Дифракционные методы исследования структур.
а) Роль возбудителя дифракционных эффектов в кристалле могут выполнять рентгеновские лучи, поток нейтронов или поток электронов. Соответственно существуют три дифракционных метода структурного анализа: рентгеноструктурный, нейтронографический и электронографический.
По общему принципу они родственны(основанные на эффекте дифракции), но каждый имеет свои специфические черты и особенности, т.к. характер взаимодействия волн разной природы с атомами кристалла различен. Рентгеновские лучи рассеиваются электронами атомов, поток нейтронов-ядрами, а поток электронов-электромагнитным полем ядра и электронов.
По целому ряду принципиальных и технических особенностей рентгеноструктурный анализ наиболее эффективен для практического исследования кристаллической структуры.
Рентгеноструктурный анализ появился в 1912г., когда Лауэ и его сотрудники открыли эффект дифракции рентгеновских лучей при их прохождении через кристалл.
Это явление аналогично дифракции световых лучей, пропускаемых через штриховую решётку. Пучок монохроматических лучей, направленных на пластинку с системой равноотстоящих отверстий, распространяется за пластинкой по ряду избранных(дискретных) направлений. Происходит это вследствие наложения сферических волн, исходящих из каждого отверстия. В некотором произвольном направлении эти волны не совпадают по фазе и в совокупности взаимно гасят друг друга. Но если разность фаз лучей , исходящих из соседних отверстий, составит целое число периодов, то они не погасят, а взаимно усилят друг друга. Этому условию и удовлетворяют дифракционные лучи.
Кристалл является периодической атомной структурой. Если использовать такие лучи, которые рассеиваются атомами и имеют длину волны, близкую к межатомным расстояниям, то должен наблюдаться аналогичный эффект. Периоды повторяемости решётки кристалла лежат обычно в пределах 35-130Е(1Е=0.1нм). Поэтому для дифракции на кристалле требуется излучение с длинной волны несколько короче, иначе будет наблюдаться малое число отражений.
Общую схему рентгеноструктурного анализа можно сравнить с работой микроскопа. Роль объектива, разлагающего в спектр лучи, рассеянные предметом, играет рентгеновская камера(дифрактометр) с исследуемым кристаллом: первичный пучок лучей, создаваемый рентгеновским аппаратом, разлагается кристаллом в дифракционный спектр. Роль окуляра, собирающего лучи спектра в увеличенное изображение предмета, играет ЭВМ: путем математической обработки дифракционных характеристик-направлений и интенсивности дифракционных лучей, она воссоздаёт увеличенное изображение распределения электронной плотности по элементарной ячейке кристалла; позиции максимумов плотности отвечают размещению атомов.
Смотрите также
Охрана труда сегодня, как никогда, актуальна
Опыт крупнейших мировых компаний показывает, что охрану труда высшие руководители считают одним из главных приоритетов. Так, из десятков показателей деятельности предприятия охрану труда и здоровья св ...
Кванты излучения и переходы. Уровни энергии и спектральные переходы в атоме водорода
Квантовая
механика изучает объекты с размерами от 10-7¸10-8
см до
10-16см.
Её
разделы, посвящённые строению вещества:
Квантовая
химия, изучает электронное строение атомно-мо ...