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RADIOLOGIA DIFRAÇÃO DE RAIOS X MATERIAIS AMORFOSVERSUSCRISTALINOS: NACLVERSUS BORRACHA X-RAY DIFFRACTION AMORFOS MATERIALS VERSUS CRYSTALS: NACL VERSUS RUBBER

ADRIANA ALBERGARIA DE SOUZA

CARLIOLENENOLETO DE ASSUNÇÃO

GLÊICIO OLIVEIRA VALGAS

Resumo Introdução: O presente trabalho apresenta conceitos fundamentais e características essenciais da técnica de difração de raios X (DRX), suas aplicações e limitações. Discorre um breve resumo sobre a História dos raios X, sua descoberta e produção. São aborda-dos temas como: Lei de Bragg, Sólidos cristalinos e amorfos, Rede de Bravais, Difratômetro, com ênfase a comparação entre a DRX do NaCl e DRX da borracha. Objetivo: Descrever a importância da técnica na caracterização de estruturas. Materiais e Métodos: Revisão bibliográfica de literatura especializada, por meio de livros, artigos e sites específ icos. Resultado: DRX é um método exato e eficiente, que representa o fenômeno da interação do feixe com os elétrons dos átomos de um determinado material, por meio do espalhamento coerente. Conclusão: Determinação precisa de estruturas cristalinas e amorfas, com melhores conseqüências em materiais cristalinos. Palavras-Chave: Raios X; Difração de raios X; Cristalinos; Amorfos. Abstract Introduction: The present work presents fundamental concepts and essential characteristics of X-ray diffraction (XRD) technique, its applications and limitations. Discusses a brief summary of the history of X-rays, their discovery and production. Topics such as: Bragg's Law, crystalline and amorphous solids, Brava's Network, Difractometer, with emphasis on the comparison between NaCl XRD and rubber XRD. Objective: To describe the importance of the technique in the characterization of structures. Materials and Methods: Bibliographical review of specialized literature, through specif ic books, articles and websites. Results: DRX is an exact and eff icient method, w hich represents the phenomenon of the interaction of the beam w ith the electrons of the atoms of a given material, through the coherent scattering. Conclusion: Accurate determination of crystalline and amorphous structures, w ith better consequences in crystalline materials. Keywords: X-ray; X-ray diffraction; Crystalline; Amorphous INTRODUÇÃO

Quando o assunto são raios X, vislumbra imediatamente as imagens de radiografia, produ-ção de imagem da estrutura interna de um corpo ou material para fins de diagnóstico, com a utiliza-ção de raios X. Contudo essa aplicação, apesar de ser a mais comum e a primeira a ser utilizada des-de sua descoberta, não é a única (BLEICHER, 2000).

A radiação eletromagnética dos raios X é da mesma natureza da luz, mas com o comprimento de onda muito menor, aproximadamente 0,1nm. Em sua interação com a matéria, ocorrem diversos fenômenos, como a difração de raios X(COSTA e ANDRADE, 2009).

Com o advento da difração de raios X, tor-nou-se possível a realização de estudos de mate-riais a nível atômico de maneira a descobrir sua estrutura por meio da técnica de difração de raios X (DRX). Usada na obtenção de características importantes sobre a estrutura de um composto, capaz de obter dados das estruturas cristalinas de ordem de angstrom (Å) (CUNHA, 2008).

Estruturas cristalinas são arranjos regulares, tridimensionais de átomos no espaço. A regulari-dade com que os átomos se agregam nos sólidos decorre de condições geométricas impostas pelos átomos envolvidos, pelo tipo de ligação atômica e pela compacidade (BLEICHER, 2000; FIGUEIRE-DO, 2016; UNESP, 2008).

Nos estudos das estruturas cristalinas os métodos de difração medem diretamente a distân-cia entre planos paralelos de pontos do reticulado

cristalino, assim determinando seus parâmetros. Os métodos de DRX também medem os ângulos entre os planos do reticulado, usados para deter-minar os ângulos interaxiais de um cristal (MORA, 2015).

Descoberta por Max Von Loue, primeiro físi-co a usar os cristais como rede de difração para os raios X. O que lhe rendeu no ano de 1914 o Prê-mio Nobel de Física. (BLEICHER, 2000)

Diante de tal descoberta, os físicos W.H. Bragg e seu filho W.L. Bragg, altamente motivados pelo experimento de Loue, formularam uma equa-ção bastante simples, com objetivo de antecipar a localização dos ângulos onde se encontrariam os picos de intensidade máxima de difração. Essa equação foi denominada Lei de Bragg. Conforme demonstrada na figura 01. (COSTA e ANDRADE, 2008)

FIGURA 01 - Modelo de Bragg em duas

dimensões nλ= 2dsenθ

n = número inteiro positivo λ= comprimento de onda dos raios X

Simpósio de TCC e Seminário de IC , 2016 / 2º 2460

d = distância camadas dos átomos θ= ângulo entre o raio incidente e os planos refle-tidos Materiais e Métodos

Estudo constituído de uma revisão bibliográ-fica da literatura especializada, realizada no perío-do entre agosto e novembro do ano de 2016. Fo-ram realizadas consultas a livros, artigos científi-cos e sites específicos em DRX. As palavras-chave utilizadas na busca foram raios X, difração de raios X, Cristalinos e amorfos.

A seleção de artigos foi fundamentada na conformidade dos limites dos assuntos aos objeti-vos deste trabalho, desconsiderando todos aque-les que, apesar de aparecerem no resultado da busca, não abordavam o assunto sob o ponto de vista da comparação da difração de raios X em materiais amorfos e cristalinos. Utilizados materi-ais publicados em português e inglês e excluídos estudos publicados nos demais idiomas. Raios X

Em 1895 Wilhelm Rontgen procurava detec-tar a radiação elet romagnética de alta frequência prevista por Helmoltz. Ele dispunha de um tubo de raios catódicos com excelente vácuo e usava co-mo fonte de alta tensão elétrica, uma bobina de indução (MARTINS, 2005).

Utilizou uma placa fluorescente de cianeto de platina e bário. Uma placa desse tipo fluoresce quando atingida pelos raios catódicos e era por isso que fazia parte do equipamento de Rontgen. Para facilitar a observação da fraca luminosidade da placa fluorescente, fechou as cortinas do labo-ratório e cobriu o tubo de raios catódicos com uma caixa de papelão (BASSALO, 1999; PEREIRA, 2012).

Rontgen ligou o tubo de raios catódicos à eletricidade, em um período de grande escuridão. Então notou, no fundo da sala, um pequeno brilho, quase impercept ível. Desligou a eletricidade do tubo e o brilho sumiu (BASSALO,2012).

Repetiu a façanha, e lá estava àquela mes-ma luz fraca. Abriu as cortinas da janela e Rontgen verificou que aquele brilho advinha de sua placa fluorescente, lá no canto da sala. Outra vez reali-zou o teste, colocando a placa mais perto do tubo, e este continuava coberto pela caixa de papelão. Percebeu então que a placa fluorescia com maior intensidade e que ao afastar a placa do tubo, o brilho diminuía. Tinha total convicção de que esta-va detectando um tipo de radiação diferente. Não se tratava dos raios catódicos que estudava, pois já era sabido de todos os pesquisadores que es-ses raios catódicos só se propagavam no vácuo (BASSALO, 2012).

Logo percebe se tratar de algo novo. O pro-fessor passa a estudar exaustivamente a radiação e assim dessa forma, decifra suas principais pro-priedades, como a propagação em linha reta, alta capacidade de penetração, indiferença a campos magnéticos. Essas propriedades ora aconteciam

com a luz, ora com os “raios catódicos” (BLEI-CHER, 2000).

Foram realizados diversos estudos em rela-ção a tal radiação e com o intuito de descobrir mais, colocava placas de madeira ou metal entre o tubo e o detector, Rontgen percebe que a radiação que estava detectando era realmente muito pene-trante. Apenas uma placa de chumbo conseguiria bloqueá-la totalmente. Segurou um pequeno disco de chumbo na frente do detector fluorescente, com a intenção de ver a sombra do disco na placa. E viu, mas não apenas a sombra do disco, como também a sombra dos ossos de sua própria mão. (PEREIRA, 2012).

Rontgen passa a examinar todos os aspec-tos da tal radiação que acabara de descobrir e para obter resultados permanentes, possíveis de publicar em revistas, passou a usar placas fotográ-ficas no lugar do detector fluorescente. Em uma de suas experiências, colocou a mão de sua mulher, Bertha, na frente do filme e obteve a primeira ra-diografia humana da história, mostrando os ossos de sua esposa e até seu anel de casamento. Con-forme figura 02. (BASSALO, 2012).

FIGURA 02

Radiografia da mão da esposa de Rontgen, Anna Bertha Ludwig.

Mundo Educação Em outra experiência, tirou a radiografia de

seu rifle de caça e observou uma pequena falha interna. Antecipando um dos mais atuais usos dos raios X: descobrir falhas internas em peças indus-triais. Conforme figura 03 (BASSALO, 2012).

FIGURA 03 – Rifle de Caça de Rontgen


Seara da Ciência

Também radiografou uma caixa de madeira fechada com peças metálicas no interior. Fez, portanto, o que hoje se vê nos aeroportos, onde as bagagens são radiografadas pelo pessoal da se-gurança (BASSALO, 2012).

Foram realizadas diversas tentativas para verificação da reflexão, refração ou difração, todas sem sucesso. Rontgen então deduz se tratar de algo realmente diferente de todas as radiações conhecidas, por isso a denominação dada. Sugere ainda que fossem ondas elet romagnéticas longitu-dinais de raios X para estruturas tridimensionais (cristais) (BLEICHER, 2000).

Antes mesmo de ser publicada em uma re-vista científica, a descoberta de Rontgen chegou aos jornais e causou enorme sensação. Os médi-cos logo viram o potencial da radiação para diag-nóstico e terapia. A fama de Wilhelm Rontgen espalhou-se pelo mundo e todos os grandes labo-ratórios deram início à produção, pesquisas e utili-zação a radiação de alta frequência que ele cha-mou, modestamente, de raios X. O Prêmio Nobel de Física foi concedido em 1901, muito merecida-mente, a Wilhelm Conrad Rontgen, então com 56 anos (BASSALO, 2012). Produção de Raios X

Os raios X é uma radiação artificial, produ-zida a partir da rápida desaceleração de partículas de alta energia cinética, ou seja, colisão da partí-cula gerada em um tubo catódico ou somente cátodo em um alvo metálico anódico, ânodo (BLE-ICHER, 2000).

Nas figuras seguintes, verifica-se esse fe-nômeno a nível atômico, quando um elétron atinge o alvo (I), assim um elétron da camada K de um átomo do material é liberado na forma de fotoelé-tron (II), provocando então uma vacância nessa camada. Esse espaço será ocupado por outro elétron de uma camada mais externa (III), liberan-do energia na forma de um fóton de Raios X (IV). A energia desse fóton corresponde à diferença de energia entre as duas camadas. Conforme figuras 04 e 05 (BLEICHER, 2000; PEZZIN, 2010).

FIGURA 04 - A produção de Raios X a nível atô-

mico

Bleicher

FIGURA 05 - A produção de Raios X a nível atô-

mico Bleicher

Percebe-se logo nos primeiros estudos que aumentando a diferença de potencial entre os terminais, aumenta-se também a intensidade e a faixa de comprimentos de onda que são produzi-dos pelo tubo. Conforme o gráfico da figura 06 se percebe que o espectro contínuo acontece devido à desaceleração dos elét rons através de sucessi-vas colisões com os átomos do anodo (BLEI-CHER, 2000).

FIGURA 06– Comprimento de onda Å

UNESP

Quando elétrons em movimento interagem com os elétrons da camada mais interna (camada K) de um átomo do alvo no tubo de raios X, faz com que o mesmo seja deslocado, provocando a sua ejeção para fora do átomo, com isso a cama-da de energia que este elétron ocupava fica vaga. Um elétron de uma camada mais externa migra para a lacuna da camada mais interna e libera determinada quantidade de forma de raios X, pro-duzindo então radiação característica, assim de-nominada por se tratar de uma radiação caracte-rística do material do anodo. Conforme figura 07 (BASSALO, 2012).


FIGURA 07 – Espectro Característico

UNESP Observando a figura 07, notam-se outros

comprimentos de onda, chamados de radiação branca, pois assim como a luz branca e o ruído branco, é formada por vários comprimentos de onda. Utiliza-se também o termo bremsstrahlung - do alemão “radiação de frenamento”(BLEICHER, 2000).

Aumentando a diferença de potencial, maior será a radiação característica em relação à radia-ção cont ínua, o que possibilita a utilização de um comprimento de onda pré-determinado. Demonstrado no gráfico da figura 08 (BLEICHER, 2000).

FIGURA 08 - A relação entre a diferença de po-tencial entre os terminais do tubo e as intensida-

des de cada comprimento de onda produzido

Assim podemos explicar os raios X. De a-cordo com suas transições de níveis atômicos de energia, ou seja, a cada diferente transição de níveis de energia, um comprimento de onda dife-rente é emitido. A radiação Kα1

, mostrada ao lado, é produzida quando um elétron transita da camada L

III para a camada K, enquanto que a radiação Kβ

1 é gerada quando o elétron transita da camada M

III

para K. Um espectro de emissão de raios X típico é aquele que contem radiação característica e radiação de frenamento (BLEICHER, 2000; ASSALI, 2012). Interações

Por se tratar de unidades individuais de e-nergia, os fótons de raios X ao atravessarem a matéria poderão penetrar e não interagir, ou inte-ragir e ser totalmente absorvido depositando toda a sua energia ou mesmo interagir e se espalhar, desviado e tendo parte de sua energia deposita-da(THRALL, 2001).

Existem quatro principais interações dos raios X em nível atômico, dependendo da energia do fóton que está incidindo pode ocorrer o espa-lhamento coerente, o efeito fotoelétrico, o efeito Compton ou a produção de pares (ZIESSMAN, 2001).

O espalhamento coerente, Rayleigh ou clássico é o espalhamento puro, foi inicialmente observado por J.JThomson no final do século XX e por isso também é conhecido como “Efeito Thom-son”, a interação ocorre em geral quando estamos lidando com energias entre 20 a 50 keV, ou seja, o fóton que incide apresenta comprimento de onda (λ) maior que as dimensões do próprio átomo, interage com elétron mais externo e transfere toda sua energia para o mesmo. Dessa forma o átomo se excita e libera de imediato um fóton de mesmo comprimento de onda e mesma energia que o incidente, porém em outra direção. Conforme figu-ra 09 (THRALL, 2001).

FIGURA 09 - Espalhamento clássico ou coerente (thomson) FisRad

Em 1887, Hertz percebeu o efeito fotoelétri-co, que consiste no deslocamento de elétrons onde fótons com energia suficiente ao interagir com elétrons de camadas mais internas, podem removê-los do átomo. Conforme figura 10 (THRALL, 2001).


FIGURA 10 - Efeito fotoelét rico FisRad

Em 1922, Arthur Holly Compton, ao realizar alguns estudos sobre a interação radiação-matéria, percebeu que quando um feixe de raios X incidia sobre um alvo de carbono, sofria um espa-lhamento. As medidas indicavam que o feixe espa-lhado tinha frequência diferente do feixe incidente logo após atravessar o alvo (AZEVEDO, 2004; THRALL, 2001).

O efeito Compton acontece quando fótons de energia média, acima de 100 keV, tendem a interagir com elétrons das últimas camadas do átomo, removendo-os e gerando raios X. Confor-me figura 11 (AZEVEDO, 2004; THRALL, 2001).

FIGURA 11 – Efeito Compton

webnode.com.br

A descoberta do fenômeno da produção de pares ocorreu em 1933 durante pesquisas com radiação cósmica. Tal descoberta veio a solucio-nar um problema relacionado à absorção dos raios X e os coeficientes de atenuação dos materiais. A produção de pares acontece quando um fóton com mais de 1022 keV interage com um núcleo pesado e este pode ser convertido em um par de elétron-pósitron. Conforme figura 12 (THRALL, 2001).

FIGURA 12 - Produção de Pares

www.oocites.org Difração de Raios X

Fenômeno da interação dos raios X com es-trutura sólida, onde pequena parte do feixe inci-dente emerge com o mesmo comprimento de onda em uma direção diferente, propriedade pertinente as ondas. Essas são capazes de contornar obstá-culos e passar por qualquer canal quando descon-tinuada. Conforme figura 13(CULLITY, 1956).

Na obtenção de informações e caracteriza-ção de matéria por meio da difração de raios X é utilizada a técnica da difração de raios X(DRX)

FIGURA 13 – Difração de Ondas

Só Física

Laue, no ano de 1914 realiza um experi-mento onde demonstra a incidência de um feixe de raios X em um cristal, conforme figura 14 abai-xo (BLEICHER, 2000).

FIGURA 14 – Experimento de Laue

Bleicher

Ao verificar a chapa fotográfica localizada por de trás do cristal, notou que formava um pa-drão de difração, demonstrado na figura 15 (BLE-ICHER, 2000).

Então havendo a difração dos raios X, esta-va comprovada a natureza ondulatória dos mes-mos e essa técnica passa a ser de grande utilida-de na determinação de estruturas cristalinas (BLE-ICHER).

FIGURA 15 –

Padrão de Laue impresso na chapa fotográfica Bleicher


O pesquisador W.L Bragg então explica a di-fração de raios X, radiação que incide no cristal e é refletida por cada um dos planos de átomos paralelos e os feixes difratados se formam quando as reflexões produzem interferências construtivas (BLEICHER, 2000).

Percebe-se que em cristais macroscópicos existem uma regularidade e perfeição geométrica, evidenciando que cristais são formados por partí-culas organizadas de forma periódica, essa con-firmação se dá pela técnica DRX (BLEICHER, 2000).

A técnica de difração de raios X (DRX) ou difratometria de raios X condiz a uma das mais relevantes práticas de caracterização microestrutu-ral de materiais cristalinos, com utilizações em diversas áreas, em especial na engenharia de materiais (KAHN, 2016). Lei de Bragg

Bragg e seu filho, ambos físicos, entusias-mados com a descoberta de Laue, formulam uma equação, com intuito de antecipar a localização dos ângulos onde aconteceriam os picos com intensidade máxima, buscando uma explicação bastante simples para a difração de raios X (BAR-RETO, 2016).

Os raios X possuem comprimento de onda na ordem de espaçamento interplanar. Quando atravessam material cristalino sofrem difração de diversas formas, mas quando acontecem de forma construtiva, aumenta a intensidade da onda resul-tante (ASSALI, 2012; ALVES, 2008).

Relaciona-se o comprimento de onda, dis-tância interplanar e a variação do ângulo com a intensidade do pico. Alternativa encontrada por Bragg para explicar os resultados de Laue, tor-nando assim mais simples a compreensão do fenômeno e ainda hoje é o modelo mais utilizado (ALVES, 2008).

A relação de Bragg pode ser deduzida con-siderando a figura 16, onde um conjunto de planos cristalinos é representado por retas paralelas e-quidistantes. Quando uma onda monocromática incide sobre esses planos, formam um ângulo, reforçando a intensidade espalhada em certa dire-ção (ALVES, 2008)

Sumariamente a Lei de Bragg está relacio-nada ao espalhamento de ondas que incidem em um cristal, fornecendo uma explicação para os efeitos difrativos observados nesta interação (AL-VES, 2008).

Estes padrões são explicados relacionando os vetores de onda do feixe incidente e espalhado em uma rede cristalina (ALVES, 2008; AZEVEDO, 2004).

FIGURA 16 - Esquema da difração de Bragg

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Ocorre que cada átomo desse cristal será uma fonte de emissão esférica de radiação, o que pode ocasionar interferências construtivas, quando as ondas estão em fase entre si ou destrutivas, quando as mesmas estão defasadas. A partir da equação: nλ= 2dsenθ (Lei de Bragg), é estabeleci-do condições necessárias para que aconteçam as interferências construtivas (ALVES, 2008; FI-GUEIREDO, 2016). Cristalografia

Estudos dos cristais e de suas estruturas e propriedades é uma área do conhecimento que antecede a ciência moderna (TILLEY, 2014).

Conceitos básicos cristalográficos para me-lhor entendimento da técnica de difração de raios X. Sólidos

O estado sólido é um dos três estados físi-cos da matéria que, tem como característica uma relativa ordenação espacial dos seus átomos nu-ma estrutura tridimensional, são divididos em cris-talinos e amorfos (COSTA e ANDRADE, 2009). Sólidos Cristalinos

Um sólido cristalino é um arranjo de átomos ordenados com periodicidade regular numa rede tridimensional, bem definida e cont ínua, denomi-nada rede cristalina. Pode ser visualizada como resultado da repetição contínua, em três dimen-sões, de uma unidade de construção estrutural, a célula unitária, que é a menor posição de um cris-tal, essencial para representar o modelo de uma estrutura cristalina (STARIOLO, 2009). Redes Cristalinas

São posições geométricas no espaço.A es-trutura cristalina analisada, na revisão de experi-mento tem fórmula geral dos cristais com a estru-tura da Halita (MX). Seus parâmetros de reticulado são de massa de 0,5640 nm e número atômico 4 {NaCl} (TILLEY, 2014).


https://pt.wikipedia.org/wiki/Espalhamento

https://pt.wikipedia.org/wiki/Onda

https://pt.wikipedia.org/wiki/Cristal

https://pt.wikipedia.org/wiki/Difra%C3%A7%C3%A3o

https://pt.wikipedia.org/wiki/Vetor_de_onda

https://pt.wikipedia.org/wiki/Rede_cristalina

Para melhor entendimento das redes crista-linas é necessário entender sua geometria e as células unitárias. Geometria

As redes cristalinas são representadas pelo espaço recíproco, uma espécie de arti fício mate-mático criado para auxiliar na interpretação do processo de difração de raios X, como um conjun-to de pontos, utilizando-se dos índices de Miller: h, k e l para definir as famílias em uma rede de Bra-vais, que indicam as coordenadas de um vetor no espaço recíproco, de maneira simples, uma vez que sua representação não necessita de uma equação matemática (JR WALTER, 2006). Obser-ve-se figura 17.

FIGURA 17 – Índice de Miller

Docplayer.com.br Células Unitárias

Adicionam-se átomos as redes cristalinas, modulando esses espaços geométricos, de forma que cada átomo assume posições específicas nessa estrutura, formando células unitárias. Con-forme figura 18. (TILLEY, 2014).

FIGURA 18 – Célula Unitária Cúbica e

Projeção ao longo do eixo c. Tilley

O tamanho e formato das células unitárias-são determinados através de três vetores,

𝑎𝑎→,

𝑏𝑏→ e

𝑐𝑐→, os chamados eixos cristalográficos. Descritos por seu comprimento (a, b e c) e pelos ângulos

formados (α, β, γ). Essas células podem ser repe-tidas diversas vezes nas posições x, y e z, consti-tuindo o material como um todo. (ASSALI, 2012).

Os átomos de Sódio e Cloro são dispostos de forma que um átomo de sódio terá sempre átomos de cloro como vizinhos e vice-versa, assim como na figura 19 (BLEICHER, 2000).

FIGURA 19-Rede cristalina do NaCl

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Células unitárias possuem sete tipos de si-metria e o que as tornam diferentes são as rela-ções entre seus parâmetros de rede (comprimen-tos, ângulos e direções), citadas anteriormente. Pode ser cúbica, tetragonal, ortorrômbica, rombo-édrica, hexagonal, monoclínica e triclínica (FI-GUEIREDO, 2016).

A estrutura cristalina do cloreto de sódio (NaCl), exemplo utilizado acima e na revisão de experimento se trata de um sistema cúbico, o de maior simetria (TILLEY, 2014).

Segue tabela 01 demonstrando as relações entre os sete tipos de simetria e os parâmetros de rede de suas células unitárias.

Sistema Parâmetros de Rede Cúbico a = b = c α = β = γ = 90

o

Tetragonal a = b ≠ c α = β = γ = 90

o

Ortorrômbico a ≠ b ≠ c α = β = γ = 90

o

Romboédrico a = b = c α = β = γ ≠ 90

o

Hexagonal a = b ≠ c α = β = 90

o

; γ ≠ 120o

Monoclínico a ≠ b ≠ c α = γ = 90

o

≠ β Triclínico a ≠ b ≠ c α ≠ β ≠ γ ≠ 90

o

TABELA 01 – Simetrias Células Unitárias

pt.slideshare.net

Existem 14 tipos de célula unitária, deriva-das dos sete sistemas e por meio dessas 14 célu-las unitárias descrevem-se todas as matérias, tornou-se possível essa descrição devido às cha-madas redes de Bravais, assim nomeado para homenagear Auguste Bravais (JR WALTER, 2006; PORTAL SABER LIVRE, 2016).


Rede de Bravais

O cristalógrafo Auguste Bravais, no ano de 1848, demonstra que na natureza existem 14 re-des cristalinas. Apresentadas pela figura 20 (POR-TAL SABER LIVRE, 2016).

FIGURA 20 – Retículos de Bravais

UNESP Sólidos Amorfos

As estruturas amorfas são arranjos atômicos aleatórios, conforme figura 22, não possuem sime-tria, contrário das estruturas cristalinas e comu-mente chamadas de estruturas vít reas (VIEIRA, 2000).

FIGURA 22 – Rede Amorfa

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Um material apresenta estrutura amorfa se quando resfriado a partir do líquido exibir um au-mento contínuo de sua viscosidade (VIEIRA, 2000).

Tais substâncias podem ser encontradas em gases, líquidos e determinados sólidos como o exemplo utilizado nesse trabalho, borracha vulca-nizada (VIEIRA, 2000).

Trata-se de um material macromolecular, capaz de uma rápida recuperação de sua forma e dimensões, susceptível ao aumento de volume, ou seja, são materiais poliméricos reticuláveis tridi-mensionais que possuem longas cadeias molecu-lares (VIEIRA, 2000).

Logo, a borracha é um polímero, produto composto por moléculas formadas por uma mes-ma unidade estrutural repetida e ligadas quimica-mente entre si, cis-1,4-poliisopreno (VIEIRA, 2000).

Percebe-se que nem todos os sólidos são cristalinos, alguns não possuem uma forma defini-da como vidros e borrachas e nesse aspecto não existem diferenças entre um líquido e um sólido amorfo (VIEIRA, 2000). Equipamentos – Funcionamento

O difratômetro é um equipamento utilizado nas análises não destrutivas, permitindo uma aná-lise qualitativa do material, bem como a determi-nação dos parâmetros de rede, medidas de ten-sões residuais e outras possíveis aplicações. O difratômetro é acoplado a um gerador de raios X e dará um registro gráfico dos sinais das reflexões que se originam em detectores eletrônicos de ra-diação (RIGAKU, 2016).

Para fontes de raios X monocromáticos, uti-lizam-se feixes de elétrons acelerados contra um ânodo metálico (RIGAKU, 2016).

O equipamento utilizado no experimento foi adaptado para análises atuais de DRX, o que nos oferece velocidade e sensibilidade por meio de avanços tecnológicos inovadores (RIGAKU, 2016).

O monocromador opcional de grafite, aco-plado ao contador padrão de cintilação, eleva a sensibilidade ao aperfeiçoar as relações máximas às basais. Se a resolução for primordial, será pos-sível selecionar cortes de feixes incidentes e difra-tados para obter a resolução desejada. Para uma alta produtividade da amostra, esse equipamento possui sistema DRX de bancada com um trocador de amostras disponível. Oferece uma funcionali-dade nova e importante; incluindo um método de parâmetro fundamental (FP) para um cálculo mais exato de pico, uma identificação de fases usando o COD (Banco de Dados Abertos de Cristalografia) e um assistente para análises de estruturas crista-linas (RIGAKU, 2016) Resultado do Experimento

As analises de DRX foram realizadas no Laboratório de Materiais Combustíveis - LMC do Instituto de Química da UnB – Universidade de Brasília.

Para analisar o espectro de emissão do tu-bo de raios-X, foi utilizada uma unidade do equi-pamento RIGAKU - Miniflex300 trata-se de um difratômetro de raios X para fins gerais que podem realizar análises qualitativas e quantitativas de materiais poli cristalinos. O equipamento foi proje-tado para maximizar a flexibilidade em um pacote de bancada, conforme figuras 23, 24, 25, 26, 27 e 28. O cátodo da ampola de raios X é de cobre.


FIGURA 23-

DIFRATOMETRO RIGAKU MINIFLEX300 ARQUIVO PESSOAL

FIGURA 24- DIFRATOMETRO RIGAKU MINI-

FLEX300 ARQUIVO PESSOAL







FIGURA 28 - DIFRATOMETRO RIGAKU MINI-


DRX – Estrutura Cristalina

Maioria dos sólidos que apresentam estrutu-ras cristalinas simples já foi analisada por meio do difratômetro, desde o início da invenção da técnica da difração de raios X. Parte do que se conhece sobre essas estruturas é resultado da utilização da DRX, que permite obter informações mais deta-lhadas das dimensões, presença de defeitos e orientação da rede cristalina (UNICAMP, 2016).

Nas análises nota-se que os picos depen-dem apenas do espaçamento entre os planos atômicos da estrutura cristalina e que independe da sua intensidade, em conformidade com a Lei de Bragg. Demonstrado na figura 29 da estrutura aqui envolvida, NaCl (TILLEY, 2014).

FIGURA 29 – Espectroscopia do NaCl

FisRad


Conforme software (biblioteca do aparelho DRX) a amostra apresenta o seguinte difratogra-ma:

θ Intensidade 38.00 111 43.20 200 65.00 220 78.00 311 83.00 222 99.90 400 111.00 331 117.00 420

DIFRATOGRAMA 01 - NaCl DRX – Estrutura Amorfa

Materiais amorfos possuem propriedades únicas. Confeccionados por meio de rápida solidi-ficação de ligas metálicas, apresentam fácil mag-netização pelo fato de seus átomos se encontra-rem arranjados de maneira aleatória, oposto dos sólidos cristalinos. Apresentado na figura 30 (VI-EIRA, 2000).

0 20 40 60 80

69.1

747.5

8

56.6

6

62.9

168

.02

42.5

7

34.4

5 36.2

9

81.4

6

31.8

0

60.0

2

26.8

7

21.0

2

Inte

nsid

ade

U.A.

21.0

2

FIGURA 30 – Espectroscopia da Borracha Amostra Experimental

O difratograma foi realizado utilizando medi-

das em torno de 0° a 90°. A corrente no filamento foi de 10 mA e a tensão utilizada foi de 30 kV.

De acordo com o software apresentado na biblioteca do equipamento, o experimento apre-senta o seguinte difratograma abaixo:

θ Intensidade 31.80 54.60 34.45 40.70 36.29 100.00 47.58 22.90 56.66 34.90 62.91 32.20 66.45 4.90 68.02 27.20 69.17 13.50 72.63 2.20 77.05 4.50 81.46 2.40

DIFRATOGRAMA 02 - BORRACHA

Discussão

Autores descrevem uma parte da história de suma importância sobre as primeiras radiografias que foram realizadas pelo pesquisador Wilhelm Conrad Rontgen em 1895.

Raios X são adquiridos de forma artificial. Produzidos a partir da rápida desaceleração de part ículas de alta energia cinética. Suas interações com a matéria produzem alguns efeitos: fotoelétri-co, coerente, Compton, produção de pares e ainda a difração de raios X (BLEICHER, 2000; PEZZIN, 2010; THRALL, 2001; AZEVEDO, 2004).

Segundo Cullity, (1956) e Bleicher, (2000), a radiação característica ocorre quando os elétrons em movimento colidem com elétrons da camada mais interna do átomo (K), provocando sua ejeção para fora desse átomo, ocasionando assim a va-cância. Recebe esse nome por ser uma caracterís -tica do material do anodo

Bleicher, (2000), Cunha, (2008), Martins, (2005), Pereira, (2012) retratam a importância dessa descoberta para a sociedade, assim como a descoberta da técnica de difração dos raios X para caracterização de materiais.

A difração de raios X, um dos fenômenos que ocorre quando há interação radiação-matéria, precisamente trata-se do espalhamento da radia-ção eletromagnética, provocada pela interação entre o feixe de raios X incidente e os elét rons dos átomos componentes de um material.

Os pesquisadores W.L Bragg e Laue expli-cam que a difração dos raios incide no cristal, são refletidos por cada um dos planos de átomos para-lelos, os feixes difratados se formam quando as reflexões produzem interferências construtivas. Percebe-se que em cristais macroscópicos exis-tem uma regularidade e perfeição geométrica.

As instituições de ensino e pesquisa como a UFRJ, UNESP, UNIOESTE e autores como Blei-cher, Ribas, Alves, Kahn concordam que o fenô-meno da DRX acontece quando um feixe de raios X incide sobre um material cristalino ou amorfo, de maneira que se pode analisar tal processo em diferentes níveis.As redes de Bravais são funda-mentais na orientação dos fótons refletidos, quan-do há interação da radiação com a matéria.

Para aquisição dos espectros da difração é utilizada a técnica da difração de raios X(DRX), que consiste na incidência da radiação em uma amostra e na detecção dos fótons difratados, que constituem o feixe difratado, com intuito de deter-minar experimentalmente a estrutura cristalina do material.

Existe uma grande diferença entre as análi-ses de DRX da borracha e DRX do NaCl, percebe-se que a visualização é melhor quando o material é cristalino, uma vez que os materiais amorfos possuem uma largura meia altura não ideal para sua identificação.

Observando os experimentos, nota-se que no θ 38º da amostra de Cloreto de Sódio, o pico tem uma intensidade máxima de 111 e que sua


largura a meia altura é ideal para sua identifica-ção. Enquanto que na borracha o pico máximo de intensidade é 21.12 no θ 20º, com largura intensa e grande banda de saturação, típico de matéria amorfa, e são essas características que diferenci-am e identificam o material cristalino do amorfo.

Entende-se que a DRX é uma ferramenta extremamente necessária para a cristalografia. Auxiliando a física, química e demais áreas de tecnologias em geral, refere-se a uma técnicas em precedentes, com limitações, pois as amostras podem estar contaminadas e também pela exorbi-tante quantidade de matéria no universo.Assim como a falta de conhecimento da técnica.

Da aplicabilidade do estudo,entende-se que é uma área pouco explorada pelos cursos de tec-nologia em radiologia.

Com o intuito de uma formação plena em todas as áreas da radiologia, assim como a forma-ção de profissionais de nível superior que possam atuar na docência, pesquisa e gerenciamento dos serviços de radiologia, foram criados os Cursos Superiores de Tecnologia em Radiologia,mas que não enfatizam a base da própria radiologia, a físi-ca. Acredita-se ser pela falta de informações e mesmo por que no Brasil utiliza-se a radiologia, especificamente a aplicação dos raios X principal-mente na área médica para obtenção de imagens.

Esse artigo deseja salientar as possíveis contribuições da DRX na área de pesquisas em radiologia.O próximo passo é agregar outras teori-as a esse trabalho para uma possível publicação, como a teoria de grupos. Conclusão

Técnica utilizada na obtenção de caracterís-ticas importantes das estruturas de um composto. Descoberta em 1912 por Max Von Laue, primeiro físico a usar os cristais como rede de difração para os raios X.

Método exato e eficiente, que representa o fenômeno da interação do feixe, por meio do espa-lhamento coerente, com os elétrons dos átomos de um determinado material. Trata-se da incidên-cia da radiação em uma amostra para fins de de-tectar fótons difratados.

Conclui-se que a difração de raios X é uma das mais importantes ferramentas não destrutivas na analise de todos os tipos de matéria, dos flui-dos a pós e cristais. Indispensável para a caracte-rização de diversos materiais e controle de quali-dade, desde a pesquisa até produção e aplicações industriais na determinação precisa de estruturas cristalinas e amorfas. Agradecimentos

Agradecemos primeiramente a Deus que nos deu saúde e força para superar as dificulda-des e concluirmos nosso trabalho.

Ao corpo docente, direção e administração que nos deram a oportunidade de hoje vislumbrar um horizonte superior.

Reverenciamos nosso Professor e orienta-dor Glêicio Oliveira Valgas por toda dedicação, pela fascinante orientação, assim como o apoio incondicional que nos dedicou no pouco tempo que lhe coube, por suas correções e incentivos e demais conhecimentos a nós transmitidos.

A todos os colegas de classe, externamos nossa satisfação pelo convívio e aprendizado du-rante a graduação e realização deste trabalho.

Agradecemos aos professores da banca examinadora pela atenção e contribuição dispen-sadas.

Enfim, agradecemos a todas as pessoas que direta ou indiretamente fizeram parte de nossa formação.

A todos nosso muito obrigado!

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