O tamanho da célula unitária e o arranjo dos átomos em um cristal podem ser determinados a partir das medidas da difração dos raios X pelo cristal, denominado cristalografia de raios X.
Difração
A difração é a mudança na direção do deslocamento experienciada por uma onda eletromagnética quando encontra uma barreira física cujas dimensões são comparáveis às do comprimento de onda da luz. Os raios X são radiação eletromagnética com comprimentos de onda com cerca do mesmo comprimento que a distância entre átomos vizinhos em cristais (na ordem de alguns angstroms). Quando um feixe de raios X monocromáticos atinge um cristal, os seus raios são espalhados em todas as direções pelos átomos dentro do cristal. Quando as ondas dispersas que se deslocam na mesma direção se encontram umas às outras, sofrem interferência, um processo através do qual as ondas se combinam para produzir um aumento ou uma diminuição da amplitude (intensidade), dependendo da extensão em que os máximos das ondas combinadas são separados.
A Lei de Bragg e a Equação de Bragg
Quando os raios X de um certo comprimento de onda, λ, são dispersos por átomos em planos cristalinos adjacentes separados por uma distância, d, podem sofrer interferência construtiva quando a diferença entre as distâncias percorridas pelas duas ondas antes da sua combinação é um factor inteiro, n, do comprimento de onda. Esta é a lei de Bragg. Esta condição é satisfeita quando o ângulo do feixe difratado, θ, está relacionado com o comprimento de onda e a distância interatómica pela equação: nλ = 2d sin θ. Esta relação é conhecida como a equação de Bragg em homenagem a W. H. Bragg e W. L. Bragg, os físicos Ingleses que explicaram este fenómeno. Eles receberam o Prémio Nobel de Física em 1915 pelas suas contribuições.
Este texto foi adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 10.6: Lattice Structures in Crystalline Solids.
