La diffrazione dei raggi X è una delle tecniche più importanti per lo studio dei solidi cristallini.
Qualunque radiazione elettromagnetica è in grado di interagire con la materia attraverso due processi principali:
La tecnica della diffrazione di raggi X si basa sullo scattering elastico coerente: il fenomeno macroscopico della diffrazione nasce infatti dalla somma coerente di tutte le onde elettromagnetiche diffuse dagli atomi che si trovano lungo una stessa famiglia di piani reticolari. Per manifestarsi, richiede necessariamente la presenza di un ordine reticolare, come si riscontra nei cristalli, sebbene questo fenomeno possa essere osservato con successo anche nei liquidi utilizzando uno strumento EDXD (energy dispersion X-ray diffraction) a scansione energetica.[1]
Questo comportamento mostra che in una sostanza allo stato liquido esiste una regolarità, infatti attraverso misure di diffrazione ai raggi X di una sostanza allo stato liquido e della stessa sostanza allo stato solido, utilizzando il metodo delle polveri, è stato messo in evidenza come le distanze tra gli atomi fossero in prima approssimazione le stesse.[2] A seconda della natura del campione sotto esame si divide in diffrazione su cristallo singolo (SC-XRD, single crystal X-ray diffraction) e diffrazione di polveri (XRPD, X-ray powder diffraction). La prima tecnica è in grado di dare informazioni tridimensionali sulla densità elettronica e sui moti termici di ogni atomo costituente il cristallo: tuttavia, la difficoltà di ottenere cristalli singoli e la complessità dell'analisi dei dati la rendono una tecnica non routinaria. Estremamente più diffusa è invece la diffrazione di raggi X di polveri, che è molto più veloce ed economica, e permette di quantificare le varie componenti di un campione solido, e di ricavare anche informazioni sulla struttura cristallina e sulla dimensione dei cristalliti.
In generale, entrambe le tecniche possono in linea di principio fornire le seguenti informazioni:
La SC-XRD consente inoltre:
La XRPD, invece, permette:
Un'innovativa applicazione tecnologica della diffrazione dei raggi X è la microdiffrazione dei raggi X (μ-XRD)