A frequência de uma onda eletromagnética é inversamente proporcional ao seu comprimento (c=λν). Quando comparado à luz visível, o raio x exibe comprimento de onda menor e frequência maior (Figura 1) e, devido a esta característica, possui maior penetração nos materiais. Após a sua descoberta por Wilhelm Roentgen em 1895, foi utilizado pela primeira vez em cristais pelo físico alemão Max von Laue.
Em meados de 1912, Laue identificou a possibilidade de visualizar, usando a difração de raios x, a estrutura cristalina de alguns materiais, onde átomos e moléculas estão organizados em um padrão (cela unitária) que se repete em três dimensões formando a estrutura tridimensional. No entanto, antes disso, diversos cientistas já vislumbraram esta organização da natureza como, por exemplo, Nicolau Steno e René Just Haüy.
Em 1969 Steno realizou pesquisas sobre a constância dos ângulos entre as faces do cristal de quartzo, e constatou que as superfícies dos cristais se mantêm sempre no mesmo ângulo entre si, independente de seu tamanho ou forma (Figura 2). Assim, sugeriu que esta é uma propriedade de todos os minerais cristais e, portanto, lançou uma base inovadora para a cristalografia moderna.
Além de contribuições para a mineralogia, Steno elucida a origem biológica dos fósseis como restos de seres vivos, que até então era considerado um crescimento rochoso natural. Com “O princípio da sobreposição”, Steno deu uma contribuição substancial para o desenvolvimento da geologia . Outro importante cientista foi René Just Haüy, precursor do conceito de celas unitárias. Haüy mostrou que a forma dos cristais resultava do empilhamento de pequenos volumes de matéria que ele chamou de moléculas integradoras (Figura 3), e de que todos os minerais poderiam adquirir propriedade elétrica.
Com base nos estudos desses cientistas, Max von Laue manifestou interesse em investigar a relação do comprimento de onda dos raios x com as distâncias interatômicas no cristal , e se os núcleos atômicos poderiam difratar esses raios. Assim, o primeiro experimento foi feito. Um feixe de raios X foi passado por uma amostra monocristalina de sulfeto de cobre e um filme fotográfico foi colocado atrás da mesma. Após revelar o filme, este apresentava pontos marcados pelos raios X difratados revelando um padrão organizado daquela estrutura.
Isso provou que os raios X se espalham como uma onda e, além disso, foi possível pela primeira vez deduzir a estrutura cristalina dos padrões de difração . Por seu trabalho, von Laue recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1914 .
A técnica trabalha com a interação entre um feixe incidente de raios-x e os os átomos do material. Cada átomo disposto no material quando excitados, será uma fonte emissora de ondas eletromagnéticas específicas. Os átomos se organizam na estrutura configurando planos paralelos com diversas direções. A difratometria de raios x consegue medir os espaçamentos interplanares (d) quando condições geométricas são satisfeitas pela Lei de Bragg (Figura 5). Quando um feixe de onda incide sobre este grupo de planos paralelos e superpostos com um ângulo específico (θ), haverá interferência construtiva e uma maior intensidade dos feixes refletidos naquela direção, ou seja, o resultado será uma única trajetória. Deste modo foi estabelecida uma equação para prever os ângulos e onde seriam encontrados os picos de intensidade máxima de difração.
Com o avanço das tecnologias,a mineralogia moderna deu um grande salto nos últimos séculos com a possibilidade da análise mais detalhada das fases mineralógicas. É empregada atualmente em diferentes áreas como Geologia, Mineralogia, Engenharia de minas, Exploração de petróleo, Metalurgia, Ciência e Tecnologia dos Materiais, Metalurgia, Agronomia e Medicina.
Fontes:
Figura 1- Imagem Espectro Eletromagnético
Fonte:https://www.todamateria.com.br/espectro-eletromagnetico/
Figura 2 - Estudos de Nicolau Steno e sua descoberta conhecida por Lei de constância dos ângulos.
Figura 3 - Integração de moléculas de um cristal cúbico após o Tratado de Mineralogia (1801) de René Just Haüy (1743-1822) (Fonte: https://fr.wikipedia.org).
Figura 4- Imagem empregado um cristal de sulfeto de zinco, material de maior capacidade que sulfato de zinco. Fonte:https://www.feis.unesp.br/Home/departamentos/engenhariamecanica/maprotec.
Figura 5 - Selo especial do Deutsche Bundespost (1983) , imagem de difração de raios-X na rede cristalina (Fonte: https://de.wikipedia.org).
Figura 6- Imagem Difração de Raio X -Lei de Bragg
Fonte:https://oceanografiaeafins.wordpress.com/category/diário-de-bordo/page/2/