XII. ¿QUÉ OTRA INFORMACIÓN SE PUEDE OBTENER?
EN ALGUNOS de los capítulos anteriores ya vimos que con difracción
de rayos X o de neutrones es posible encontrar tanto la estructura
como las distancias características de un cristal o de una molécula. Además
de estas propiedades, hay otras que también se pueden determinar utilizando
la difracción de neutrones por alguna de las técnicas arriba descritas.
Una propiedad de los cristales que resulta ser de suma importancia está relacionada con las vibraciones que realizan los átomos que los componen. Hemos de aclarar lo siguiente: al hablar de la estructura de un cristal nos estamos refiriendo a un conjunto de puntos en los que se encuentran los átomos que lo componen. Así, por ejemplo, en el caso del cloruro de sodio (sal común) la estructura es un cubo. Hemos dicho que los átomos de cloro y de sodio se encuentran en ciertos puntos del cubo (Figura 20(a)). En realidad lo que ocurre es que los átomos no se encuentran fijos, inmóviles en estos puntos del cubo, sino que realizan ciertos movimientos, más específicamente, oscilan alrededor de estos puntos. La amplitud de la oscilación es pequeña comparada con la longitud del lado del cubo. De esta manera tiene sentido el hecho de que cada átomo esté localizado alrededor de un punto. Si la amplitud de la oscilación no fuese pequeña, entonces ya no se podría asociar un punto de una red con un átomo y, de hecho la sustancia ya no sería cristalina. La amplitud de las oscilaciones de los átomos depende de la temperatura a la que se encuentre la muestra. Mientras mayor sea esta temperatura, mayor será también la amplitud con la que oscilen.
Al oscilar los átomos alrededor de los puntos de la red lo hacen con cierta frecuencia. Ahora bien, dado que en un cristal hay muchísimos átomos, las frecuencias de oscilación también son muy variadas. Hay muchísimos valores de estas frecuencias. Una cantidad que podemos considerar es el número de oscilaciones en el cristal para cada valor de la frecuencia. Es decir, saber cómo están repartidas las frecuencias en un cristal dado. A esta cantidad se le llama técnicamente espectro de frecuencias de la sustancia.
Cada cristal tiene su espectro de frecuencias que depende de la estructura que tenga, así como del tipo de átomos de que esté compuesto. Diferentes cristales tienen distintos espectros de frecuencias. Además, resulta que muchas propiedades termodinámicas del cristal dependen del espectro de frecuencias; podemos citar por ejemplo, cantidades como el valor de su presión, el calor específico, etcétera.
Por medio de la espectrometría de neutrones es posible encontrar el espectro de frecuencias de un cristal. Los neutrones de longitud de onda de varios angstrom tienen una energía bastante pequeña de manera que su velocidad también es relativamente pequeña; por lo tanto, al pasar por el cristal e interaccionar con los núcleos de sus átomos, el neutrón tiene tiempo suficiente para "darse cuenta" de que el núcleo está oscilando y registrar este fenómeno1 . Por medio de la interacción del neutrón con el núcleo se incorporan las características de las oscilaciones en el cambio de energía que experimenta el neutrón.
Al interaccionar neutrones con núcleos que oscilan a diferentes frecuencias,
cambiarán su energía de maneras distintas. Como ya se dijo, es este cambio de
energía del neutrón el que se puede medir por medio de las técnicas descritas
anteriormente. En consecuencia, es posible encontrar así el espectro de frecuencias
de un cristal.
Figura 27. Espectro de frecuencias del sodio, obtenido por medio de espectrometría
de neutrones.
En la figura 27 se muestra el espectro de frecuencias del sodio. Podemos darnos cuenta de que este espectro tiene ciertos máximos. Esto quiere decir que hay valores de la frecuencia para los cuales hay mayor número de oscilaciones. O, dicho en otras palabras, un buen número de oscilaciones en la red se lleva a cabo con estos valores de la frecuencia. La forma de la gráfica así como las posiciones de estos máximos depende de la estructura cristalina del sodio. Otros cristales con otras estructuras cristalinas distintas a la del sodio tienen espectros de frecuencias que tienen forma diferente a la mostrada en la figura 28.
NOTAS
1 Por supuesto que al oscilar el átomo, su núcleo oscila junto con él.
