n = 2 d sen()
Lei de Bragg (1913)
Diferença dos caminhos e/ raios
![Page 8: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/8.jpg)
Quem cumpre essas condições?
Cristal típico 5 - 15Å
Emissões dos tubos de Mo e Cu Mo (λ=0.7 Å) y Cu (λ =1.5 Å)
Material
Materiais cristalinos(rede cristalina)
d = 5 – 15 Å
Radiação Incidente
Raios X
λ ≈ 1 Å
Exemplo
![Page 9: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/9.jpg)
A técnica consiste na incidência da radiação em uma amostra e na detecção dos fótons difratados, que constituem o feixe difratado.
Técnica de DRX
Estudar os efeitos causados pelo material sobre esse feixe de radiação
Determinar experimentalmente a estrutura cristalina do material
![Page 10: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/10.jpg)
CRISTAL
Estes materiais cristalinos, têm uma estrutura altamente organizada, em contraposição aos materiais amorfos
Fronteira entre dois cristais de TiO2. Carbono amorfo.
2nm
![Page 11: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/11.jpg)
Cela Unitária
Estrutura geométrica básica (menor tijolo) que repetido no espaço gera a rede cristalina
![Page 12: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/12.jpg)
Os 7 Sistemas Cristalinos Só existem 7 tipos de células unitárias que preenchem
totalmente o espaço
Cúbica a=b=c, °
Ortorrômbica abc, °
Tetragonal a=bc, °
Romboédrica a=b=c, °
Monoclínica abc, °
Hexagonal* a=bc, °°
Triclínica abc, °
![Page 13: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/13.jpg)
As 14 Redes de Bravais
Cúbica Simples Cúbica de Corpo Centrado
Cúbica de Face Centrada
Tetragonal Simples
Tetragonal de Corpo Centrado
Ortorrrômbica Simples
Ortorrrômbica de Corpo Centrado
Ortorrrômbica de Base Centrada
Ortorrrômbica de Face Centrada
Romboédrica Simples
Hexagonal Monoclínica Simples
Monoclínica de Base Centrada
Triclínica
![Page 14: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/14.jpg)
Estas Redes de Bravais representam os átomos como esferas rígidas que se tocam. As esferas encontram-se colocadas na cela unitária
1/8 de átomo1 átomo inteiro
Ra
1/8 de átomo
1/2 átomo
ccc
cfc
![Page 15: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/15.jpg)
Amostras Cristalinas
• Monocristais
• Policristais
![Page 16: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/16.jpg)
Monocristais
Amostra é uma rede única (monocristal),
Os monocristais são compostos sólidos de átomos organizados num modelo periódico tridimensional que se estende por todo o material.
![Page 17: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/17.jpg)
MonocristaisTécnica de Laue, 1912
Monocristal
![Page 18: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/18.jpg)
Policristais
Os policristais são sólidos formados por muitos pequenos monocristais (partículas) com diferentes orientações.
![Page 19: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/19.jpg)
Policristais
Este método foi criado por Debye e Scherrer em 1916. É a técnica mais simples para se obter dados de difração de raios – X. Em vez de um único cristal com orientação definida em relação ao feixe de raio – X utiliza-se uma pequena quantidade de amostra (pó). ±100 mg, finamente divididos e orientados ao acaso.
![Page 20: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/20.jpg)
Difratómetro
No difratómetro, se obtém um registro gráfico das sinais que as reflexões originam em detectores eletrônicos de radiação.
Equipamento utilizado
![Page 21: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/21.jpg)
Difractómetro:
Saída: Difratograma
= 0.1542 nm (CuK)
Inte
nsi
dad
e (u
.a)
Ângulo (2)
![Page 22: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/22.jpg)
Difratómetro
![Page 23: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/23.jpg)
Raios X monocromáticos: Elétrons acelerados golpeiam um ánodo metálico que emite raios X.
Raios X policromáticos: Elétrons a velocidades próximas à velocidade da luz que procedem de um sincrotrón.
Fonte de Raios X
![Page 24: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/24.jpg)
Prover um feixe de luz monocromática com um cumprimento de onda e uma amplitude determinadas.
Monocromador
![Page 25: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/25.jpg)
Goniômetro
Orienta o cristal para que os raios X incidam sobre todos os planos (da cela unitária) que cumprem com a Lei de Bragg e geram feixes refratados.
![Page 26: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/26.jpg)
Plano de rede
Para poder descrever a estrutura cristalina (cela unitária) definem –se Planos de Rede.
z
y
x
![Page 27: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/27.jpg)
Notação para definir os planos de rede Obtém-se as intersecções do plano com os eixos. Obtém-se o inverso das intersecções (coordenadas do espaço
recíproco). Multiplica-se para obter os menores números inteiros.
Intersecções: 1/2, 1 Inversos: 2, 0 ,1 (coordenadas do espaço recíproco) Índices de Miller: (201)
1/2
1
y
x
z
h = 1/xk = 1/yl = 1/z
Índices de Miller
Parâmetros de rede
![Page 28: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/28.jpg)
z
y
x
h k L Int
Experimento de Difração de Raios X
![Page 29: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/29.jpg)
Detectores
Os detectores de raios X operam
em modo de contadores de
fótons
![Page 30: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/30.jpg)
Difratómetro de raios X
![Page 31: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/31.jpg)
Difratómetro de raios X
![Page 32: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/32.jpg)
Difratómetro de raios X
![Page 33: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/33.jpg)
O que é importante observar no difratograma?
Intensidade relativa
Parâmetro de rede (h,k,l)
Tamanho do cristalito
Distancia interplanar
![Page 34: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/34.jpg)
Posição 2
Intensidade Relativa
Intensidade Relat. I/I1 I1 pico de maior intensidade
Forma B(2) Largura na metade da altura do pico
![Page 35: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/35.jpg)
(110)(111)
(210)
(220)(211)
(300)
(311)
(320)
(321)
(410)
(330)(420)
(332)
(422)
2 I/I1 h k l
7.193 100 1 0 010.156 69 1 1 012.449 35 1 1 116.085 25 2 1 017.632 2 2 1 120.368 6 2 2 021.638 36 3 0 023.960 53 3 1 126.077 16 3 2 027.077 47 3 2 129.913 55 4 1 0
Zeólita AICDD – 38-0241
Parâmetros de Rede
![Page 36: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/36.jpg)
![Page 37: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/37.jpg)
Tamanho do cristalito(Diâmetro médio das partículas)
Equação de Scherrer
)cos(K
Dhkl
Onde:
D - diâmetro médio das partículasK - constante que depende da forma das partículas (esfera = 0,94)λ - comprimento de onda da radiação eletromagnéticaθ - ângulo de difraçãoβ (2θ) - largura na metade da altura do pico de difração
![Page 38: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/38.jpg)
(140)/(031)
1.17°=Bh(2)
Correção instrumental: Bf=0.59° Bg2 = Bh2 - Bf2
Bg= 1.01° = 0.0176 rad
TC=k
Bg(2) cos()
Dados experimentais: = 1.54 = 19.25°k = 0.9
Ao
TC = 80 Ao
![Page 39: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/39.jpg)
Correção instrumental: Bf=0.59° Bg2 = Bh2 - Bf2
Bg= 0.69° = 0.012 rad
TC=k
Bg(2) cos()(140)/(031)
0.69°=Bh(2)
Dados experimentais: = 1.54 = 19.25°k = 0.9
Ao
TC = 230 Ao
![Page 40: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/40.jpg)
• Ex: Espectro de difração para Al
= 0.1542 nm (CuK)
Inte
nsi
dad
e (u
.a)
Ângulo (2)
Uma amostra desconhecida é analisada e seus picos comparados com os de materiais conhecidos e tabelados, permitindo assim a identificação do material.
![Page 41: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/41.jpg)
![Page 42: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/42.jpg)
Cada técnica determina algumas propriedades
Mas, várias técnicas juntas…
![Page 43: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/43.jpg)
“Não há nada que seja maior evidência de insanidade,
do que fazer a mesma coisa dia após dia e esperar
resultados diferentes”.
Albert Einstein
![Page 44: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/44.jpg)
Para que 2 feixes se encontrem em fase tem que:
- Ter o mesmo recorrido
- O recorridos diferencie-se num múltiplo inteiro de seu cumprimento de onda
λ
λ λ
O seja se o defasagem é múltiplo da λ, os fótons seguem em fase
![Page 45: DIFRAÇÃO DE RAIOS X DRX. O espectro eletromagnético raios gama raios-x luz visível microondas ondas de rádioUV infravermelho Comprimento de onda (nm)](https://reader031.fdocumentos.com/reader031/viewer/2022013108/552fc0f8497959413d8b5073/html5/thumbnails/45.jpg)
Espaço real
Espaço real Coordenadas: x,y,z
Espaço recíproco Coordenadas: h,k,lEspaço onde encontram-se as reflexões
Espaço recíproco