A Difração de Raios X (DRX) é a técnica definitiva para determinar a estrutura cristalina, composição de fases e propriedades microestruturais de materiais sólidos. Ela explora a interferência construtiva de raios X monocromáticos espalhados pelo arranjo periódico de átomos em uma rede cristalina. A DRX é indispensável na ciência dos materiais, geologia, farmacêutica e química do estado sólido para identificar fases cristalinas desconhecidas e quantificar suas abundâncias relativas.
A relação fundamental que rege a DRX é a lei de Bragg: nλ = 2d senθ, onde n é um inteiro (a ordem de difração), λ é o comprimento de onda dos raios X, d é o espaçamento interplanar da rede cristalina e θ é o ângulo de incidência. Quando um feixe de raios X monocromático incide em uma amostra cristalina no ângulo θ, os raios X espalhados por planos cristalinos sucessivos interferem construtivamente apenas quando a diferença de caminho óptico é igual a um múltiplo inteiro do comprimento de onda. Cada conjunto de planos cristalinos (hkl) produz um pico de difração em um ângulo 2θ específico.
Uma rede cristalina consiste em um arranjo tridimensional repetitivo de átomos, íons ou moléculas definido por parâmetros de célula unitária (a, b, c; α, β, γ). As posições e intensidades dos picos de difração codificam a geometria da rede, enquanto as intensidades relativas codificam as posições atômicas (o fator de estrutura). A DRX de pó mede uma amostra policristalina onde todas as orientações de cristalitos estão presentes simultaneamente, produzindo um difratograma de intensidade vs. 2θ. A DRX de monocristal mede um único cristal bem formado e fornece determinação estrutural tridimensional completa, incluindo comprimentos e ângulos de ligação.
A identificação de fases é realizada comparando o padrão de difração medido com padrões de referência em bancos de dados como o Powder Diffraction File (PDF) do International Centre for Diffraction Data (ICDD). Softwares modernos de busca e correspondência automatizam esse processo, identificando fases por suas posições de pico características e intensidades relativas. A análise quantitativa de fases usa o método de refinamento Rietveld, que ajusta um padrão calculado (baseado em modelos de estrutura cristalina) ao padrão observado por otimização de mínimos quadrados de parâmetros estruturais, microestruturais e instrumentais.
A equação de Scherrer relaciona o alargamento dos picos de difração ao tamanho médio de cristalito (tamanho de domínio de espalhamento coerente): τ = Kλ / (β cosθ), onde τ é o tamanho do cristalito, K é o fator de forma (~0,9) e β é a largura à meia altura (FWHM) do pico em radianos. A análise de alargamento de pico também é usada para avaliar microdeformação. A DRX encontra ampla aplicação em triagem de polimorfos farmacêuticos (diferentes formas cristalinas do mesmo fármaco podem ter solubilidade e biodisponibilidade distintas), mineralogia de argilas (identificação de argilas expansivas), química do cimento (quantificação de fases do clínquer) e análise de falhas (produtos de corrosão e identificação de fases em filmes finos).
