Diffrazione dei raggi X

La tecnica dell’analisi della struttura dei cristalli mediante diffrazione dei raggi X è una delle tecniche più antiche, ma ancora oggi è una delle più importanti nell’indagine della struttura della materia e in particolare nello studio dello stato solido.

Tale studio non sarebbe possibile se lo stato cristallino non fosse governato da una simmetria più o meno elevata a seconda dei casi. Centro e piano di simmetria sono due tra i molti elementi che possono essere definiti come punti, assi o piani mediante i quali si può immaginare una trasformazione della struttura del cristallo (per inversione, rotazione o riflessione rispettivamente) che lascia la struttura del tutto inalterata. 

Dall’esame dello spettro di diffrazione dei raggi X dato da un cristallo è possibile risalire al gruppo spaziale e poi alla distribuzione degli atomi o ioni nella cella elementare. Le determinazioni strutturali si basano sulla misura delle intensità delle riflessioni date da ciascun piano reticolare del cristallo.

Infatti i raggi X sono diffusi dagli elettroni e perciò le intensità di tali riflessioni dipendono dalla distribuzione della densità elettronica nei piani che le hanno generate, distribuzione che è legata al modo con cui gli atomi sono legati nella struttura.

Se si considera l’interazione tra gli elettroni di un atomo e la radiazione X, si vede che l’intensità della radiazione diffusa da un atomo dipende, oltre che dal numero di elettroni presenti, anche dall’angolo secondo cui si considera la diffusione, e ciò perché le singole onde diffuse dai vari elettroni di un atomo sono quasi in fase e si rafforzano l’una con l’altra se l’angolo di diffusione è piccolo, mentre sono sempre più sfasate e, quindi si rinforzano meno quanto più quest’angolo è grande.

Ciascun atomo, quindi, contribuisce all’intensità della radiazione riflessa da un piano reticolare in una misura che dipende, oltre che dalla posizione dell’atomo rispetto al piano, anche da un fattore che è funzione del numero degli elettroni e quindi della natura dell’atomo e dell’angolo di diffrazione.

Questo fattore, che caratterizza il potere di diffusione dei raggi X di un atomo, è chiamato fattore atomico f; esso è definito come il rapporto tra l’ampiezza dell’onda diffusa da un atomo e l’ampiezza dell’onda diffusa da un solo elettrone nelle stesse condizioni. Nel 1912 Laue ottenne effetti di diffrazione indirizzando su un cristallo un fascio di raggi X avente lunghezza d’onda di 1-2 Å perpendicolarmente alla faccia di un monocristallo di salgemma. Dopo sette ore di posa egli trovò che la lastra fotografica risultava impressionata da alcune macchie nere più o meno intense simmetricamente distribuite intorno a una macchia nera centrale molto intensa. Era già noto che quando le onde luminose incontrano nel loro cammino un corpo opaco si propagano onde luminose in tutte le direzioni. A un simile fenomeno era stato dato il nome di diffrazione. Laue per interpretare i risultati dei suoi esperimenti giunse alla seguenti conclusioni:

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Author: Chimicamo

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