Difracción de rayos X en muestra policristalina [DRXP]


Difracción de rayos X en muestra policristalina [DRXP]

1.- ¿Qué es la difracción de rayos X en muestra policristalina, DRXP?
La difracción de rayos X es uno de los fenómenos físicos que se producen al interaccionar un haz de rayos X, de una determinada longitud de onda, con una sustancia cristalina. La difracción de rayos X se basa en la dispersión coherente del haz de rayos X por parte de la materia (se mantiene la longitud de onda de la radiación) y en la interferencia constructiva de las ondas que están en fase y que se dispersan en determinadas direcciones del espacio.El fenómeno de la difracción puede describirse con la Ley de Bragg, que predice la dirección en la que se da interferencia constructiva entre haces de rayos X dispersados coherentemente por un cristal:
n l = 2 d sen q
2.- ¿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.
Para conocer con mayor detalle algunas de de estas aplicaciones, visitad los enlaces recopilados en el apartado 4. Para saber más... de esta página.
3.- Descomposición térmica de una fase cristalina
Como ya hemos mencionado, toda fase cristalina presenta una huella dactilar, que es su diagrama de difracción. Pero, ¿que 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.
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.
Mediante TDX hemos podido analizar la estabilidad térmica de un arseniato de hierro con molécula orgánica y átomos de fósforo, de fórmula (C4H12N2)1.5[Fe3(HAsO4)2(AsO4)F5]. Hemos podido saber que tras calentarlo a 240ºC éste se descompone. Pero si superamos los 525ºC conseguimos formar primero un arseniato de hierro y luego otro, ambos con la misma fórmula química, pero que cristalizan en distintos sistemas cristalinos. Es decir, son fases polimorfas (para saber más sobre la relación existente entre fases polimorfas y la relación existente entre sus diagramas de difracción, visitar la práctica "Relación entre la Estructura Cristalina y el Diagrama de Difracción de Rayos X. Practica guiada"). También puede accederse a la citada práctica a través de la página principal del grupo de investigación IMaCris/MaCrisI.
4.- Para saber más ...
http://www.ehu.es/imacris/PIE06/web/DRXP.htm

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