Questão 11. Sobre a técnica de difração de raios-X, responda:
a) O que são raios- X ?
b) O que é difração de raios- X ?
c) Por que uma estrutura cristalina difrata raios-X?

Passo 1

O enunciado pergunta três coisas sobre difração de raios-X:
  1. O que são raios-X?
  2. O que é difração de raios-X?
  3. Por que uma estrutura cristalina difrata raios-X?
    Para responder, vamos usar conceitos de radiação eletromagnética, interferência e estrutura periódica de cristais.

Passo 2

Para explicar o que são raios-X, lembramos que são radiação eletromagnética de alta energia e curta comprimento de onda, ficando entre os raios ultravioleta e as radiações gama. Tipicamente, seus comprimentos de onda variam de
10^{-11}\,\mathrm{m}\quad\text{a}\quad10^{-9}\,\mathrm{m},
o que é comparável ao espaçamento entre planos atômicos em sólidos.

Passo 3

Difração de raios-X é o fenômeno em que esses raios, ao incidir sobre um material com átomos dispostos de forma periódica, sofrem espalhamento coerente e interferem entre si. Quando a interferência é construtiva em certas direções, observa-se máximos de intensidade conforme descrito pela lei de Bragg:
2d\sin\theta = n\lambda,
onde d é a distância entre planos cristalinos, \theta é o ângulo de incidência/espalhamento, \lambda é o comprimento de onda dos raios-X e n é um inteiro.

Passo 4

Uma estrutura cristalina difrata raios-X porque seus átomos formam redes periódicas de planos cujo espaçamento d é da mesma ordem de grandeza que o comprimento de onda \lambda. Cada átomo age como um centro de espalhamento. As ondas espalhadas por planos diferentes podem se somar construtivamente quando satisfazem a condição de Bragg, gerando picos de difração que revelam a geometria interna do cristal.

Resposta

a) Raios-X são radiação eletromagnética de alta energia e curto comprimento de onda ( \sim10^{-11} a 10^{-9},m), situada entre o ultravioleta e os raios gama.
b) Difração de raios-X é o espalhamento coerente dessa radiação por um material periódico, com interferência construtiva ocorrendo segundo a lei de Bragg 2d\sin\theta=n\lambda.
c) Um cristal difrata raios-X porque seus planos atômicos têm espaçamentos comparáveis ao comprimento de onda, de modo que as ondas espalhadas por esses planos interferem construtivamente em direções específicas.

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