Difracción de rayos-X | | UPV

Summary

Este vídeo explica de manera detallada la técnica de difracción de rayos X para estudiar la estructura cristalina de los materiales. Se describe la ley de Bragg, que permite determinar las distancias interplanarias y la estructura cristalina mediante el análisis de los picos de difracción. El ejemplo del hierro se utiliza para ilustrar cómo calcular parámetros de la celda y la diferencia entre estructuras cúbicas centradas en el cuerpo (CC) y en las caras (FCC). Además, se abordan problemas y soluciones cuando los planos cristalinos no están paralelos a la superficie, como en el caso de muestras en polvo. La aplicación de esta técnica es esencial para obtener información precisa sobre materiales cristalinos.

Takeaways

• 😀 La difracción de rayos X es una técnica comúnmente utilizada para estudiar la estructura cristalina de materiales.
• 😀 La ley de Bragg describe cómo los rayos X interactúan con los planos atómicos de un cristal para producir patrones de difracción.
• 😀 La ley de Bragg establece que los picos de difracción se producen cuando la distancia extra recorrida por los rayos X en planos paralelos es un múltiplo entero de la longitud de onda.
• 😀 Los picos en un difractograma corresponden a los planos cristalinos que cumplen con la ley de Bragg, y se representan en orden creciente de los índices de Miller.
• 😀 En estructuras cristalinas cúbicas, solo ciertos planos permiten la aparición de picos de difracción, dependiendo de los índices de Miller de los planos.
• 😀 Para las estructuras cúbicas centradas en el cuerpo (cc), solo los planos con índices de Miller cuya suma sea par darán lugar a un pico de difracción.
• 😀 En las estructuras cúbicas centradas en las caras (ccc), los picos solo aparecen si todos los índices de Miller son pares o impares.
• 😀 Se puede calcular la distancia interplanar de los planos de un cristal utilizando la fórmula d = a / √(h² + k² + l²), donde 'a' es el parámetro de la red y 'h', 'k', 'l' son los índices de Miller.
• 😀 Con la ley de Bragg, es posible obtener información precisa sobre la estructura cristalina y las dimensiones de la celda de un material.
• 😀 Si los planos estudiados no son paralelos a la superficie, no se detectará ningún pico de difracción en la configuración estándar del ensayo, pero esto se puede solucionar usando muestras de polvo y girándolas durante el ensayo.

Q & A

¿Qué es la difracción de rayos X y cómo se utiliza en el estudio de materiales?

La difracción de rayos X es una técnica utilizada para estudiar la estructura cristalina de un material. Consiste en hacer incidir un haz de rayos X sobre la superficie del material, medir la intensidad del rayo reflejado y observar cómo cambia la señal al variar el ángulo de incidencia.

¿Cuál es la ley fundamental que rige el fenómeno de la difracción de rayos X?

La ley fundamental que rige este fenómeno es la ley de Bragg, que establece que la difracción de rayos X ocurre cuando la distancia entre los planos atómicos de un material es tal que las ondas reflejadas desde diferentes planos interfieren constructivamente.

¿Quiénes fueron los científicos que desarrollaron la ley de Bragg?

La ley de Bragg fue desarrollada aproximadamente al mismo tiempo por el físico ruso Viktor Wulf y los físicos británicos Lawrence Bragg y su hijo William Bragg, quienes recibieron el Premio Nobel de Física en 1915 por su contribución.

¿Qué implica el desfase entre las ondas de rayos X reflejadas en los planos atómicos?

El desfase entre las ondas reflejadas debe ser múltiplo entero de la longitud de onda para que se produzca una interferencia constructiva y se genere un pico en el detector. Si las ondas están en contrafase, no se detecta señal.

¿Por qué algunos planos atómicos no producen picos en el difractograma?

No todos los planos atómicos producen picos en el difractograma debido a las reglas de selección basadas en los índices de Miller de los planos. Solo aquellos planos cuyas sumas de índices sean pares (en el caso de la estructura cúbica centrada) o que sigan ciertas reglas (en estructuras cúbicas centradas en las caras) darán lugar a picos de difracción.

¿Cómo se relaciona la distancia interplanar 'd' con la celda cristalina de un material?

La distancia interplanar 'd' se puede calcular a partir del parámetro de red 'a' de la celda cristalina utilizando la fórmula d = a / √(h² + k² + l²), donde 'h', 'k' y 'l' son los índices de Miller del plano.

¿Qué información se puede obtener a partir de un difractograma?

Un difractograma es una gráfica que representa el ángulo de incidencia (2θ) en el eje x y la intensidad de la señal medida por el detector en el eje y. Los picos corresponden a planos atómicos que cumplen la ley de Bragg, y la posición de los picos se relaciona con la estructura cristalina del material.

¿Qué ocurre si los planos estudiados no son paralelos a la superficie del material?

Si los planos no son paralelos a la superficie, no se detectan picos de difracción en el ensayo. Una solución es utilizar una muestra en polvo, lo que garantiza que algunos planos estarán orientados paralelamente a la superficie, y girar la muestra durante el ensayo aumenta las probabilidades de obtener una medición adecuada.

¿Cómo se puede determinar si la estructura cristalina es cúbica centrada (CC) o cúbica centrada en las caras (CCC)?

Para determinar si la estructura es CC o CCC, se observa el difractograma y se identifican los picos. En una estructura CC, solo los planos con índices de Miller cuya suma sea par dan lugar a picos, mientras que en la estructura CCC, los índices de Miller deben ser todos pares o todos impares. Se pueden hacer pruebas con las fórmulas de la ley de Bragg para comprobar cuál estructura corresponde a los picos observados.

¿Qué significa la interferencia constructiva en la difracción de rayos X?

La interferencia constructiva ocurre cuando el desfase entre las ondas reflejadas desde los planos atómicos es igual a un múltiplo entero de la longitud de onda. Esto resulta en la amplificación de la señal y la aparición de picos en el difractograma.