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la diffrazione cos'è, Appunti di Scienze della Terra

la diffrazione a raggi x spiegazione

Tipologia: Appunti

2018/2019

Caricato il 20/05/2019

patrizialacocacola
patrizialacocacola 🇮🇹

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METODOLOGIE ANALITICHE
In questo capitolo verranno descritte le tecniche analitiche e strumentali utilizzate. Tra le tecniche
adoperate per lo studio dei materiali solidi cristallini, la più usata è la diffrazione a raggi X.
In particolare, in questo lavoro, è stata utilizzata la diffrattometria da polveri e le analisi sono state
svolte presso il Dipartimento di Ingegneria e Geologia dell’Università “G. D’Annunzio”, Chieti.
3.1 LA DIFFRAZIONE
La diffrazione è un fenomeno di interferenza, che si verifica quando un’ onda incontra nel suo
percorso un ostacolo o un foro, il quale può essere circolare o rettangolare. Qualitativamente le
onde si propagano anche in direzioni diverse da quelle di incidenza e hanno origine differenze di
percorso tra onde che si sovrappongono in un dato punto; possono quindi avvenire fenomeni di
interferenza con conseguente ridistribuzione dell’energia nei punti dello spazio, da cui risultano le
cosiddette figure di diffrazione.
Ora supponiamo di far passare un fascio di luce attraverso una fenditura di ampiezza variabile, e
che questa arrivi su uno schermo posto ad una distanza ipotetica dove si formano frange scure
alternate a frange luminose. Dopo che la luce ha attraversato una qualsiasi fenditura, secondo il
principio di Huygens, ogni punto della stessa si comporta come se fosse a sua volta una sorgente di
onde circolari, e queste onde interagiscono tra loro mediante sovrapposizione. La diffrazione infatti
avviene proprio a causa dell’interferenza tra queste onde prodotte e può essere di tue tipi,
costruttiva o distruttiva, a seconda che le onde si intensifichino o si indeboliscano, fino anche ad
annullarsi, a vicenda.
Per spiegare questo fenomeno, facciamo riferimento a due onde di uguale lunghezza d’onda e di
uguale ampiezza; quando interagiscono in modo tale che la cresta della prima onda coincida con la
cresta della seconda, le due si sommano, e producono un’interferenza costruttiva con formazione di
un'unica onda con ampiezza doppia. Nel caso in cui le onde interagiscono in modo opposto, e cioè
la cresta della prima onda coincide con il ventre della seconda, o viceversa, allora si formerà
un’interferenza distruttiva e lo spettro sarà buio.
3.2 LA DIFFRATTOMETRIA
La diffrattometria si basa sul fenomeno della diffrazione, un complesso fenomeno di diffusione e
interferenza originato dall’interazione dei raggi X con un reticolo cristallino. Il processo di
diffusione è caratterizzato dall’interazione di un’onda elettromagnetica con la materia, e avviene
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METODOLOGIE ANALITICHE

In questo capitolo verranno descritte le tecniche analitiche e strumentali utilizzate. Tra le tecniche adoperate per lo studio dei materiali solidi cristallini, la più usata è la diffrazione a raggi X.

In particolare, in questo lavoro, è stata utilizzata la diffrattometria da polveri e le analisi sono state svolte presso il Dipartimento di Ingegneria e Geologia dell’Università “G. D’Annunzio”, Chieti.

3.1 LA DIFFRAZIONE

La diffrazione è un fenomeno di interferenza, che si verifica quando un’ onda incontra nel suo percorso un ostacolo o un foro, il quale può essere circolare o rettangolare. Qualitativamente le onde si propagano anche in direzioni diverse da quelle di incidenza e hanno origine differenze di percorso tra onde che si sovrappongono in un dato punto; possono quindi avvenire fenomeni di interferenza con conseguente ridistribuzione dell’energia nei punti dello spazio, da cui risultano le cosiddette figure di diffrazione.

Ora supponiamo di far passare un fascio di luce attraverso una fenditura di ampiezza variabile, e che questa arrivi su uno schermo posto ad una distanza ipotetica dove si formano frange scure alternate a frange luminose. Dopo che la luce ha attraversato una qualsiasi fenditura, secondo il principio di Huygens, ogni punto della stessa si comporta come se fosse a sua volta una sorgente di onde circolari, e queste onde interagiscono tra loro mediante sovrapposizione. La diffrazione infatti avviene proprio a causa dell’interferenza tra queste onde prodotte e può essere di tue tipi, costruttiva o distruttiva, a seconda che le onde si intensifichino o si indeboliscano, fino anche ad annullarsi, a vicenda.

Per spiegare questo fenomeno, facciamo riferimento a due onde di uguale lunghezza d’onda e di uguale ampiezza; quando interagiscono in modo tale che la cresta della prima onda coincida con la cresta della seconda, le due si sommano, e producono un’interferenza costruttiva con formazione di un'unica onda con ampiezza doppia. Nel caso in cui le onde interagiscono in modo opposto, e cioè la cresta della prima onda coincide con il ventre della seconda, o viceversa, allora si formerà un’interferenza distruttiva e lo spettro sarà buio.

3.2 LA DIFFRATTOMETRIA

La diffrattometria si basa sul fenomeno della diffrazione, un complesso fenomeno di diffusione e interferenza originato dall’interazione dei raggi X con un reticolo cristallino. Il processo di diffusione è caratterizzato dall’interazione di un’onda elettromagnetica con la materia, e avviene

essenzialmente attraverso due processi di scattering: a) scattering elastico nel quale i fotoni della radiazione incidente vengono deviati in ogni direzione dello spazio senza perdita di energia. b) scattering non-elastico nel quale il fotone cede parte della sua energia. Questo fenomeno non dà luogo a processi di interferenza. Più precisamente la DIFFRATTOMETRIA DA POLVERI è utilizzata per lo studio dei materiali solidi cristallini, una delle tecniche principali utilizzate è la diffrattometria a raggi X. I raggi X sono delle radiazioni elettromagnetiche con lunghezza d’onda che va da 10-12 m e 10-9 m, comprese tra i raggi y e i raggi UV.

Il metodo è basato sulla diffrazione della radiazione elettromagnetica la quale consiste nel produrre un fascio di radiazioni, che colpiscono un solido cristallino e gli atomi presenti all’interno del solido stesso lo deviano producendo così un fascio secondario. Questo fenomeno è chiamato Diffrazione ed è possibile solo se si fa incidere un’opportuna onda elettromagnetica, con un preciso angolo di incidenza, su di un cristallo che produrrà fenomeni di interferenza causati dalla riflessione di onde da parte di piani cristallini diversi ma paralleli. L’ equazione che governa questo fenomeno è la legge di Bragg la cui formula è n λ =2d sen θ.

Quando si verifica l’effetto di sommatoria costruttiva delle onde riflesse la legge di Bragg è soddisfatta e quindi è presente una disposizione periodica degli atomi all’interno del cristallo, che prende il nome di Ordine a Lungo Raggio. I riflessi di Bragg sono specifici per ogni sostanza e permettono di determinare la cella elementare e una o più sostanze cristalline presenti in un unico solido. Essi sono caratterizzati da un angolo θ, dalla distanza interplanare, ma soprattutto dalla densità, la quale dipende dal tipo e dalla distribuzione degli atomi all’interno della cella elementare. Oggi questo metodo si è considerevolmente sviluppato, in modo particolare grazie ad approcci quantitativi, realizzati in diversi algoritmi; il più conosciuto ed importante è l’algoritmo di affinamento di H. Rietveld il quale è il miglior metodo per ottenere il maggior numero di informazioni strutturali sfruttando l’intero profilo di diffrazione di polveri. Questa tecnica prevede un modello iniziale con parametri di cella abbastanza accurati, gruppo spaziale e posizioni approssimate degli atomi, il risultato sarà una serie di parametri cristallografici e strumentali.