Fuente: @cuarzo (2018)
Reciban un cordial saludo amigos de la comunidad #steemit y miembros de #stem-espanol y #steemstem. En esta ocasión les quiero presentar fundamentos sobre la difracción de rayos X. En varios post he visto que han abordado el tema sobre simetría, ley de Bragg y temas parecidos. Desde mi perspectiva como cristalógrafo quero abordar algunos fundamentos relacionados con la naturaleza de los rayos X, su generación, su interacción con la materia, entre otros temas.
NATURALEZA DE LOS RAYOS X
Los rayos X son una radiación electromagnética de longitud de onda corta (10 a la menos 5 Å hasta aproximadamente los 100 Å, pero los rayos X usados en difracción son del orden 0.5 a 2.5 Å), pero de energía considerable del orden de los 1 keV a 100 keV. En la imagen que se ve enseguida se puede apreciar lo que les acabo de describir.
Fuente: @cuarzo (2018)
Los rayos X fueron descubiertos por el físico alemán Wilhelm Conrad Roentgen en 1895 quien los denominó como “rayos X” porque a pesar de haberlos descubierto no sabía cómo eran y cómo se producían. Hasta el momento se siguen llamando así.
PRODUCCIÓN DE LOS RAYOS X
Los rayos X se producen cuando los electrones que son producidos por la diferencia de potencial del orden 103 a 106 Voltios de una fuente son acelerados chocando con los electrones de las capas internas de los átomos de un blanco metálico (puede ser de cobre o Molibdeno). El electrón expulsado deja una vacancia, en este estado de ionización el átomo es muy inestable, entonces la vacancia es automáticamente ocupada por medio de transiciones electrónicas de los orbitales más externos. En este proceso se produce la emisión de un fotón de rayos X. Todo el proceso que se ha descrito se puede observar de manera gráfica en la figura que se enseña a continuación.
Fuente: @cuarzo (2018)
ORÍGENES DE LA DIFRACCIÓN DE RAYOS X
Los orígenes de la difracción de rayos X (DRX), se remonta para el año de 1912 cuando Max von Laue montó un experimento donde hizo incidir diferentes radiaciones sobre un cristal (monocristal o cristal único) fijo de sulfato de cobre para determinar su simetría interna. Para 1916 Debye y Scherrer, pudieron ver que no todas las veces es posible obtener monocristales, entonces decidieron realizar experimentos con muestras en polvo o policristalinas. Desde estos dos eventos la cristalografía por DRX se dividió en: Difracción de Rayos X de monocristal o cristal único (donde se determina especialmente estructura) y Difracción de Rayos de polvo o policristalinas (donde se determina fundamentalmente fases cristalinas y estructura). En la imagen que se presenta a continuación se pueden ver dos equipos de la marca Bruker: el de la izquierda es un difractómetro de rayos X de polvo o muestras policristalinas, el de la derecha es un difractómetro de rayos X de monocristal o cristal único.
Fuente: @cuarzo (2018)
Se tiene claro que en la cristalografía por DRX se presenta dos técnicas: DRX de monocristal o cristal único y la DRX de polvo o policristalina. En la imagen que se puede observar inmediatamente se enseñan los tipos de muestras que se manejan en las dos técnicas. En las dos fotografías superiores se presenta un monocristal montado sobre una cabeza goniométrica y la foto de al lado se puede apreciar el cristalito. Mientas que en las dos fotos de la parte inferior se puede ver como se monta la muestra en polvo sobre un portamuestra de llenado horizontal y en la otra foto la manera como se dispone en el goniómetro del difractómetro.
Fuente:@cuarzo05 (2018)
El objetivo que se persigue en este post es dar a conocer a la comunidad #steemit y miembros de #stem-espanol y #steemstem algunos fundamentos básicos sobre DRX sobre la naturaleza de los rayos X, como se producen, como fue evolucionando la investigación sobre este fenómeno hasta el punto de tener hoy en día dos técnicas cada una con sus aportes significativos. Es importante tener en cuenta que la DRX es solo para materiales sólidos. En DRX no se obtienen espectros de difracción, se obtienen patrones de difracción, ya que se trabaja con una sola longitud de onda. En un próximos post les hablare la interacción entre los rayos X y la muestra que se va a analizar, los factores que se deben controlar como de tipo instrumental y de montaje con el fin de que la única contribución sea de la muestra como tal, es decir si difracta o no.
REFERENCIAS
A. OZOLS. Aplicaciones de la difracción de rayos X. Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ingenieria, 2009.
Difracción de rayos X. Universidad Politécnica de Cartagena. Disponible en: https://www.upct.es/~minaeees/difraccion_rayosx.pdf
POLONIO Bermudez. Joaquín. Métodos de difracción de rayos X : Principios y aplicaciones. Madrid : Pirámide, 1981. 461p.
RAMOS GARCÍA, Miguel Angel. Síntesis y Caracterización por Difracción de Rayos-X del Material Semiconductor Fe2-2xMn2xGeSe4 con Composiciones (X=0.5; 0.6 y 0.7) Parte III. Bucaramanga 2005. 130p. Trabajo de grado (Químico). Universidad Industrial de Santander. Facultad de Ciencias. Escuela de Química.
Muchas gracias de antemano miembros de la comunidad #stem-espanol y #steemstem por la atención que puedan prestar a este post, espero que sea del agrado de todos ustedes.
Me despido muy cordialmente @cuarzo05.
