Difracción de rayos X y conceptos de cristalografia

Fundamentos de la Difracción de rayos X (DRX).
Resolución estructural por DRX en monocristal.

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Determinación estructural por Difracción de Rayos X (DRX) en monocristal
Introducción
El conocimiento de la estructura tanto de materiales moleculares como no-moleculares es uno de
los objetivos fundamentales de la química y es esencial para un adecuado entendimiento de las
propiedadesfísicas y químicas de los materiales. El término “estructura” tiene varios
significados; aquí se asocia a la determinación de las posiciones de átomos o iones, los cuales
construyen la sustancia bajo estudio. Así, se consigue una descripción geométrica de las
distancias de enlace, ángulos de enlace y de torsión, interacciones puente-H, π···π, etc.
La mayoría de los métodos que tratan de sondear laestructura de un material son basados en la
absorción o emisión de radiación, lo cual representa varios tipos de espectroscopías. En estos
métodos, de acuerdo al tipo de respuesta obtenida de la interacción de la luz con la materia,
algún tipo de información estructural puede ser “inferida o deducida”. En cambio, en un método
de difracción, lo que sucede es que se se utiliza radiaciónmonocromática de una longitud de
onda (λ) constante y se mide la intensidad de la radiación dispersada en determinadas
direcciones. Con esta medida, la información estructural que se obtiene es mucho más detallada
que con los métodos espectroscópicos ya que con la difracción es posible determinar las
posiciones atómicas.
La limitación más importante que tienen los métodos de difracción es quenecesitan que el
material a analizar sea cristalino. Luego, dependiendo de si la muestra consiste en monocristales
o cristales únicos se utiliza la DRX en monocristal, mientras que si es una muestra policristalina,
se utiliza el método de DRX de polvos.
Para la correcta interpretación de este tema, se debe conocer el Modulo 1 de esta asignatura, de
manera que no se volverá sobre los conceptos desólido cristalino, celda unitaria, sistemas
cristalinos, redes de Bravais, operaciones de simetría, etc.
A fin de recordar los sistemas cristalinos, en la Tabla 1 se detallan los siete sistemas cristalinos,
sus restricciones geométricas para la celda unitaria y los elementos de simetría mínimos que los
definen. En la Figura 1, se muestran las 14 redes de Bravais.
Tabla 1. Definición de los sietesistemas cristalinos.
Sistema Cristalino

Restricciones geométricas

Simetría Esencial

Cúbico

a = b = c; α = β = γ = 90°

Cuatro ejes ternarios

Tetragonal

a = b ≠ c; α = β = γ = 90°

Un eje cuaternario (o binario
derivado)

Ortorrómbico

a ≠ b ≠ c ≠ a; α = β = γ = 90°

Tres ejes binarios o tres
planos de simetría

Hexagonal

a = b ≠ c; α = β = 90°; γ = 120°

Uneje senario (o ternario
derivado)

Trigonal
(o Romboédrica)

a = b = c; α = β = γ ≠ 90°

Un eje ternario

Monoclínico

a ≠ b ≠ c ≠ a; α = γ = 90°; β ≠ 90°

Un eje binario o un plano de
simetría

Triclínico

a ≠ b ≠ c ≠ a; α ≠ β ≠ γ; α, β, γ ≠ 90°

Un centro de simetría o bien
ninguna simetría

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Figura 1. Redes de Bravais.
Fuentes de Rayos X
En la mayoría de losdifractómetros de laboratorio, la fuente estándar de rayos X es un “tubo de
rayos X”. Este elemento es el corazón del equipo generador de rayos X. Consiste de una ampolla
donde se realizó alto vacío, del orden de 10-4 atmósferas, en cuyo interior pueden identificarse
dos electrodos: uno denominado cátodo (a polarizar negativo), dentro del cual se emplazan uno o
más filamentos, y otro denominado ánodo(a polarizar positivo), que podrá ser fijo o giratorio. Al
aplicar una diferencia de potencial entre los electrodos, típicamente 40.000-60.000 voltios, los
electrones que circulan por el cátodo son acelerados a gran velocidad hacia el ánodo a través de
pocos milímetros, luego se detienen mediante el impacto con el metal refrigerado por agua que
actúa como ánodo. La mayor parte de la...