Del mar a los átomos: nanociencia de los cristales

Summary

Este script explora la fascinante física de la luz y su difracción en el nanomundo, utilizando la ley de Bragg para entender cómo se ordenan los átomos en materiales cristalinos. Se compara la difracción de olas del mar con la de la luz visible y los rayos X, mostrando cómo la luz interactúa con estructuras a nivel atómico. El video también presenta la aplicación práctica de estos conceptos en la identificación de materiales cristalinos mediante difracción de rayos X, con un ejemplo de análisis de cemento Portland, destacando la importancia de la nanociencia en la identificación y estudio de materiales.

Takeaways

• 🌌 La luz es fundamental en el universo para permitir la visión en la oscuridad y distinguir colores, matices y transparencias.
• 🔬 La difracción de la luz es un fenómeno que permite el estudio de objetos diminutos en el nanomundo, como se describe en la ley de Bragg.
• 🌊 La difracción se puede observar en la naturaleza, como en el comportamiento de las olas del mar que se dispersan al encontrarse con obstáculos.
• 📏 La difracción ocurre cuando una onda interactúa con un objeto o apertura de tamaño comparable a su longitud de onda.
• 🌅 La longitud de onda de las ondas del mar es de varios metros, mientras que la de la luz visible es de varios cientos de nanómetros.
• 🔴 La difracción de la luz visible se puede demostrar con rendijas nanométricas, lo que resulta en patrones de interferencia.
• 📡 Los patrones de interferencia, tanto destructivas como constructivas, son esenciales para entender cómo se comportan las ondas en presencia de rendijas o aperturas.
• 🧬 La difracción de rayos X fue un avance significativo, ya que permite el estudio de la estructura cristalina de materiales a nivel atómico.
• 🔎 La fórmula de Bragg relaciona la longitud de onda de los rayos X con las distancias entre planos atómicos en materiales cristalinos.
• 🏗️ La aplicación práctica de la difracción de rayos X es crucial en la identificación y análisis de estructuras de materiales cristalinos, como se muestra en la identificación de fases en cemento Portland.

Q & A

¿Qué fenómeno permite que la luz nos ayude a ver objetos en la oscuridad?

El fenómeno de la difracción de la luz, que ocurre cuando la luz se transmite, se absorbe, se refleja y se refracta, nos permite distinguir colores, matices y transparencias incluso en la oscuridad.

¿Cómo se relaciona la difracción de la luz con el estudio de objetos diminutos en el nanomundo?

La difracción de la luz permite entender cómo se ordenan los átomos a nivel nano, utilizando técnicas avanzadas como la difracción de rayos X para analizar la estructura cristalina de materiales a escala atómica.

¿Qué ley de la física a escala nano es mencionada en el guion y qué nos permite estudiar?

Se menciona la ley de Bragg, que es útil para estudiar la materia cristalina, donde los átomos están ordenados de manera repetitiva en el espacio.

¿Cómo se relaciona la difracción de olas en el mar con la difracción de la luz en el nanomundo?

La difracción de olas en el mar es utilizada como analogía para explicar la difracción de la luz, donde ambas se dispersan al encontrarse con aperturas o objetos de tamaño comparable a su longitud de onda.

¿Qué longitud de onda tiene la luz visible del color rojo que se utiliza en el ejemplo del guion?

La luz visible del color rojo tiene una longitud de onda de aproximadamente 700 nanómetros.

¿Qué fenómeno ocurre cuando dos ondas de luz se encuentran y están en la misma fase?

Cuando dos ondas de luz se encuentran y están en la misma fase, ocurre una interferencia constructiva, lo que resulta en una amplitud de onda mayor que las dos ondas individuales.

¿Qué sucede cuando las ondas de luz se encuentran en antifase y se suman?

Cuando las ondas de luz se encuentran en antifase y se suman, ocurre una interferencia destructiva, lo que resulta en una amplitud de onda de cero, creando una zona completamente oscura.

¿Qué son las difracción gratings y cómo se relacionan con el patrón de interferencia?

Las difracción gratings son objetos nanométricos con múltiples aperturas que provocan el fenómeno de difracción y la formación de patrones de interferencia cuando la luz incidente interactúa con ellas.

¿Qué descubrió Max von Laue y cómo cambió nuestra comprensión de la difracción de rayos X?

Max von Laue descubrió que los rayos X, a pesar de tener longitudes de onda muy pequeñas, pueden ser difractados por estructuras cristalinas periódicas de materiales, lo que permitió analizar la disposición de átomos en dichas estructuras.

¿Qué fórmula desarrollaron los padres e hijos Bragg y cómo se relaciona con la difracción de rayos X?

Los Bragg desarrollaron una fórmula que relaciona la longitud de onda de los rayos X con las distancias entre los planos atómicos en estructuras cristalinas, permitiendo la identificación y análisis de materiales mediante difracción de rayos X.

¿Cómo se utiliza la difracción de rayos X en la identificación y análisis de materiales cristalinos?

La difracción de rayos X se utiliza para identificar y analizar materiales cristalinos al comparar los patrones de difracción obtenidos experimentalmente con bases de datos de difractogramas, lo que permite determinar la composición y estructura de las fases presentes en una muestra.

Outlines

00:00

🌌 La importancia de la luz en la física nano

El primer párrafo introduce el tema de cómo la luz, al ser transmitida, absorbida, reflejada y refractada, permite distinguir colores y matices. Se menciona que la luz no solo permite ver en la oscuridad sino que, con la ayuda de la difracción, se pueden observar objetos en el nanomundo. Se presenta la ley de Bragg, una ley clave en física que permite estudiar la disposición de átomos en la escala nano, especialmente en materiales cristalinos. Además, se hace una analogía entre la difracción de las olas en el mar y la difracción de la luz, destacando la importancia de que las longitudes de onda y los tamaños de los objetos sean comparables para que se produzca la difracción.

05:01

🔬 Difusión de la luz y su aplicación en la nanociencia

El segundo párrafo profundiza en el concepto de difracción de la luz, comparando la difracción de ondas en el mar con la difracción de la luz visible, especialmente la luz roja de 700 nanómetros de longitud de onda. Se describe cómo, al utilizar rendijas de tamaño nanométrico, se puede lograr la difracción de la luz visible, lo que lleva a la formación de patrones de interferencia. Estos patrones son resultado de la superposición de ondas difractadas que pueden ser de interferencia constructiva o destructiva, dependiendo de si las ondas se suman o se cancelan mutuamente. También se menciona el uso de rejillas de difracción para crear patrones de interferencia a gran escala.

10:03

🧬 La difracción de rayos X y su relación con la estructura cristalina

El tercer párrafo explora el uso de la difracción de rayos X para estudiar la estructura cristalina de materiales. Se narra la historia de Max von Laue, quien teorizó que la luz de rayos X, debido a su longitud de onda mucho más pequeña que la luz visible, podría ser difractada por los patrones nanométricos de los átomos en los materiales cristalinos. Se describe su experimento con sulfuro de zinc, que resultó en un patrón de difracción que confirmó su teoría. Sin embargo, se señala que faltaba una fórmula que relacionara la longitud de onda de los rayos X con las distancias entre los átomos, una fórmula que más tarde proporcionaron los Bragg.

15:05

📐 La ley de Bragg y su aplicación en la identificación de materiales cristalinos

El cuarto párrafo se enfoca en la ley de Bragg, que relaciona la longitud de onda de los rayos X con las distancias entre los planos atómicos en los materiales cristalinos. Se describe el proceso de difracción de rayos X y cómo, al asegurar que la diferencia de recorrido de los rayos sea un múltiplo de la longitud de onda, se pueden obtener interferencias constructivas. Esta relación se utiliza para determinar las distancias entre los planos atómicos y, por ende, para identificar y caracterizar la estructura de los materiales cristalinos.

20:07

🔍 Aplicación práctica de la difracción de rayos X en la identificación de fases cristalinas

El último párrafo presenta un ejemplo práctico de cómo se utiliza la difracción de rayos X para identificar las fases cristalinas en una muestra de cemento Portland. Se describe el proceso de preparación de la muestra, su análisis en un difractómetro de rayos X y cómo se interpreta el difractograma resultante para determinar la composición y estructura de la muestra. Se resalta la importancia de esta técnica en la ciencia de los materiales para identificar y estudiar la estructura de materiales cristalinos.

Keywords

💡Luz

La luz es una forma de energía electromagnética que permite la visión y la percepción de colores y matices. En el video, se discute cómo la luz se transmite, se absorbe, se refleja y se refracta, y cómo su difracción permite observar objetos en el nanomundo, como se menciona en la frase 'hoy hablamos de cómo la difracción de la luz nos permite entender cómo se ordenan los átomos'.

💡Difracción

La difracción es el cambio en la dirección de una onda, como la luz o el sonido, cuando se encuentra con un obstáculo o una apertura de tamaño comparable a su longitud de onda. En el script, se ilustra cómo la difracción ocurre con las olas del mar y se relaciona con la observación de la luz en el nanomundo, como en 'este fenómeno es lo que conocemos como difracción'.

💡Longitud de onda

La longitud de onda es la distancia entre dos puntos consecutivos en una onda, como los puntos más altos (crestas). En el video, se usa para explicar la difracción de las olas y la luz, y se menciona específicamente que 'la longitud de onda de la luz visible mide varios cientos de nanómetros'.

💡Materia cristalina

La materia cristalina es aquella en la que los átomos están ordenados de manera repetitiva en el espacio, como en los minerales. En el script, se relaciona con la ley de Bragg y se describe cómo se utiliza para estudiar la estructura de estos materiales, como se indica en 'la ley de Bragg es extremadamente útil porque nos permite estudiar la materia cristalina'.

💡Ley de Bragg

La ley de Bragg es una fórmula en cristalografía de rayos X que relaciona la longitud de onda de los rayos X con las distancias entre los planos atómicos en una estructura cristalina. En el video, se presenta como un concepto clave para entender cómo se ordenan los átomos en la nano escala, tal como se describe en 'la ley de Bragg es extremadamente útil porque nos permite estudiar la materia cristalina'.

💡Rayos X

Los rayos X son un tipo de radiación electromagnética con longitudes de onda muy pequeñas, que se utilizan para examinar la estructura atómica de los materiales. En el script, se mencionan como un medio para investigar la difracción en la nano escala, como se muestra en 'Von lawe irradió una fina capa de sulfuro de zinc que es un material cristalino con un rayo X'.

💡Interferencia

La interferencia ocurre cuando dos o más ondas se superponen y se amplifican o se cancelan entre sí, dependiendo de si están en fase o en antifase. En el video, se discute cómo la interferencia constructiva y destructiva es clave en la observación de patrones de difracción, como se ilustra en 'creando un maravilloso patrón de interferencias destructivas y constructivas'.

💡Rejillas de difracción

Las rejillas de difracción son objetos nanométricos con múltiples aperturas diseñadas para provocar la difracción de la luz o los rayos X y generar patrones de interferencia. En el script, se mencionan como herramientas para investigar la difracción, tal como se describe en 'existen lo que llamamos difracción gratings o rejillas de difracción'.

💡Nanomundo

El nanomundo se refiere al estudio de fenómenos y estructuras a una escala de nanómetros. En el video, es el contexto en el que se explora la difracción de la luz y la aplicación de la ley de Bragg, como se menciona en 'hoy hablamos de cómo la difracción de la luz nos permite entender cómo se ordenan los átomos, déjame contarte una de mis leyes preferidas de la física a la Nano escala'.

💡Difractograma

Un difractograma es un patrón de intensidad de rayos difractados que se utiliza para analizar la estructura de los materiales cristalinos. En el script, se describe cómo se obtiene y se interpreta en un experimento de difracción de rayos X, como se indica en 'vamos a obtener un patrón algo que llamamos difractograma'.

Highlights

La luz permite ver en la oscuridad y estudiar objetos diminutos del nanomundo.

La difracción de la luz ayuda a entender el ordenamiento de átomos a nivel nano.

Se presenta la ley de Bragg, clave para el estudio de la materia cristalina.

La difracción de olas en el mar es comparada con la difracción de la luz.

La importancia del tamaño comparable entre la onda y el objeto en la difracción.

La difracción de la luz visible y su longitud de onda de varios cientos de nanómetros.

La creación de patrones de interferencia por difracción de luz.

La aplicación de rejillas de difracción para generar patrones de interferencia.

Max Von Laue teorizó la difracción de rayos X por estructuras cristalinas.

La difracción de rayos X se utiliza para estudiar la estructura cristalina de materiales.

La fórmula de Bragg relaciona la longitud de onda de los rayos X con las distancias entre planos atómicos.

El experimento de Bragg permite determinar la estructura cristalina a través de difracción de rayos X.

La utilización de difractogramas para identificar y analizar fases cristalinas en materiales.

La importancia de la difracción de rayos X en la ciencia de materiales.

La aplicación práctica de la difracción de rayos X en el análisis de cemento Portland.

La identificación de fases en muestras de materiales utilizando difractogramas.

La combinación de técnicas como la EDX y difracción de rayos X para el análisis detallado de materiales.

La promoción de la ciencia y trigonometría en el canal, con un toque de humor sobre vampiros en el próximo vídeo.

Transcripts

[Música]

en este universo sombrío que seríamos

sin la luz la luz se transmite se

absorbe se refleja se refracta y nos

permite distinguir colores matices y

transparencias Pero la Luz no solo nos

permite ver en la oscuridad sino que con

la habilidad es suficiente nos puede

ayudar a ver aquellas cosas que de otra

manera son invisibles Y es que la luz

nos permite también estudiar aquellos

objetos diminutos que forman parte del

nanomundo hoy hablamos de cómo la

difracción de la luz nos permite

entender cómo se ordenan los átomos

déjame contarte una de mis leyes

preferidas de la física a la Nano escala

la ley de brack

y más te vale darle like y suscribirte

porque me estoy poniendo mamadísima y

ahora puedo repartir hostias como panes

Pero además si me das Like y te

suscribes y ya sabes que me ayudas no

solo a repartidos ya sino también a

repartir conocimiento la ley de brack es

extremadamente útil porque nos permite

estudiar la materia cristalina que es

aquel tipo de materia cuyos átomos se

disponen de manera repetitiva en el

espacio como ocurre con los minerales es

decir que es esa materia cuyos átomos

están ordenados como ya vimos en un

vídeo que os voy a dejar por aquí arriba

que hicimos hace mil años pero para

hablar de esta ley tan curiosa del mundo

Nano primero Tenemos que hablar del mar

y aquí podrías preguntarte pero Ana qué

demonios tiene que ver el mar con la

materia cristalina tras de process

imagínate el mar el océano y una suave

Brisa de verano no tengo yo ganas de

verano Y ahora imagínate las olas

viajando hacia la costa y rompiendo

contra el puerto cuando las olas llegan

a la apertura que hay entre dos

espigones se dispersan decimos que se

disfractan este fenómeno es lo que

conocemos como difracción y ocurre

siempre que una onda llega a un objeto o

una apertura de tamaño comparable

te puedes imaginar la cresta de las olas

no primero de manera paralela cuando

avanza hacia el espigón y después de

encontrarse con la apertura de los

espigones de manera semicircular

y me dirás Ana yo esto no lo he visto

nunca no me lo creo Pues porque no lo

has buscado porque está en internet si

tú lo buscas difracción olas mar te sale

los espigones muchas veces se colocan de

esta manera para aprovecharnos de la

difracción y forzar la aparición de esta

Bahía semicircular Y como te digo la

difracción no solamente ocurre con

aperturas sino también con objetos como

islotes o barcos como esta especie de

barco chuchurrío que dibujaba aquí

recuerda esto porque va a ser importante

luego kit de inmind bien vamos a ir un

poquito más allá resulta que es

extremadamente importante que o bien la

isla o barco o bien la separación entre

los dos espigones sea de tamaño

comparable a esa distancia que hay entre

cresta y cresta de las olas imagina que

en lugar de dos espigones tenemos dos

reglas de medida como las que usabas en

el cole es bastante intuitivo entender

que si en lugar de dos espigones tenemos

dos reglas uno la separación apertura

que hay entre ellas es demasiado grande

y dos las reglas son demasiado pequeñas

como para que las olas les importe nada

que eso esté ahí entonces perdemos el

fenómeno de la difracción por tanto los

tamaños de las cosas tienen que ser

comparables para que ocurra el fenómeno

de la difracción Y esto es una especie

de regla de tres bastante útil en la

nanociencia en general y una buena

manera de pensar tamaños comparables

interacción por último si yo en lugar de

mirar la ola desde arriba la miro por al

lado vería un perfil parecido a esto

esta distancia de la que hemos estado

hablando la distancia que hay entre

cresta y cresta de la ola es lo que

conocemos como longitud de onda y en

este caso en el caso de las olas del mar

será de varios metros

pero como sabéis en este canal no nos

gustan las cosas Macro el tema de los

metros nada no nos Mola a nosotros nos

gustan las cosas nano por lo tanto vamos

a dar un paso más allá y vamos a hablar

de otro tipo de difracción que es muy

parecido a lo que acabamos de ver pero

con otro tipo de ondas vamos a hablar de

la difracción de la luz visible

[Música]

hablemos de la luz visible que está

compuesta por fotones que viajan de

manera parecida a cómo lo hacen las olas

del mar porque son ondas pero mientras

que las olas del mar tienen la longitud

de onda esto que hemos visto aquí que

mide unos cuantos metros la longitud de

onda de la luz visible mide varios

cientos de nanómetros es decir es mucho

más pequeña para este ejemplo vamos a

centrarnos en una luz de color rojo y

vamos a decir que tiene una longitud de

onda de 700 nanómetros con lo cual Si

queremos que ocurra el fenómeno de la

difracción como ya hemos visto vamos a

tener que utilizar espigones o barcos

nanométricos o lo que es más fácil y

factible perforar una fina línea de un

grosor de aproximadamente 700 nanómetros

mediante algún tipo de técnica avanzada

de mecanizado cosa Que obviamente no se

puede hacer con un cúter pero es lo que

tenemos ejemplificarlo

yo he abierto imagínate una rendija

nanométrica obviamente Esta no es

nanométrica como puedes ver porque lo he

hecho yo ahora mismo con un cúter pero

imagínate que es nanométrica esto es lo

mismo que pasaba con las olas del mar Lo

que pasa que he visto en planta

por aquí vendría mi luz visible Roja de

700 nanómetros y si dispersaría se

disfractaría la única diferencia con las

olas del mar es que estas distancias a

distancia de la apertura y la longitud

de onda de mi luz son de 700 nanómetros

mucho más pequeño que los metros que

estábamos viendo con las olas del mar

por lo tanto con nuestra rendija

nanométrica obtenemos difracción podemos

somos capaces de disfrazar la luz

visible roja y aquí es donde empieza la

magia Y es que la cosa comienza a

ponerse interesante cuando no solamente

tenemos una rendija sino que tenemos dos

estas dos ondas difractadas se enfrentan

entre sí pues sus caminos se solapan

creando un maravilloso patrón de

interferencias destructivas y

constructivas

cuando las ondas se encuentran en un

punto y están perfectamente En fase

máximo máximo mínimo son iguales

entonces lo que tenemos es una

interferencia constructiva en cuyo caso

la amplitud de las dos ondas se suman y

la onda resultante tiene una amplitud

más grande que las dos que la precedían

por el contrario cuando las ondas se

encuentran en antifase máximo con mínimo

máximo con mínimo perfectamente al

contrario entonces lo que tenemos es una

interferencia destructiva en una

interferencia destructiva lo que pasa es

que al sumar estas dos ondas nos da 0 en

este caso sería una zona completamente a

oscuras estas interferencias lo que

provocan es que si somos capaces de

poner una pantalla negra después de las

ondas difractadas por la rendija lo que

vamos a ver es un patrón de

interferencia déjame dibujar el patrón

de referencia verdad lo he hecho azul

y estoy hablando una luz roja voy a

dibujar las de color rojo porque las

había dejado azules para las olas del

mar Pero como estamos hablando de luz

roja no quiero liar a nadie voy a volver

a dibujarlas pero de color rojo

para que veáis el patrón de

interferencia

que no se diga que no os cuido

estas interferencias hacen que si

colocamos una pantalla negra

en algún punto después de la rendija

sabemos que aquí las ondas se han

disfrazado vamos a poder ver un patrón

de interferencia en el que van a quedar

más fuertemente iluminadas las zonas en

las que ha ocurrido una interferencia

constructiva y van a quedar a oscuras

otras zonas en las que había una

interferencia destructiva además

precisamente para provocar estos

patrones de interferencia existen lo que

llamamos difraction greatings o rejillas

de difracción que no es más que un

objeto nanométrico que hemos fabricado

en el que hay un montón de estas

aperturas para justamente para provocar

este fenómeno de difracción Y obtener

pues diversos patrones de la infracción

o patrones de interferencia a ver Espero

no haber perdido a nadie por el camino

yo conozco yo sé que esto es un poco

denso pero es que ahora viene lo

interesante ahora viene el visionario a

menudo tomado por loco el señor Max Von

lawer Este señor dijo vale si somos

capaces de hacer esto con la luz visible

que tiene una longitud de onda de unos

cientos de unos pocos cientos de

nanómetros Por qué no me pregunto por

qué no lo iba a poder hacer también con

los rayos x Pero hay un problema y es

que los rayos x tienen una longitud de

onda extremadamente pequeña y cuando

digo extremadamente pequeña me refiero a

prácticamente fracciones de nanómetro

entonces claro cualquier persona en su

sano juicio diría pero señor borlaue

cómo vamos a fabricar un objeto que sea

capaz de difractar una luz que tiene una

longitud de onda tan y tan pequeña Pues

ahí está la gracia no hace falta que

fabriquemos ningún objeto porque ya

existen objetos que tienen patrones tan

pequeños y tan nanométricos que nos

permiten disfrazar la luz de rayos x la

estructura cristalina de los materiales

periódicos

para disfrazar los rayos x en lugar de

utilizar espigones o Islas u objetos de

metros o de nanómetros lo que vamos a

utilizar son las estructuras cristalinas

de los materiales no que tienen los

átomos ordenados Von lawe se preguntaba

o el teorizó si esto funcionaría y vaya

si funcionó resulta que Von lawe irradió

una fina capa de sulfuro de zinc que es

un material cristalino con un rayo x o

con una fuente de rayos x Mejor dicho Y

puso una pantalla fotográfica después de

la muestra que es capaz de iluminarse o

de marcar las zonas donde han ido a

parar los rayos x puedo comprobar que

aparecían varios puntos en la pantalla

que había puesto lo cual significaba que

la muestra cristalina este material el

sulfuro de zinc difractaba los rayos x

obteniendo un patrón de interferencias o

un patrón de difracción de manera

parecida a como acabamos de ver con la

luz roja una vez compuesto por una serie

de puntos este patrón de puntos este

patrón de difracción proviene

precisamente de esa interacción de los

rayos x con los átomos del sulfuro de

zinc que tienen un tamaño parecido a la

longitud de onda de los rayos x este

patrón de difracción dependía de los

separados y de las distancias y de cómo

estuvieran colocados los átomos de este

material ya que esto es lo que determina

el juego de interferencias constructivas

y destructivas que van a sufrir los

rayos x pero maxbonelahue no dio con la

fórmula o no conseguía dar con la

fórmula que relacionaba los rayos x o la

longitud de onda de los rayos x con las

distancias entre los átomos de la

estructura cristalina lo cual era muy

importante para poder seguir avanzando

en este campo y conseguir más

información sobre estos materiales

cristalinos a ver que de este patrón tú

pudieras sacar las distancias que hay

entre los átomos estaría bastante guapo

sinceramente pero para eso tuvieron que

llegar un padre y su hijo vamos a

llamarles brack y brack Junior que

desarrollaron una fórmula que

precisamente hace eso relacionar los

rayos x con las distancias entre los

planos atómicos estamos hablando por

supuesto de la ley de brack

en el experimento de los bracke

comenzamos con un material cristalino

vamos a dibujar el centro de donde se

colocarían los átomos tal que así pero

lo vamos a hacer en dos dimensiones ten

en cuenta que en realidad

todos estos átomos en realidad también

se propagarían hacia fuera y hacia

dentro de la pizarra estaríamos hablando

de un material tridimensional pero para

simplificar lo vamos a dibujar en dos

dimensiones en este dibujo la distancia

entre los planos que hacen los átomos

los planos cristalinos sería

por ejemplo esta de aquí

vamos a llamarla d lo que también vamos

a necesitar es una fuente de rayos x

esta de aquí vale de aquí van a salir

disparados rayos x y la vamos a colocar

estratégicamente

con cierto ángulo al que vamos a llamar

teta

respecto de la superficie del material

así cuando salga un rayo x o muchos

rayos x

vamos a poder ver que este ángulo

es el que llamamos

teta cuando el Rayo x llega a un átomo

en realidad gracias a los electrones

pero no vamos a entrar ahí ahora vale va

a disfrazar en muchas direcciones como

lo hacía el barco que hemos visto al

principio con las olas del mar pero

nosotros vamos a dibujar solamente una

solamente nos interesa una dirección en

resto nos vamos a olvidar pero están ahí

vale

vamos a dibujar la que sale también

con un ángulo de salida igual al de

entrada con lo cual también teta y aquí

es precisamente donde habremos colocado

un detector piensa que todo esto es

invisible para ti que no eres Superman

no puedes ver átomos no puedes ver los

rayos x necesitas tener un detector y

colocarlo estratégicamente para poder

observar

algo con lo cual con el Rayo que sale de

la Fuente que llega al átomo y que llega

al detector nos queda este dibujo

completamente simétrico con los dos

ángulos tetas aquí respecto la

superficie del material cristalino y

ahora veréis yoursence porque aquí viene

la magia vale vamos a dibujar un segundo

Rayo X en realidad sale de la misma

fuente tiene la misma fase sale del

mismo sitio vale pero está ligeramente

desplazado no porque así de grande

entonces está ligeramente desplazado y

nuestro Rayo va a llegar

Imagínate que no choca con esto vale

lo pasa Vale y

llega a un átomo de una capa que está

por debajo de la capa Donde ha chocado

el primer Rayo

como es simétrico el dibujo hacer así

para llegar al detector pasa lo mismo el

Rayo x llega al átomo se difracta vamos

a dibujar solamente una dirección Vale y

llegará al detector y ahora Listen to me

atentos esto que he dibujado yo son los

vectores de dirección de las ondas no en

realidad podríamos imaginarnos que las

ondas van así

pero no quiero dibujarlo entero porque

si no se me va a liar el dibujo un

montón

vale Si eso es lo que queremos es que el

detector detecte

una intensidad potente una intensidad

que sea grande necesitamos que haya una

interferencia constructiva y no una

inteligencia destructiva Porque si es

destructiva Entonces el detector no va a

haber nada necesitamos una interferencia

constructiva y cuando tenemos una

interferencia constructiva cuando las

ondas están en fase estas dos ondas

salen de la misma fuente salen en fase

las dos tienen el mismo máximo en el

mismo sitio el mismo mínimo en el mismo

sitio están en fase queremos que lleguen

En fase Pero hay un problema no es un

problema pero hay una cosa en la que se

diferencian que es básicamente que esta

de aquí ha recorrido un camino más largo

con lo cual es posible que lleguen

desfasadas Pero hay una manera de

asegurar que llegan En fase Y es que el

desplazamiento extra que ha hecho el

segundo Rayo sea igual o un múltiplo de

la longitud de onda

si yo tengo estas dos ondas que han

salido del mismo sitio En fase Cómo

puedo asegurar que estén en fase pues si

yo las desplazo exactamente una longitud

de onda

es decir que esto de aquí se desplace

aquí

si yo lo he desplazado justo

una longitud de onda esto sigue estando

en fase porque coinciden los mínimos con

los mínimos y los máximos con los

máximos O sea que lo que necesito es que

la diferencia de recorrido que tiene

este segundo Rayo respecto del primero

sea un múltiplo de la longitud de onda

con lo cual este camino extra

tiene que ser

n veces la longitud de onda

y Qué es esta distancia me preguntarás

esta sería la pregunta que hay que hacer

ahora

pues entonces hay que echar mano de

nuestra amiga la trigonometría

vamos a dibujar esta línea paralela aquí

que es la misma

y La paralela esta aquí

esto de aquí es la vertical

esto de aquí son dos ángulos rectos

estoy aquí son dos ángulos rectos

por trigonometría sabemos que este

ángulo es el mismo que este ángulo

y esto de aquí que es

es el seno

del ángulo por la hipotenusa que es esta

distancia de aquí qué curiosamente no

curiosamente es a propósito Es la

distancia entre los planos atómicos por

lo tanto es de

de que se pueden usar por el seno del

ángulo por dos

y esto para asegurar una interferencia

constructiva tiene que ser n veces la

longitud de onda

2D no

Y esa es

y ahora Déjame que te lleve a mi

laboratorio y te enseñe la aplicación

real de la ley de brack con una máquina

de difracción de rayos x o defractómetro

de rayos x vamos a analizar una muestra

de cemento Portland en polvo como este

que tengo aquí Como extra hemos hecho un

análisis que no es la difracción de

rayos x pero os lo enseño para que

entendáis lo complejo Que es el cemento

esto es una imagen de microscopio

electrónico con análisis químico que se

llama edx electrom dispershift Express

de lo cual Podemos hablar otro día que

nos muestra Qué elementos hay en cada

zona como ves el cemento es un material

complicado pues está compuesto por

muchos materiales diferentes Si yo le

pido al programa que me enseñe dónde hay

aluminio calcio y magnesio por ejemplo

se iluminan estas zonas Así que

posiblemente se trate de una fase como

una luminato de calcio con magnesio o

algo así no lo sabemos sólo sabemos que

en estas zonas intersticiales hay

aluminio calcio y que en los granos

sobre todo hay silicio Esto es lo que

sabemos de la muestra no vale pues ahora

cogemos el polvo de nuestro material y

lo empacamos en el portamuestras lo

introducimos en el difractómetro de

rayos x que tiene la disposición que

hemos visto antes fuente de rayos x

muestra y detector para iniciar el

experimento la máquina va a ponerse en

un ángulo Z inicial y luego va a ir

analizando la señal que llega al

detector a medida que va cambiando el

ángulo Z o sea va a hacer un paneo de

ángulos Z para ver cuándo ocurren

interferencias constructivas cuando haya

una interferencia constructiva va a

haber un pico cosa que veremos en el

disfractograma en el cual tenemos un eje

que representa el ángulo y otro eje que

representa la intensidad de la señal y

vamos a obtener un patrón algo que

llamamos difractograma y ahora metemos

este disfractograma en el sistema y le

pedimos que lo compare con sus bases de

datos y nos dirá que aquí es muy

probable que Pues en este caso pues una

frase de un silicato de óxidos de calcio

magnesio y aluminio y más cosas o sea

aquí habría ya que mirar todas las fases

que me está sugiriendo y determinar Qué

cosas tienen sentido y cuáles no además

como podemos relacionar los rayos x con

la distancia que hay entre los planos

atómicos gracias a estas bases de datos

también podemos obtener información

sobre el espaciado de cada una de estas

fases cristalinas que componen nuestra

muestra y saber qué tipo de estructura

tienen y así se han estudiado una

infinidad de materiales cristalinos

tenemos difractogramas específicos en

bases de datos para cada uno de ellos y

es vital en ciencia de materiales para

estudiar el entrecejo de átomos que son

los materiales cristalinos y también

para poder identificar materiales en

muestras que no sabemos muy bien Qué

tienen Espero que os haya gustado volver

un poco a la Nano física como veis me he

puesto un poco

un poco densa hacía tiempo que no

hacíamos un vídeo científico así que

bueno no sé qué os habrá parecido Espero

que estéis contentos de Volver al mundo

Nano

acordaros de darle like y suscribiros y

todas las cosas que nunca lo pido Pero

se ve que hay que pedirlo así que aquí

estamos y nos vemos en el próximo vídeo

en el que vamos a hablar de algo que no

tiene nada que ver conciencia pero que

me hace mucha ilusión pero que me hace

mucha ilusión hacerlo porque es un tema

que me gusta mucho y son los vampiros

Así que próximo vídeo vamos a hablar de

vampiros porque puedo mi canal es

ciencia y trigonometría y vampiros