DIFRACCIÓN DE RAYOS X EN MUESTRA POLICRISTALINA
La Difracción de Rayos X está basada en las interferencias ópticas que se producen cuando una radiación monocromática atraviesa una rendija de espesor comparable a la longitud de onda de la radiación. Los Rayos X tienen longitudes de onda de Angstroms, del mismo orden que las distancias interatómicas de los componentes de las redes cristalinas. Al ser irradiados sobre la muestra a analizar, los Rayos X se difractan con ángulos que dependen de las distancias interatómicas. El método analítico del Polvo al Azar o de Debye-Scherer consiste en irradiar con Rayos X sobre una muestra formada por multitud de cristales colocados al azar en todas las direcciones posibles. Para ello es aplicable la Ley de Bragg: nλ = 2d . senθ, en la que “d” es la distancia entre los planos interatómicos que producen la difracción. La difracción de rayos X es una técnica muy versátil para el análisis cualitativo y cuantitativo de compuestos cristalinos. La información obtenida incluye tipos de fases cristalinas, estructura de las mismas, grado de cristalinidad, cantidad de contenido amorfo, tamaño y orientación de cristales, etc.
Aplicaciones de la difracción de rayos X La difracción de rayos-x es un método de alta tecnología no destructivo para el análisis de una amplia gama de materiales, incluso fluidos, metales, minerales, polímeros, catalizadores, plásticos, productos farmacéuticos, recubrimientos de capa fina, cerámica y semiconductora.
La aplicación fundamental de la Difracción de Rayos X es la identificación cualitativa de la composición mineralógica de una muestra cristalina Otras aplicaciones son el análisis cuantitativo de compuestos cristalinos, la determinación de tamaños de cristales, la determinación del coeficiente de dilatación térmica, así como cálculos sobre la simetría del cristal y en especial la asignación de distancias a determinadas familias de planos y la obtención de los parámetros de la red.
¿Qué información nos da la DRXP? La difracción de rayos en muestra policristalina permite abordar la identificación de fases cristalinas (puesto que todos los sólidos cristalinos poseen su difractograma característico) tanto en su aspecto cualitativo como cuantitativo. Los estudios de polimorfismo, transiciones de fase, y soluciones sólidas, medida del tamaño de partícula, determinación de diagramas de fase, etc., se realizan habitualmente por difracción de rayos X. En algunos casos, es interesante realizar el estudio de la evolución térmica de los difractogramas (termodifractometría) para conocer la evolución de la cristalinidad de la muestra, caracterizar los procesos de descomposición térmica, los cambios de fase que tienen lugar, etc.
Descomposición térmica de una fase cristalina Como ya hemos mencionado, toda fase cristalina presenta una huella dactilar, que es su diagrama de difracción. Pero, ¿qué sucedería si esa fase sufre un cambio de su estructura cristalina o en su composición química? Como es lógico, su huella dactilar cambiará, ya que están cambiando aspectos importantes que definen su diagrama de difracción.
Este hecho puede ser utilizado para analizar aspectos tales como la estabilidad térmica de una fase. Veamos, como ejemplo, un estudio termodifractométrico (TDX) de una fase que tiene la siguiente fórmula: (C4H12N2)1.5 [Fe3(HAsO4)2(AsO4)F5]. Para llevar a cabo este estudio se realizan diagramas de difracción a diferentes temperaturas (en nuestro ejemplo cada 15ºC). Posteriormente se representan de forma ordenada y consecutiva.
Como podemos observar en la figura, la fase permanece inalterada al aumentar la temperatura hasta 240ºC, ya que los máximos de difracción no varían su posición ni su intensidad. Por encima de 240ºC los máximos comienzan a perder intensidad, hasta llegar a desaparecer a 285ºC.
Además: Entre 285ºC y 525ºC, se obtiene un compuesto amorfo (no existen máximos de difracción), lo que indica la destrucción de la estructura cristalina de la fase inicial. Entre 525 y 595 ºC, se produce una reordenación de los átomos que forman el compuesto amorfo para generar una nueva fase cristalina: el arseniato de hierro Fe (AsO4) que cristaliza en el sistema trigonal. Esta nueva fase ha sido identificada a partir de la posición e intensidad relativa de sus máximos de difracción (ver práctica "Identificación de Materiales Cristalinos. Práctica guiada"). A partir de 595 ºC comienzan a aparecer otros máximos de difracción correspondientes a una nueva fase, identificada como otro arseniato de hierro de la misma fórmula que el anterior, Fe (AsO4), pero que cristaliza en al sistema monoclínico. La generación de esta nueva fase de realiza a costa de la desaparición del anterior arseniato de hierro trigonal.
Bibliografía: http://www.ehu.eus/imacris/PIE06/web/DRXP.htm http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cr http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografi istalografia/parte_05.h a/parte_05.html tml https://www.upct.es/~min https://www.upct.es/~minaeees/difra aeees/difraccion_ray ccion_rayosx.pdf osx.pdf https://sstti.ua.es/es/ins https://sstti.ua.es/es/instrumentacio trumentacion-cientifica/unida n-cientifica/unidad-de-rayo d-de-rayossx/difraccion-de-rayos-x.html
