Aula 05 Difracao Raio X

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– AULA 07- 
DIFRAÇÃO RAIO X 
CARACTERIZAÇÃO 
MINERALÓGICA DE MINÉRIOS 
 
P R O F E S S O R A : J Ú N I A S O A R E S A L E X A N D R I N O 
Difração de Raios-X 
 HISTÓRICO 
 
 Final Séc. XIX 
o Produção de raios catódicos em tubos de descargas fechados; 
o Para certos cristais, quando era incidido o raio, apareciam umas luzes visíveis 
emitidas e foi chamado de fluorescência. 
o Wilhelm C. Röntgen - Descoberta dos Raios-X 
o Aplicação imediata em hospitais – radiografias e posteriormente na indústria. 
 
 1912 
o Max von Laue e Paul Ewald- análise teórica da propagação da luz através de um 
cristal. 
 
Qual seria o efeito se fosse possível o uso de ondas eletromagnéticas tendo 
essencialmente o mesmo comprimento de onda que as distâncias interatômicas nos 
cristais? 
 
Difração de Raios-X 
 HISTÓRICO 
 
 1912 
o Passou-se um feixe delgado de raios-X através de uma placa de clivagem de 
esfarelita (ZnS), fazendo o feixe incidir sobre uma chapa fotográfica. 
 
 1914 
 
o Willian Henry Bragg e Willian Lawrence Bragg – Determinação da Halita 
(NaCl). 
o Determinação de diversos outros compostos; 
o Generalização matemática. 
Difração de Raios-X 
 INTRODUÇÃO 
 
 Raios-X são radiações eletromagnéticas, assim como a luz visível, de comprimento de 
onda  variando no intervalo de 10-2 Å a 102 Å (1 Å=10-8 cm). 
Difração de Raios-X 
 INTRODUÇÃO 
 
 Características das ondas eletromagnéticas: 
o Propagação em linhas retas; 
o V = 300.000 m/s (vácuo) 
o Reflexão e refração de acordo com a lei de Snell; 
o Difração em bordas; 
o Aberturas ou redes; 
o Relação entre energia e o comprimento de onda: 
 
E = hv = hc/λ 
 
 E = energia 
 v = frequencia 
 c = velocidade de propagação 
 λ = comprimento de onda 
 h = constante de Planck 
Difração de Raios-X 
 PRODUÇÃO DE RAIOS-X 
 
 Os raios-X são produzidos quando: 
 
o Qualquer partícula carregada eletricamente e com uma energia cinética suficiente é 
rapidamente desacelerada (radiação de frenamento); 
o Um elétron, em um átomo excitado ou em um íon relaxa, isto é, realiza um salto 
quântico para um orbital de menor energia, sendo a diferença energética emitida 
como radiação. 
 
Difração de Raios-X 
 PRODUÇÃO DE RAIOS-
X 
 
 Tubo de produção de raios-X 
 
o As características dos raios-X gerados 
dependem do metal do alvo e da voltagem 
aplicada. 
 
 
Espectro 
característico 
produzido por um 
tubo de raios-X. 
o Molibdenio = 0,709 Ǻ 
 
o Cobalto = 1,7889 Ǻ 
Difração de Raios-X 
 PRODUÇÃO DE RAIOS-
X 
 Tubo de produção de raios-X 
 
Difração de Raios-X 
 LEI DE BRAGG 
 
 
nλ=2d senθ 
 
 λ = comprimento de onda dos 
raios-X incidentes 
 d = espaçamento interplanar 
 θ = ângulo de difração 
 n = múltiplo inteiro do 
comprimento de onda 
 
 
 
 
Difração de Raios-X 
 MÉTODOS DE ANÁLISE 
 
 Método de Laue 
 
 Método de Rotação 
 
 Método do Pó 
 
o A amostra é pulverizada até uma granulometria preferencialmente com tamanhos 
de partícula entre 5µm e 20µm; 
o Uma massa deste pó, entre 1,0g e 2,0g, é compactada em um leito com cerca de 
1,0mm de espessura; 
o Esta preparação é submetida ao feixe de raios-X, podendo ser efetuado através dos 
equipamentos descritos abaixo. 
 
 
Difração de Raios-X 
 EQUIPAMENTOS 
 
1) CÂMARA DEBYE-SCHERRER 
 
 Dispositivo cilíndrico; 
 Amostra em pó é acondicionada em um capilar posicionado no centro da câmara 
sobre o qual é focalizado um fino feixe de raios X; 
 Cones de difração de raios X são gerados; 
 Parcela destes sensibiliza um filme fotográfico; 
 Possibilita a coleta de raios X desde praticamente 0º até 180º em termos de 2θ. 
 
 
 
 
Difração de Raios-X 
 EQUIPAMENTOS 
 
2) DIFRATÔMETRO DE RAIOS-X 
 
 Geometria parafocal Bragg-Brentano; 
 Arranjo geométrico básico constituido de um goniômetro horizontal (θ-2θ) ou vertical 
(θ-2θ ou θ-θ); 
 
 
 
 
Difração de Raios-X 
 EQUIPAMENTOS 
 
2) DIFRATÔMETRO DE RAIOS-X 
 
 
 
 
 
Difração de Raios-X 
 ANÁLISE QUALITATIVA – Identificação 
Mineralógica 
 
 Distâncias Interplanares (“d”) 
 Intensidades difratadas (rel. a 100%) 
 
o Função do ângulo 2θ (2º a 110º) 
o Pico Principal = 100% 
 
 
 
 
IMPRESSÃO DIGITAL 
DO MINERAL 
Quartzo 
Difração de Raios-X 
 ANÁLISE QUALITATIVA – Identificação 
Mineralógica 
 
 ICDD - International Center for Diffraction Data 
 
 
o Banco de Dados com sede nos EUA; 
o Mais de 70.000 compostos cristalinos; 
 
o Informações: 
 Nome, fórmula química, composição química, sistema cristalográfico e 
densidade da fase cristalina; 
 Valores dos d's das famílias de planos cristalográficos com suas respectivas 
intensidades relativas; 
 
 
 
 
Cristiano Sales 
Difração de Raios-X 
 ANÁLISE QUALITATIVA – Identificação 
Mineralógica 
 
 ICDD - International Center for Diffraction Data 
 
 
 
 
 
HEMATITA 
Difração de Raios-X 
 ANÁLISE QUALITATIVA – Identificação 
Mineralógica 
 
 ICDD - International Center for Diffraction Data 
 
 
 
 
 
QUARTZO 
Difração de Raios-X 
 ANÁLISE QUALITATIVA – Identificação 
Mineralógica 
 
 ICDD - International Center for Diffraction Data 
 
 
 
 
 
GOETHITA 
Difração de Raios-X 
 ANÁLISE QUALITATIVA – Identificação 
Mineralógica 
 
 ICDD - International Center for Diffraction Data 
 
 
 
 
 
CALCITA 
Difração de Raios-X 
 ANÁLISE QUALITATIVA – Identificação 
Mineralógica 
 
 ICDD - International Center for Diffraction Data 
 
 
 
 
 
MAGNETITA 
Difração de Raios-X 
 ANÁLISE QUALITATIVA – Identificação 
Mineralógica 
 Mistura de diversos minerais 
 
 
 
 
Difração de Raios-X 
 ANÁLISE QUALITATIVA – Identificação 
Mineralógica 
 
 
 
 
Difração de Raios-X 
 ANÁLISE QUALITATIVA – Identificação 
Mineralógica 
 
 
 
 
Quantificação de Fases por 
Difração de Raios-x 
807570656055504540353025
40
30
20
10
0
-10
-20
Moissanite 6H 23.82 %
Moissanite 4H 0.40 %
Moissanite 3C 44.25 %
Moissanite 15R 7.49 %
Corundum 17.74 %
Garnet 5.50 %
Silicon 0.80 %
Determinação Qualitativa 
de Fases 
• Medidas relativamente rápidas => 1 hora 
para medidas de rotina 
• Comparação automática com banco de 
dados JCPDS 
• Alto grau de complexidade para amostras 
com número de fases superior à 3 
 
Análise Quantitativa de Fases 
• Cada fase distinta em uma mistura possui 
um coeficiente de absorção diferente 
• Coeficiente de absorção também depende 
da concentração das fases 
• Expressão geral derivada do fator de 
estrutura para uma única fase 
Método de Rietveld 
• Qualidade de Ajuste pela avaliação dos 
parâmetros: 
– Rwp 
– GOF (entre 1,0 e 1,3) 
 
Método de Rietveld 
Parâmetros Fundamentais 
• Parâmetros de Emissão 
– Tipo de fonte de raios-x 
– Número de raias de emissão 
• Parâmetros do Equipamento 
– Comprimento dos braços primário e secundário 
do goniômetro 
– Fendas de divergência fixas e reguláveis 
– Fendas soller primárias e secundárias 
• Na Difração de Raio X só analisamos 
elementos com concentração acima de 5%. 
• Hoje em dia existe a forma de analisar 
qualitativa, quantitativa. 
ATENÇÃO