Difracción de polvo
[2] El instrumento específico para llevar a cabo estas mediciones es denominado difractómetro de polvo.
[3] La difracción de polvos, se aplica comúnmente para caracterizar minerales, cerámicas, metales y aleaciones, catalizadores, polímeros, productos farmacéuticos, compuestos orgánicos, muestras medioambientales y forenses, entre otros.
Un difractómetro produce radiación electromagnética (ondas) con longitud de onda y frecuencia conocidas, que vienen determinadas por su fuente.
Matemáticamente, los cristales pueden describirse mediante una red de Bravais con cierta regularidad en el espaciado entre átomos.
Debido a esta regularidad, podemos describir esta estructura de una forma diferente utilizando la red recíproca, que se relaciona con la estructura original mediante una transformada de Fourier.
Los avances en hardware y software, en particular la mejora de la óptica y los detectores rápidos, han mejorado drásticamente la capacidad analítica de la técnica, especialmente en relación con la velocidad del análisis.
El método se ha utilizado históricamente para la identificación y clasificación de minerales, pero puede emplearse para casi cualquier material, incluso los amorfos, siempre que se conozca o pueda construirse un patrón de referencia adecuado.
Muchos polímeros muestran un comportamiento semicristalino, es decir, parte del material forma un cristalito ordenado por plegamiento de la molécula.
Una sola molécula de polímero puede plegarse en dos cristalitos diferentes adyacentes y formar así un enlace entre ambos, esta característica impide que la parte ligada cristalice.
Si la simetría es alta, por ejemplo: cúbica o hexagonal no suele ser demasiado difícil identificar el índice de cada pico, incluso para una fase desconocida.
Esto es particularmente importante en química del estado sólido, donde uno está interesado en encontrar e identificar nuevos materiales.
Una vez que se ha indexado un patrón, éste caracteriza el producto de la reacción y lo identifica como una nueva fase sólida.
Existen programas de indexación para tratar los casos más difíciles, pero si la celda unitaria es muy grande y la simetría baja (triclínica) el éxito no siempre está garantizado.
A medida que se cambian estas variables termodinámicas, los picos de difracción observados migran indicando espaciamientos de red mayores o menores a medida que la célula unitaria se distorsiona.
Si el material se funde en un líquido isotrópico, todas las líneas nítidas desaparecerán y serán sustituidas por un amplio patrón amorfo.
En tales casos, la simetría puede cambiar porque la estructura existente se distorsiona en lugar de ser sustituida por una completamente diferente.
Existen varios métodos para determinar la estructura, como el recocido simulado y la inversión de carga.
Una estructura cristalina, junto con información instrumental y microestructural, se utiliza para generar un patrón de difracción teórico que puede compararse con los datos observados.
[7] Algunos programas que pueden utilizarse en la determinación de estructuras son TOPAS, Fox, DASH, GSAS-II, EXPO2004 y algunos otros.
Estos incluyen: A menudo es posible separar los efectos del tamaño y de la deformación.
Es posible separarlos combinando las dos ecuaciones en lo que se conoce como el método Hall-Williamson:
La longitud de dispersión incoherente del deuterio es mucho menor (2,05(3) barn), lo que facilita considerablemente las investigaciones estructurales.
Sin embargo, en algunos sistemas, la sustitución del hidrógeno por deuterio puede alterar las propiedades estructurales y dinámicas de interés.
En las últimas décadas, el análisis multivariante comenzó a extenderse como un método alternativo para la cuantificación de fases.
Se coloca una pieza cilíndrica de película (o detector electrónico multicanal) en el círculo de enfoque, pero el haz incidente impide que llegue al detector para evitar daños por su alta intensidad.
Varios otros ajustes para la textura cristalina o las mediciones de tensión/deformación también se pueden visualizar con este enfoque gráfico.
[13] Los detectores sensibles a la posición (PSD) y los detectores de área, que permiten la captación desde múltiples ángulos a la vez, son cada vez más populares en los instrumentos suministrados actualmente.
La siguiente tabla muestras estas longitudes de onda, determinadas por Bearden[14] y citadas en las Tablas Internacionales para Cristalografía con rayos X (todos los valores en nm): Según la última reevaluación de Hölzer et al.
Otra limitación es que la intensidad de los generadores tradicionales es relativamente baja, lo que requiere largos tiempos de exposición e impide cualquier medición dependiente del tiempo.
No obstante, la difracción de rayos X en polvo es una técnica potente y útil por derecho propio.
