Hukum Bragg | Definisi, Persamaan Bragg, dan Penerapannya dalam XRD
Kita telah mempelajari gelombang elektromagnetik dan sifat-sifat sinar-x di sesi sebelumnya. Pada sesi kali ini kita akan membahas tentang apa yang terjadi ketika sinar-X mengenai permukaan kristal dengan mempelajari Hukum Bragg. Hukum ini membantu memahami hamburan koheren dan inkoheren dari kisi kristal. Pembahasan meliputi tentang hukum Bragg, persamaan Bragg, turunan Bragg dan aplikasinya.Apa itu Hukum Bragg?
Hukum Bragg adalah kasus khusus difraksi Laue, yang menentukan sudut hamburan koheren dan inkoheren dari kisi kristal yg diperkenalkan oleh William Lawrence Bragg. Ketika sinar-X mengenai atom tertentu, mereka membuat awan elektronik bergerak seperti gelombang elektromagnetik. Pergerakan muatan ini memancarkan gelombang lagi dengan frekuensi yang sama, sedikit buram karena efek yang berbeda, dan fenomena ini dikenal sebagai hamburan Rayleigh. Pada dasarnya, hukum ini menjelaskan hubungan antara pemotretan sinar-x dan pantulannya dari permukaan kristal.Hukum Brag menyatakan sebagai berikut:
“Ketika sinar-X mengenai permukaan kristal, sudut datangnya, akan dipantulkan dengan sudut hamburan yang sama, . Dan, ketika beda lintasan, d sama dengan bilangan bulat, n, dengan panjang gelombang, interferensi konstruktif akan terjadi”.
Proses yang tepat terjadi pada hamburan gelombang neutron melalui inti atau interaksi spin koheren dengan elektron terisolasi. Medan gelombang yang dipancarkan kembali ini saling mengganggu secara destruktif atau konstruktif, menciptakan pola difraksi pada film atau detektor. Analisis difraksi adalah interferensi gelombang yang dihasilkan, dan analisis ini dikenal sebagai difraksi Bragg.
Persamaan Bragg
Menurut Persamaan Bragg:nλ = 2d sinΘ
Oleh karena itu, menurut persamaan Hukum Bragg:
- Persamaan tersebut menjelaskan mengapa permukaan kristal memantulkan berkas sinar-X pada sudut datang tertentu (Θ, ).
- Variabel d menunjukkan jarak antara lapisan atom, dan variabel λ menentukan panjang gelombang dari berkas sinar-X dan n sebagai bilangan bulat.
Pengamatan ini menggambarkan antarmuka gelombang sinar-X, yang disebut difraksi sinar-X (XRD) dan struktur atom kristal.
Bragg juga dianugerahi Hadiah Nobel dalam Fisika untuk mengidentifikasi struktur kristal dimulai dengan NaCl, ZnS, dan berlian. Selain itu, untuk memahami struktur setiap keadaan material oleh berkas apapun, misalnya ion, proton, elektron, neutron, dengan panjang gelombang yang sama dengan panjang antara struktur molekul, maka analisis difraksi mulai dari difraksi kristal tunggal hingga difraksi multi kristal dikembangkan sampai saat ini.
Penurunan Persamaan Hukum Bragg
Perhatikan gambar diagram berikut di mana fase blok bertepatan ketika sudut datang sama dengan sudut pantul. Balok datang sejajar satu sama lain sampai mencapai titik z. Ketika mereka berada di titik z, mereka menumbuk permukaan dan bergerak ke atas. Di titik B, sinar kedua menyebar. AB + BC adalah jarak yang ditempuh oleh sinar kedua. Jarak ekstra dikenal sebagai kelipatan integral dari panjang gelombang.
nλ = AB + BC
Kita juga tahu bahwa AB = BC
nλ = 2AB (persamaan 1)
d adalah hipotenusa segitiga siku-siku Abz. Ab adalah kebalikan dari sudut .
AB = d sinθ (persamaan 2)
Substitusi persamaan 2 ke persamaan 1
nλ = 2d sinθ
Persamaan di atas adalah ekspresi hukum Bragg.
Penerapan Hukum Bragg
Ada banyak aplikasi hukum Bragg di bidang sains. Beberapa aplikasi umum diberikan dalam poin di bawah ini.Dalam kasus XRF (X-ray fluorescence spectroscopy) atau WDS (Wavelength Dispersive Spectrometry), kristal dengan jarak d yang diketahui digunakan untuk menganalisis kristal dalam spektrometer.Dalam XRD (difraksi sinar-X) spasi antar planar atau spasi d dari kristal digunakan untuk tujuan karakterisasi dan identifikasi.
Difraksi Bragg
Difraksi Bragg atau difraksi oleh kristal pertama kali diusulkan oleh William Henry Bragg dan William Lawrence Bragg, pada tahun 1913. Difraksi Bragg terjadi ketika partikel subatomik atau gelombang radiasi elektromagnetik memiliki panjang gelombang yang sebanding dengan jarak atom dalam kisi kristal. Untuk sejarah lebih lanjut silahkan klik link berikut: Sejarah difraksi serbuk XRDKesimpulan Hukum Bragg
Kesimpulan dari hukum Bragg adalah:Difraksi memiliki tiga parameter yaitu panjang gelombang sinar X,λOrientasi kristal ditentukan oleh sudut
Jarak bidang kristal, d.
Difraksi dapat dianggap terjadi untuk panjang gelombang dan himpunan bidang tertentu. Misalnya, mengubah orientasi terus menerus, yaitu mengubah sampai Hukum Bragg dipenuhi.