Los rayos X son una radiación electromagnética cuya longitud de onda es del orden de 1 Amstrong.

En la publicación anterior hablé brevemente sobre la estructuras cristalinas. Ahora la pregunta es:

¿Siendo la separación entre átomos y planos cristalinos del orden de varios Amstrongs, cómo se pueden verificar y estudiar estas estructuras?

La respuesta a esta pregunta fue presentada por los científicos (Lau-Friedrich-Knipping) , el 9 de junio de 1912, en la Academia de Ciencias de Baviera, en un documento titulado "Efectos de la interferencia con los rayos Röntgen". En la primera parte del artículo, en la segunda parte, Friedrich y Knipping presentan las primeras observaciones experimentales de la difracción de rayos X mediante cristales.

El trabajo, por un lado, demuestra que los rayos X tienen forma de onda porque pueden difractar y, a su vez, los cristales se forman mediante una disposición periódica de átomos.

Las primeras determinaciones de las estructuras cristalinas por medio del análisis de difracción de rayos X fueron realizadas por el físico inglés William Henry Bragg , quien publicó las primeras estructuras de KCl, NaCl, KBr y KI.

Por lo tanto, el estudio de la estructura de la materia requiere el uso de radiación de longitud de onda muy pequeña, como los rayos X. Una de las formas de producir rayos X es a través del bombardeo de átomos con el de los electrones a altas velocidades. En general, un electrón golpea y excita otro electrón desde las capas más intensas de los átomos, extrayéndolo a las capas superiores, luego el electrón excitado, hace una transición hacia el estado más bajo de energía, emitiendo la diferencia de energía entre los niveles en forma de la radiación de rayos X.

Figura 1. Esquema de la excitación de electrones dentro del átomo blanco.

La radiación emitida de esta manera tiene un amplio espectro continuo, en el cual hay una serie de líneas discretas superpuestas, que son las producidas por las transiciones en los diferentes niveles de energía del átomo. El espectro continuo se debe a la emisión de radiación por electrones incidentes, ya que son desviados por las cargas del núcleo del material que ha servido como objetivo.

Figura 2. Nota de mi cuaderno de física (espectro de radiación Mo).

En general, las fuentes de rayos X monocromáticas son las líneas K-alpha y K-alpha de molibdeno con longitudes de onda de 1,541 y 0,709 Amstrong respectivamente.

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Ley Bragg

Como ya se mencionó, la ubicación de las máximas de difracción fue explicada por William Bragg, basada en un modelo muy simple en el que se supone que la radiación X se refleja especularmente desde los planos sucesivos del cristal, y en la que las máximas de difracción son solo encontradas para ángulos de incidencia y reflexión tales que las reflexiones de los planos adyacentes de un sistema interfieren de una manera constructiva, con diferencias de fase dos puntos radianes donde n es un número entero.

Figura 3. Difracción de Bragg.

Por lo tanto, cuando se trata de ondas, los rayos de longitud de onda producirán interferencia máxima y mínima siempre que la diferencia de trayectoria produzca un desplazamiento de onda.

De la gráfica se deduce fácilmente que la diferencia de trayectoria entre, por ejemplo, el haz "a y b" , viene dada por AB + AC.

Esta diferencia de ruta debe ser igual a un número entero de ondas, es decir:

En forma general la lay de Bragg se escribe de la siguiente manera,

Las distintas técnicas de difracción se emplean para diferentes tecnicas con el fin de cumplir la condición de Bragg, dicha ecuación debe establecerse cuando un haz de rayos-X incide sobre una muestra monocristalina. Como para un determinado material los valores de dhkl( indices de Miller) están definidos por su estructura, a una dada longitud de onda λ del haz de rayos-X incidente, emergerán haces difractados solo a valores particulares del angulo θhkl. Al registro de esos máximos y sus intensidades, realizado con una película fotográfica o por medio eléctricos, se le llama patrón de difracción (8).

Más adelante explicaré de forma general como se caracteriza cualitativamente un material por medio de la tecnica de rayos X en polvo, que es la técnica usada en el laboratorio (LEMIN).