A Cristalografia

CRISTALOGRAFIA

1. Explique como são gerados os raios-x e cite quais são as fontes de raios-x existentes.

R: Os raios-x são gerados a partir do bombardeio de um alvo metálico com elétrons de alta energia. Devido às colisões sofridas pelo elétron durante esse processo, eles desaceleram quando entram no metal. Com isso, emitem uma radiação. Quando esse raio incidente de elétron entra em contato com o alvo, ele retira os elétrons dos espaços que foram deixados livres e, assim emitem os raios-x com frequência bem definidas.

As fontes podem ser qualquer elemento químico que libere raios catódicos.

1. Porque devemos usar filtros monocromáticos em um experimento de raios-x? Qual radiação é utilizada, Kα ou Kβ? Explique.

R: Para melhores resultados em um raio-x, os feixes de elétrons devem possuir um único comprimento de onda e ser o mais paralelo possível. Usa-se o monocromador, que é um monocristal muito estável, para atuar como uma grade de difração que filtrará ainda mais a radiação para torna-la mais monocromática possível.

A radiação utilizada é Kα, uma vez que ela faz com que o elétron da camada mais próxima preencha a camada do qual o elétron foi removido. Já a radiação Kβ é menos provável por se tratar de um elétron em uma camada mais distante.

1. Diferencie estado amorfo de estado cristalino.

R: O estado cristalino possui um ordenamento periódico de suas moléculas, o amorfo não. O amorfo não possui número suficiente de celas para difratar.

Podemos amorfizar algo cristalino triturando o cristal até que suas partículas sejam monocromáticas, pois assim suas partículas não apresentarão mais a propriedade de espalhar um feixe com forma simétrica.

1. O que é difratação?

R: Fenômeno de interferência que aparece quando ondas passam através de um objeto de dimensões similares ao comprimento de onda.

Cristais se difratam, pois oferecem a condição de onda espalhada em fases (fendas).

1. Compare o experimento de Young com o experimento de difração de raios-x.

R: O experimento de Young consiste na comparação de que a luz se propaga em forma ondulatória. Foi incidido um feixe de luz por onde havia duas fendas. Em cada uma das fendas a luz se propagava em ondas. Os pontos de interferência entre as duas ondulatórias, era onde havia maior luminosidade. Estes pontos luminosos eram chamados “fendas”. Sabendo-se a intensidade e a distribuição entre as franjas, é possível calcular as distancias entre as fendas.

O experimento de raios-x trata-se do aperfeiçoamento desse, onde as camadas regulares dos átomos se comportam como um conjunto de fendas tridimensionais dando lugar a um padrão que varia de acordo com a rotação do cristal, e nele é preciso que aja um detector.

1. Explique detalhadamente as figuras:

R: No estado gasoso e líquido as moléculas estão em constante movimento, tornando assim difícil o feixe de elétrons atingir as moléculas. No estado de vidro, embora as moléculas estejam próximas e sem se mover, elas não possuem estrutura ordenada, por isso não possui uma leitura clara e não possui picos como os cristais. No estado líquido e gasoso devido ao movimento das moléculas elas possuem  interferência DESTRUTIVA e o vidro por ser amorfo tb. O cristal tem interferência CONSTRUTIVA.

1.  Porque em um experimento de difração é requerido que as amostras sejam banhadas por uma radiação monocromática?

R: Para determinar a estrutura usa-se a Lei de Bragg, onde: nλ= 2senθ

Onde θ = ângulo incidente de raios-x, d= distância interplanar, λ= comprimento de onda.

Para poder calcular a distância é preciso que o θ e o λ sejam conhecidos, por isso usamos uma radiação monocromática.

1. Como os raios-x de alta intensidade são obtidos a partir de tubos de raios-x?

R: Elétrons altamente carregados são bombardeados a um alvo metálico, o elétron do metal “desocupa” seu orbital e elétrons de níveis mais externos migram para ocupar essa lacuna. Esse deslocamento libera uma radiação, o raios-x. De acordo com o metal que o elétrons acelerado atinge, será o tamanho de sua radiação.

1. Porque cada elemento tem uma radiação?

R: Cada elemento libera uma radiação e um comprimento de onda, pois a quantidade de energia para excitar um elétron é único para cada elemento.

1. Quem tem mais energia? Kα do Cu ou Kα do Mo?
   R: O Kα do Mo tem mais energia, pois possui o valor de comprimento de onda menos em comparação com o Kα do Cu.

1.  Quais são as faixas dos espectros eletromagnéticos que podem ser espalhadas?
   R: Todas podem ser espalhadas, porém usamos as do raios-x pois o comprimento de onda que ele emite é na ordem de Ᾰ, o mesmo tamanho das ligações químicas.

1. Além do espalhamento cite duas outras interações que podem ocorrer quando uma onda eletromagnética interage com a matéria.
   R: Absorção e fluorescência.

1. O eixo de rotação de ordem 5 e 7 são permitidos em uma estrutura cristalina?
   R: Não, pois eles não se empacotariam de modo a preencher todos os espaços. A unidade simétrica de um  cristal deve preencher todo o espaço regularmente.

1. Explique detalhadamente a figura abaixo:

 

R: Como não é possivel ver a estrutura diretamente, há a necessidade de utilizar-se equipamentos para nos auxiliar. A radiação é bombardeada na amostra, o detector grava os raios-x difratados que formarão a imagem para, no fim, o computador interpretar. Será obtido um mapa de densidade eletrônica e este será usado para determinar a estrutura do gráfico do cristal em análise.

1. Defina ponto de rede, rede cristalina e cela unitária.

R: Ponte de rede se repete de maneira periódica com a mesma distância em todos os sentidos.

Rede cristalina é o conjunto de pontos no espaço, todos com a mesma vizinhança e descritos por vetores.

Cela unitária forma geométrica formada a partir dos vetores que ilustram uma estrutura periódica.

1. Defina estrutura e motivo:

R: Estrutura: conjunto de átomos periodicamente distribuidos no espaço, formando uma rede. Pode ser gerado sobrepondo cada ponto de rede cristalina uma base de átomos identicos para todos os pontos de rede.