Diffrazione dei raggi X: definizione e fondamenti
La diffrazione dei raggi X è una tecnica di analisi della struttura cristallina che, sebbene antica, conserva ancora oggi un’importanza fondamentale.
La struttura cristallina dipende da un’alta simmetria, il cui centro e piano di simmetria sono elementi cruciali. L’immaginazione di trasformazioni della struttura del cristallo mediante inversione, rotazione o riflessione, lascia la struttura invariata.
Lo spettro di diffrazione dei raggi X di un cristallo rivela il gruppo spaziale e la distribuzione degli atomi o ioni nella cella elementare. Le determinazioni strutturali si basano sulla misurazione delle intensità delle riflessioni causate da ciascun piano reticolare del cristallo.
Relazione tra diffusione e diffrazione
I raggi X sono diffusi dagli elettroni e le intensità delle riflessioni dipendono dalla distribuzione della densità elettronica nei piani generati. La diffusione dipende dall’angolo di diffrazione e dal numero di elettroni presenti.
Il fattore atomico f, che caratterizza il potere di diffusione dei raggi X di un atomo, 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.
La diffrazione dei raggi X fu osservata per la prima volta da Laue. Le figure ottenute furono interpretate come prove che i solidi cristallini si compongono di particelle distribuite ordinatamente nello spazio tridimensionale.
Riflessione selettiva e equazione di Bragg
W.L. Bragg e H.W. Bragg studiarono il comportamento dei raggi X alla riflessione, notando che questa avviene solo per determinati angoli di incidenza sulla faccia del cristallo, essendo il cristallo formato da strati paralleli equidistanti.
L’equazione di Bragg chiarisce il motivo per cui si osserva la riflessione selettiva dei raggi X. I raggi X riflessi sono quelli rafforzati diffratti dal cristallo, e la misura degli angoli di diffrazione consente di calcolare la distanza interatomica.
In conclusione, l’analisi dei raggi X attraverso la diffrazione offre una comprensione dettagliata della struttura cristallina e dei suoi componenti, fondamentali per molte applicazioni scientifiche e industriali.