Difracción de Rayos X (1) Introducción

¿Se ha preguntado alguna vez cómo puede conocerse la composición de una estrella o un planeta lejano sin haber estado allí? La respuesta reside en la luz, o expuesto más técnicamente: en el espectro electromagnético, dado que definimos la luz como la parte de la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano.

Nosotros nos referiremos al espectro electromagnético, o simplemente espectro, el cual tiene dos formas de relacionarse con la materia. Primero como espectro de emisión cuando hablamos de la radiación electromagnética que emite una sustancia, o bien como espectro de absorción cuando la absorbe. No toda la energía es absorbida, parte puede atravesar a ciertos materiales y otra se refracta o desvía.

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Actualmente estamos mucho más familiarizados con el sonido que con la luz, por lo que comenzaremos a comprender cómo podemos aprovechar determinadas propiedades de los materiales con el siguiente ejemplo:

En una habitación insonorizada disponemos de una grabadora digital, capaz de registrar el sonido y transformarlo en esas ondas que vemos en algunos reproductores de nuestros dispositivos electrónicos. Tenemos un gong que llamaremos modelo “Conan” por tratarse del usado en la película del mismo nombre. Lo hacemos sonar aplicándole al mazo una fuerza determinada y registramos el sonido obteniendo su gráfica, la cual procedemos a archivar. Pasados unos años nos piden que determinemos si un gong que nos facilitan se trata del modelo “Conan” o es una falsificación. Si repitiésemos el ensayo en las mismas condiciones podríamos registrar de nuevo la gráfica y compararla con la que ya sabíamos con certeza que correspondía al original, de modo que podríamos certificar su autenticidad.

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Pues bien, cuando las ondas electromagnéticas inciden sobre un material, tomemos como ejemplo la luz visible incidiendo sobre un plátano, percibimos con el ojo humano un color que junto con la textura y la forma nos ayudan a reconocer al elemento como plátano.

Si sustituimos esas ondas electromagnéticas por otras, digamos ahora, luz ultravioleta y sabemos que los restos de sangre se ven mucho más oscuros de lo normal, los investigadores pueden servirse de esta técnica para resolver crímenes.

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Nosotros también nos serviremos de otro tipo de ondas electromagnéticas, los rayos X, para conocer la composición de los materiales comparado el resultado obtenido en el ensayo de difracción con unos patrones archivados en grandes bases de datos científicas. Estas bases se construyen haciendo incidir rayos x sobre una sustancia conocida y archivando el patrón obtenido. También tendremos ciertas limitaciones como comprobaremos en los artículos de este monográfico.

Citamos a continuación algunas de las utilidades que la difracción de rayos X nos proporciona:

Estudiar el deterioro de materiales

– Analizar la composición de materiales desconocidos.

– Determinar distintas intervenciones de restauración.

– Determinar la composición y origen de sales y otras sustancias nocivas.

– Estudiar el comportamiento de tratamientos de restauración.

– Comparar las variaciones que se producen en materiales compuestos cuando alteramos dosificaciones, temperatura, etc.

– Determinar el origen de manchas u otros defectos.

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Debemos introducirnos algo más en la teoría para comprender cómo funciona el ensayo de difracción de rayos X, que también denominamos cristalografía de rayos X por lo que expondremos continuación.

¿Por qué se utilizan los rayos X y no otro espectro para este ensayo?

La respuesta reside en la longitud de onda, que en el caso de los rayos X se sitúa entre 10 y 0,01 nanómetros y a las características de los materiales que podemos ensayar: cristalinos.

No entraremos mucho en la cristalografía, pero básicamente podemos decir que un cristal es un sólido compuesto de átomos distribuidos según unos modelos periódicos en las tres direcciones del espacio, a diferencia de gases y líquidos, donde no hay ninguna ordenación. La mayoría de los sólidos tienen estructura cristalina y los que no la poseen se denominan amorfos, como el vidrio (curioso que lo denominemos cristal)

Tenemos pues una estructura que se repite formada por puntos (átomos) cuya unión genera planos paralelos a igual distancia. Como conocemos las dimensiones de estos planos sobre los que haremos chocar el espectro, lo que estamos haciendo al elegir los rayos X es simplemente dimensionar una longitud de onda de acuerdo al elemento sobre la que proyectaremos.

Continuaremos con la difracción de rayos X en el siguiente artículo de este monográfico.

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Difractómetro: Chemmix
Espectro: Suarez Ruibal
 
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