OTTICA CRISTALLOGRAFICA Flashcards
(55 cards)
Perché il microscopio non è sufficiente per studiare la disposizione degli atomi?
2 motivi:
-la risoluzione delle lenti è insufficiente
-non si può usare la luce visibile (350-700nm) ma si deve usare i raggi x (10^-2 - 10 nm)
A cosa serve la teoria di Abbe?
La teoria di abbe sulla formazione delle immagini ci fornisce una spiegazione del motivo per cui le particelle non possono essere osservate con luce visibile. Cioè che non solo per la qualità della lente ma anche per il fatto che nel caso delle distanze atomiche non possiamo usare la luce visibile per ottenere la figura di diffrazione perché la lunghezza d’onda di questa è molto più grande delle distanze atomiche.
*La teoria di Abbe ci spiega che usando una lunghezza d’onda più corta e obbiettivi con un’apertura numerica più elevata, otteniamo una migliore risoluzione e si possono distinguere dettagli più piccoli.
Spiegami cosa avviene nella teoria di Abbe?
Per considerare come si forma un’immagine, consideriamo un sistema semplice, formato da:
-oggetto periodico con 3 fenditure
- schermo
-lente convessa convergente
La formazione dell’immagine che sarà reale e capovolta, avviene in 2 momenti:
1) l’oggetto difonde la luce per diffrazione e la lente cattura alcuni dei raggi diffratti, focalizzandoli nel piano focale. Qui si forma la figura di diffrazione che contiene tutt ele informazioni dell’immagine finale.
2)i raggi diffratti si propagano oltre il secondo piano focale, fino ad arrivare allo schermo dove si forma l’immagine reale e capovolta.
*Tanto maggiore è l’apertura della lente, tanti più saranno i raggi diffratti raccolti e quindi maggiori le informazioni e quindi piÙ dettagliata sarà l’immagine.
*Se l’angolo d’inclinazione del raggio è maggiore della lente non partecipa alla formazione dell’immagine
Cosa è la diffrazione?
La diffrazione è un fenomeno ondulatorio che si verifica quando un’onda incontra un ostacolo o passa attraverso un’apertura.
È un fenomeno di interferenza tra due onde, che più essere:
-positivo/costruttivo: se le onde sono in concordanza di fase, l’onda risultante avrà ampiezza massima - abbiamo un massimo di diffrazione
-negativo/distruttivo: se le onde sono in opposizione di fase, l’onda risultate ha ampiezza nulla e intensità pari a 0 (onda piatta - retta)
Cosa ci dice il principio di Huygens?
Il principio di Huygens ci spiega come un’onda si propaga. È utile per comprendere il fenome di diffrazione ed interferenza delle onde (può essere anche applicabile alle luce).
Il principio di Huygens ci dice che due onde hanno interferenza positiva se FN= n * lambda, cioè che la loro differenza di cammino sia pari ad un numero intero di lunghezze d’onda.
FN= differenza di cammino
Spiegami la diffrazione ottica, basandola sul principio di Huygens.
La diffrazione in ottica è quel processo in cui un fascio di raggi incidenti interagisce con un’oggetto periodico.
Il processo di diffrazione trasferisce l’informazione spaziale dall’oggetto al fascio stesso.
Considerando due direzioni di propagazione passanti per i fori e parallele alla direzione di massima interferenza 1lambda.
Le due onde hanno interferenza positiva se F2N =n * lambda , ossia se n * lambda= a sen °.
F2N = la differenza di cammino, cioè il cammino che la seconda onda copre in più della prima
N.B. sen º dev’essere compreso tra -1 e 1 . Per n=1, a dev’essere > di lambda, ma non molto maggiore di lamba. a dev’essere dello stesso ordine di grandezza di lambda.
Inoltre d, cioè la distanza tra i due massimi di diffrazione è inversamente proporzionale ad a, cioè distanza tra le fenditure.
Quali sono le condizione affinché la diffrazione della luce visibile possa verificarsi?
Affinché si verifichi la diffrazione della luce visibile bisogna che la luce coerente, cioè le onde sono in concordanza di fase, e la luce sia monocromatica, cioè abbia la stessa lunghezza d’onda.
Spiegami in modo riassuntito cosa avviene nella diffrazione ottica
Un dato oggetto periodioco quando investito da radiazione elettromagnetica con lunghezza d’onda avente stesso ordine di grandezza delle spaziature in questo presenti, produce una figura di diffrazione.
Questa figura di diffrazione ha le seguenti proprietà:
-ciascun spot della figura di diffrazione corrisponde ad una particolare periodicità dell’oggetto ; cioè ciasciun spotè riferito ad una famiglia di filari reticolari.
-la lunghezza del vettore che unisce, nel reticolo reciproco, lo spot del raggio diretto (00) con lo spot (11) è in relazione di reciprocita rispetto alla distanza che separa due piani reticolari contigui appartenenti alla famiglia (11). Tale vettore sarà tanto più lungo quanto più la relativa distanza interplanare sarà piccola.
-la direzione di tale vettore, inoltre, è perpendicolare rispetto alla giacitura dei piani (11).
Da cosa è formata la figura di diffrazione?
La figura di diffrazione è costituita da una fila verticale di massimi d’interferenza, dove:
-la macchia centrale corrisponde al raggio diretto
-le altre macchie corrispondono alle direzioni in cui le onde interagiscono positivamente, e la loro differenza di cammino è uguale ad un numero intero di lunghezze d’onda.
Affinchè la figura di diffrazione possa essere formata, è necessario che la spaziatura tra le fenditure sia maggiore della lunghezza d’onda del laser incidente.
Da cosa vengono generati i raggi X e come è formato questo strumento?
I raggi x vengono generati da tubi a raggi x.
Sono delle apparecchiature formate da 2 componenti:
-catodo: filamento che viene attraversato da corrente elettrica
-anodo: piastrina costituita da un determinato metallo. Detto anche anticatodo
In poche parole, gli elettroni emessi dal catodo grazie al riscaldamento, vengono accelerati dalla differenza di potenziale forte (volt) e sbattono sulla piastrina che da luogo all’emissione di raggi x caratteristici.
Cosa è la radiazione bianca di frenamento o radiazione x del continuo?
È l’energia che viene persa sottoforma di radiazione elettromagnetica dagli elettroni che vanno a sbattere (collisioni anelastiche) l’anticatodo.
Questa è una radiazione policromatica, ottenuta applicando al tubo a raggi x un potenziale inferiore a quello di eccitazione dell’elemento che costituisce l’anticatodo.
Cosa succede quando al tubo a raggi x viene applicata tra catodo e anodo, una differenza di potenziale maggiore di quella del potenziale di eccitazione del mettallo dell’anticatodo? E minore?
Se è maggiore si ha la generazione dei raggi x caratteristici del metallo costituente l’anodo. Succede che l’accelerazione degli elettroni che escono dal catodo è tale da urtare degli elettroni dei gusci più interni degli atomi del anticatodo, si formano quindi delle lacune che devono essere riempite. Quindi si ha degli elettroni che passano dai gusci più esterni a quelli più internii, questo genera una perdita di energia sottoforma di fotoni x di lunghezza d’onda caratteristica, che vengono rappresentati dalle righe caratteristiche: Kalfa1, Kalfa2 e Kbeta. Dove Kbeta ha minor lunghezza d’onda.
Come possiamo eliminare la Kbeta e la radiazione bianca di frenamento? Perché lo dobbiamo fare?
Lo dobbiamo fare per avere solo raggi x monocromatici (=lamba).
Per monocromatizzare la radiazione X abbiamo 2 opzioni:
-apposizione di un filtro sul tubo, cioè una lamina metallica ( elemento con assorbimento posto tra la lunghezza d’onda di Kbeta e Kalfa più grande)
-Sfruttando la legge di Bragg
Come può fuoriuscire l’energia data dall’interazione dei raggi x con la materia?
L’energia può fuoriuscire sottoforma di:
-calore
-emissione di fotoelettroni
-raggi x di fluorescenza
-raggi x difussi
Le prime tre avvengono quando i raggi, deviati o non, sono parzialmente assorbiti dagli atomi del bersaglio, contribuendo ad aumentare la temperatura e alla perdita di energia.
Mentre i raggi x diffusi possono diffondersi in maniera coerente (effetto di Rayleigh) e quindi abbiamo una deviazione dei raggi senza perdita di energia, mantengono la stessa lunghezza d’onda (diffusione elastica). Oppure in maniera incoerente (effetto Compton) e quindi abbiamo una deviazione con una leggera perdita di energia, detta anche difusione anelastica.
Quale tipo di diffrazione dei raggi x troviamo in un reticolo cristallino?
In un reticolo cristallino, quando i raggi x impattono su un atomo, i suoi elettroni rispondono oscillando in fase, con la stessa frequenza dei raggi x incidenti. Abbiamo quindi una diffusione elastica coerente (effetto Rayleigh).
Spiegami la legge di Bragg: formula, a cosa serve…
La legge di Bragg afferma che per ottenere una riflessione costruttiva dai piani di un reticolo cristallino, la differenza di cammino ottico tra due raggi riflessi deve essere un multiplo intero della lunghezza d’onda della luce incidente.
La formula è : 2d *sen º = n * lambda
Cioè i raggi x devono colpire il cristallo in un angolo tale che la differenza di cammino tra i due raggi sia pari ad un multiplo intero della lunghezza d’onda.
Se tale forma è vera per tal angolo, abbiamo un massimo di diffrazione.
Si parla quindi di riflessione selettiva dei raggi x.
Da questo fenomeno è possibile ricavare il sistema cristallino.
Da cosa è data l’intensità di un massimo di diffrazione?
L’intensità si ottiene dalla somma dei contributi per quel dato riflesso, relativi a ciascuno degli atomi della cella elementare.
L’intensità dipende da:
-fattore di scatterig dell’atom (fj)o: che è direttamente proporzionale al numero atomico (Z)
-posizione dell’atomo nella cella elementare (coordinate frazionarie)
L’intensità di un riflesso è direttamente proporzionale al quadrato del modulo del fattore di struttura (Fhkl).
Dove Fhkl rappresenta, in ampiezza e fase, l’onda diffrata da tutti gli atomi compresi all’interno della cella elementare per una determinata famiglia di piani reticolari.
Quali sono i limiti della diffrazione a raggi x?
- seno dell’angolo minore o uguale ad 1
-dhkl dev’essere maggiore o uguale a lambada/2
A cosa serve il metodo diffratometrico delle polvere?
All’identificazione delle diverse specie cristalline.
Quale sarebbe la taglia ideale di una polvere microcristallina?
< 10 micrometri (10^-6)
Cosa sono le cristallite? Quale orientazione devono avere e perché?
Le cristallite sono i granuli di polvere. Esse hanno bisogno di avere una orientazione stocastica, cioè che copra tutte le direzioni possibili, perché così sicuramente ci sono delle direzioni ideali per la legge di Bragg.
Come viaggiano i raggi x di una famiglia reticolare nel metodo delle polveri?
I raggi x viaggiano sulla superficie di un cono, detto cono di diffrazione.
Spiegami il metodo delle polveri
Si fa incidere su un campione polverizzato di minerale un fascio di raggi x monocromatici.
Ci sarà fra le cristalli, uno che soddisfi la legge di Bragg per cui n*lambda= 2d senº . Si forma quindi un angolo per cui la differenza di cammino è pari a nlambda.
Considerando tutti i raggi riflessi si ottiene un cono il cui vertice giace sul campione. L’asse invece viene rappresentata dal fascio diretto.
L’angolo tra raggio diretto e raggio diffratto sarà pari a 2º.
Si ottengono quini più coni per ogni famiglia hkl.
N.B. il valore massimo di º è di 90º; se =45º, cono piatto, disco; se >45º cono rovesciato
E quindi ho tutte le informazioni necessarie per determinare la specie cristallina.
Cosa ricaviamiamo dal diffrattometro?
Da un diffrattometro ricaviamo un diffrattograma.
Sul diffrattogramma abbiamo sulla:
-x= valore di 2teta, cioè l’angolo tra raggio riffratto e diretto
-y= numero di fotoni x che entrano nell’asse del rivelatore per unità di tempo, cioè l’intensità
Ogni picco è rappresenta un massimo di diffrazione, un riflesso di una determinata famiglia di piani reticolari.
Per ogni riflesso è importante 2 parametri:
-posizione, che dipende da x
-intensità, y . Non interessa il valore bensì l’ordine di grandezza, quale è più intenso, il secondo, terzo….
