La difracción de rayos X (XRD) es una técnica poderosa utilizada para determinar la estructura atómica y molecular de los materiales cristalinos. Se basa en la interacción de rayos X con la nube de electrones de los átomos dentro de una red de cristal. Aquí están los principios fundamentales:
1. Naturaleza similar a la ola de las radiografías:
* Los rayos X son radiación electromagnética con longitudes de onda en el rango de 0.1 a 10 nanómetros.
* Exhiben propiedades similares a las de onda y pueden sufrir difracción al interactuar con objetos espaciados regularmente, como los átomos en una red de cristal.
2. Patrón de difracción:
* Cuando los rayos X pasan a través de un material cristalino, están dispersos por los electrones que rodean cada átomo.
* Las ondas dispersas interfieren entre sí, creando un patrón de difracción en un detector.
* Este patrón consiste en puntos brillantes (picos) y áreas oscuras (canales), que son específicos de la estructura y orientación cristalina.
3. Ley de Bragg:
* La ley de Bragg explica la relación entre el ángulo de incidencia (θ), la longitud de onda de los rayos X (λ) y el espacio entre los planos atómicos (D) en la red de cristal:
nλ =2d sinθ
* Donde 'n' es un entero que representa el orden de difracción.
* Esta ley predice los ángulos en los que ocurre la interferencia constructiva, lo que resulta en los picos observados en el patrón de difracción.
4. Latina recíproca:
* El patrón de difracción está relacionado con la red recíproca del cristal, que es una representación matemática de la estructura cristalina en el espacio recíproco.
* Las posiciones de los picos en el patrón de difracción corresponden a puntos en la red recíproca.
5. Análisis de datos de difracción:
* Al analizar el patrón de difracción, los científicos pueden determinar:
* Las dimensiones de las células unitarias (A, B, C, α, β, γ)
* La disposición de los átomos dentro de la celda unitaria (grupo espacial)
* Las posiciones de los átomos dentro de la célula unitaria (coordenadas atómicas)
* La presencia de cualquier defecto o impureza en la estructura cristalina
Aplicaciones clave de difracción de rayos X:
* Caracterización del material: Determinar la estructura cristalina, la identificación de fase y el polimorfismo.
* Cristalografía: Resolviendo las estructuras atómicas de moléculas y proteínas.
* Análisis de estrés: Determinar los niveles de estrés residual en los materiales.
* Difracción de polvo: Identificar y cuantificar fases cristalinas en mezclas complejas.
* Análisis de película delgada: Determinar la estructura y el grosor de las películas delgadas.
En resumen, la difracción de rayos X es una herramienta poderosa para comprender la estructura atómica y molecular de los materiales cristalinos. Al utilizar la naturaleza similar a la onda de las radiografías y aplicar la ley de Bragg, podemos analizar el patrón de difracción para obtener información valiosa sobre la disposición y las propiedades de los materiales.
