Subjek: Keadaan kristal bahan silikat. Metode untuk mempelajari struktur zat kristal. Aturan dasar untuk membangun struktur ionik-kovalen.

Kuliah nomor 4.

1. Silikat dalam keadaan kristal.

2. Metode untuk mempelajari struktur zat kristal.a

3. Aturan dasar untuk membangun struktur ionik-kovalen.

DTA - analisis termal diferensial

TG - analisis termogravimetri

Metode difraksi untuk mempelajari struktur meliputi difraksi sinar-X, difraksi elektron, dan difraksi neutron. Metode ini didasarkan pada penggunaan radiasi dengan panjang gelombang yang sepadan dengan jarak antara blok bangunan kristal. Melewati kristal, sinar didifraksikan, pola difraksi yang muncul secara ketat sesuai dengan struktur zat yang dipelajari.

Metode difraksi radiasi sinar-x .

Perkembangan analisis difraksi sinar-X dimulai dengan eksperimen terkenal M. Laue (1912), yang menunjukkan bahwa berkas sinar-X yang melewati
melalui kristal, mengalami difraksi, dan simetri, distribusi puncak difraksi sesuai dengan simetri
kristal. Difraksi maxima muncul ke segala arah, sesuai dengan hukum dasar analisis difraksi sinar-X - persamaan Wolf a - Bragg

Metode difraksi kondisional dapat dibagi menjadi dua kelompok: 1) sudut datang berkas pada kristal adalah konstan, sedangkan panjang radiasi bervariasi; 2) panjang gelombangnya konstan, tetapi sudut datangnya bervariasi.

Metode kelompok pertama termasuk metode Laue, yang terdiri dari fakta bahwa radiasi sinar-X polikromatik diarahkan ke kristal tunggal stasioner, di mana film fotografi berada. Dari sekian banyak panjang gelombang yang tersedia dalam radiasi polikromatik, akan selalu ada gelombang yang memenuhi kondisi persamaan Wulff-Brrg. Metode Laue memungkinkan untuk mengungkapkan simetri kristal. Metode kelompok kedua meliputi metode rotasi kristal tunggal dan sampel polikristalin. Dalam metode rotasi kristal tunggal
sinar monokromatik diarahkan pada kristal tunggal yang berputar di sekitar sumbu normal terhadap arah sinar. Dalam hal ini, bidang kristal yang berbeda jatuh ke posisi yang sesuai dengan kondisi difraksi, yang mengarah pada pembentukan pola difraksi yang sesuai. Dengan mengukur intensitas integral dan menentukan himpunan amplitudo struktural, seseorang dapat menguraikan struktur kristal.

Saat mempelajari bahan polikristalin, sampel disinari dengan radiasi monokromatik. Dalam himpunan kristal yang berorientasi sewenang-wenang, selalu ada satu yang orientasinya sesuai dengan persamaan Wulf-Bragg. Berkas yang dipantulkan direkam dengan metode foto (Gbr. 2) atau ionisasi atau penghitung kilau, sinyal diumpankan melalui sistem amplifier dan counter ke potensiometer yang merekam kurva distribusi intensitas (Gbr. 3). Lokasi maxima difraksi digunakan untuk menilai geometri kisi, dan intensitasnya digunakan untuk menilai distribusi kerapatan elektron, yaitu, probabilitas menemukan elektron pada titik tertentu dalam kristal (Gbr. 4). Distribusi kerapatan elektron memungkinkan untuk menentukan tidak hanya posisi atom dalam kisi, tetapi juga jenis ikatan kimia. Lampiran suhu tinggi ke difraktometer memungkinkan untuk merekam transformasi polimorfik pada pemanasan dan memantau reaksi fase padat.

Difraksi sinar-X juga memungkinkan untuk mempelajari cacat pada kristal.

keluar balok; 4 - daerah sudut kecil 9

Beras. 2. Memotret pola difraksi sinar-X sampel polikristalin dengan fotoregistrasi:

Beras. Gambar 3. Pola difraksi sinar-X kuarsa diperoleh pada setup dengan metode perekaman sintilasi.

Metode difraksi elektron (elektronografi). Metode ini didasarkan pada fakta bahwa ketika berinteraksi dengan medan elektrostatik atom, berkas elektron tersebar. Berbeda dengan sinar-X, radiasi elektron hanya dapat menembus sampai kedalaman yang dangkal, sehingga sampel yang diteliti harus berbentuk film tipis. Dengan bantuan difraksi elektron, selain menentukan jarak interplanar dalam kristal, dimungkinkan untuk mempelajari posisi atom cahaya dalam kisi, yang tidak dapat dilakukan dengan menggunakan sinar-X, yang dihamburkan secara lemah oleh atom ringan.

Metode difraksi neutron. Untuk mendapatkan berkas neutron, diperlukan reaktor atom, oleh karena itu metode ini digunakan relatif jarang. Saat keluar dari reaktor, sinar tersebut dilemahkan secara signifikan, sehingga sinar lebar harus digunakan dan ukuran sampel ditingkatkan. Keuntungan dari metode ini adalah kemungkinan penentuan posisi spasial atom hidrogen, yang tidak dapat dilakukan dengan metode difraksi lainnya.

Beras. 4. Distribusi kerapatan elektron (o) dan struktur (b) kristal dengan Ikatan kovalen(berlian)

Difraksi adalah fenomena gelombang, diamati selama perambatan gelombang alam yang berbeda: difraksi cahaya, gelombang suara, gelombang pada permukaan cairan, dll. Difraksi dalam hamburan partikel, dalam hal fisika klasik, tidak mungkin.

Mekanika kuantum telah menghilangkan batas mutlak antara gelombang dan partikel. Posisi utama mekanika kuantum, yang menggambarkan perilaku objek mikro, adalah dualitas gelombang-partikel, yaitu sifat ganda mikropartikel. Dengan demikian, perilaku elektron dalam beberapa fenomena dapat dijelaskan atas dasar gagasan tentang partikel, sementara di lain, terutama dalam fenomena difraksi, hanya atas dasar gagasan tentang gelombang. Gagasan "gelombang materi" diajukan Fisikawan Prancis L. de Broglie pada tahun 1924 dan segera dikonfirmasi dalam eksperimen difraksi partikel. reaksi difraksi sinar-x pestisida

Berdasarkan mekanika kuantum, pergerakan bebas partikel bermassa m dan momentum

(di mana V adalah kecepatan partikel) dapat direpresentasikan sebagai gelombang monokromatik bidang y 0 (gelombang de Broglie) dengan panjang gelombang

merambat dalam arah yang sama (misalnya, dalam arah sumbu x) di mana partikel bergerak. Di sini h adalah konstanta Planck. Ketergantungan y 0 pada koordinat x diberikan oleh rumus

y 0 ~ cos (k 0 x) (2)

dimana k 0 = |k 0 | = 2p/l adalah yang disebut bilangan gelombang, dan vektor gelombang diarahkan ke arah rambat gelombang, atau sepanjang gerakan partikel.

Dengan demikian, vektor gelombang dari gelombang monokromatik yang terkait dengan partikel mikro yang bergerak bebas sebanding dengan momentumnya atau berbanding terbalik dengan panjang gelombang.

Ketika sebuah partikel berinteraksi dengan beberapa objek - dengan kristal, molekul, dan sejenisnya - energinya berubah: energi potensial dari interaksi ini ditambahkan padanya, yang mengarah pada perubahan gerakan partikel. Dengan demikian, sifat perambatan gelombang yang terkait dengan partikel berubah, dan ini terjadi sesuai dengan prinsip umum untuk semua fenomena gelombang. Oleh karena itu, keteraturan geometrik dasar difraksi partikel sama sekali tidak berbeda dari keteraturan difraksi gelombang apa pun. Kondisi umum difraksi gelombang alam apapun adalah kesepadanan panjang gelombang datang l dengan jarak d antara pusat-pusat hamburan: l d.

Kristal memiliki derajat tinggi ketertiban. Atom-atom di dalamnya terletak dalam kisi kristal periodik tiga dimensi, yaitu, mereka membentuk kisi difraksi spasial untuk panjang gelombang yang sesuai. Difraksi gelombang pada kisi semacam itu terjadi sebagai akibat hamburan pada sistem bidang kristalografi paralel, di mana pusat hamburan berada dalam urutan yang ketat.

Pada tegangan listrik percepatan yang lebih tinggi (puluhan kV), elektron memperoleh cukup energi kinetik untuk menembus film tipis materi Kemudian ada yang disebut difraksi elektron cepat pada bagian tersebut.

Untuk atom dan molekul ringan (H, H2, He) dan suhu ratusan derajat Kelvin, panjang gelombang l juga sekitar 1 A. Atom atau molekul difraksi praktis tidak menembus jauh ke dalam kristal; oleh karena itu, kita dapat berasumsi bahwa difraksi mereka terjadi pada hamburan dari permukaan kristal, yaitu, seperti pada kisi difraksi datar.

Berkas molekul atau atom yang dilepaskan dari bejana dan dibentuk dengan bantuan diafragma diarahkan ke kristal dan, dengan satu atau lain cara, berkas difraksi "pantulan" diperbaiki.

Kemudian, difraksi proton diamati, serta difraksi neutron, yang tersebar luas sebagai salah satu metode untuk mempelajari struktur materi. Jadi dibuktikan secara eksperimental bahwa sifat gelombang melekat pada semua mikropartikel tanpa kecuali.

PADA pengertian luas kata hamburan difraksi selalu terjadi di hamburan elastis berbagai partikel dasar atom dan inti atom, serta satu sama lain. Di sisi lain, gagasan dualisme gelombang sel materi diperkuat dalam analisis fenomena yang selalu dianggap seperti gelombang, misalnya, difraksi sinar-X - pendek gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang l " 0,5-5 E. Pada saat yang sama, berkas sinar-X awal dan hamburan dapat dianggap dan direkam sebagai aliran partikel - foton, menentukan jumlah foton sinar-X dalam berkas ini menggunakan penghitung foton .

Harus ditekankan bahwa sifat gelombang melekat pada setiap partikel secara terpisah. Pembentukan pola difraksi pada hamburan partikel diinterpretasikan dalam mekanika kuantum sebagai berikut. Sebuah elektron yang telah melewati kristal, sebagai hasil interaksi dengan kisi kristal sampel, menyimpang dari gerakan aslinya dan mengenai titik tertentu pada pelat fotografi yang dipasang di belakang kristal untuk merekam elektron. Memasuki emulsi fotografi, elektron memanifestasikan dirinya sebagai partikel dan menyebabkan reaksi fotokimia. Sepintas, tumbukan elektron pada satu titik atau titik lain pada pelat benar-benar arbitrer. Namun dengan pemaparan yang lama, pola difraksi maksima dan minima yang teratur secara bertahap muncul dalam distribusi elektron yang telah melewati kristal.

Mustahil untuk memprediksi secara tepat di mana elektron yang diberikan akan mengenai pelat fotografi, tetapi dimungkinkan untuk menunjukkan kemungkinan ia mengenai titik tertentu pada pelat setelah hamburan. Probabilitas ini ditentukan oleh fungsi gelombang elektron y, lebih tepatnya oleh kuadrat modulusnya (karena n - fungsi kompleks) |y| 2. Namun, karena probabilitas angka besar pengujian diwujudkan sebagai reliabilitas, dengan lintasan elektron yang berulang melalui kristal atau, seperti halnya dalam percobaan difraksi nyata, dengan lintasan berkas elektron yang mengandung sejumlah besar partikel melalui sampel, nilai |y| 2 sudah menentukan distribusi intensitas dalam balok terdifraksi. Dengan demikian, hasil fungsi gelombang elektron y, yang dapat dihitung dengan mengetahui y 0 dan energi potensial interaksi elektron dengan kristal, memberikan Deskripsi lengkap pengalaman difraksi dalam arti statistik.

Spesifisitas difraksi berbagai partikel. Amplitudo hamburan atom Karena prinsip umum geometrik difraksi, teori difraksi partikel banyak meminjam dari teori difraksi sinar-X yang dikembangkan sebelumnya. Namun, interaksi berbeda jenis partikel - elektron, neutron, atom, dll. - dengan zat memiliki perbedaan sifat fisik. Oleh karena itu, ketika mempertimbangkan difraksi partikel pada kristal, cairan, dll. penting untuk mengetahui bagaimana atom materi yang terisolasi menyebarkan berbagai partikel. Dalam hamburan partikel oleh atom individu bahwa kekhususan difraksi berbagai partikel dimanifestasikan.

Difraksi oleh sistem atom apa pun (molekul, kristal, dll.) dapat dihitung dengan mengetahui koordinat pusatnya r i dan amplitudo atom f i untuk jenis partikel tertentu.

Efek difraksi partikel paling menonjol dalam difraksi pada kristal. Namun gerakan termal atom dalam kristal agak mengubah kondisi difraksi, dan intensitas berkas difraksi berkurang dengan meningkatnya sudut J dalam rumus (6). Ketika partikel didifraksi oleh cairan, benda amorf, atau molekul gas, yang urutannya jauh lebih rendah daripada kristal, beberapa maksima difraksi kabur biasanya diamati.

Elektronografi (dari elektron dan ... grafik), sebuah metode untuk mempelajari struktur materi, berdasarkan hamburan elektron yang dipercepat oleh sampel yang diteliti. Ini digunakan untuk mempelajari struktur atom kristal, benda amorf dan cairan, molekul dalam gas dan uap. Dasar fisik elektronografi adalah difraksi elektron; ketika melewati materi, elektron yang memiliki sifat gelombang, berinteraksi dengan atom, menghasilkan pembentukan berkas difraksi yang terpisah. intensitas dan distribusi spasial dari balok-balok ini sangat sesuai dengan struktur atom sampel, ukuran dan orientasi kristal individu, dan parameter struktural lainnya. Hamburan elektron dalam suatu zat ditentukan oleh potensi elektrostatik atom, yang maksimum dalam kristal sesuai dengan posisi inti atom.

Studi difraksi elektron dilakukan di perangkat khusus- mikroskop elektron dan difraksi elektron; Di bawah kondisi vakum, elektron di dalamnya dipercepat oleh medan listrik, difokuskan ke berkas aperture sempit, dan berkas yang terbentuk setelah melewati sampel difoto (pola difraksi elektron) atau direkam oleh perangkat fotolistrik. Tergantung pada ukuran tegangan listrik, elektron yang dipercepat, membedakan antara difraksi elektron cepat (tegangan dari 30-50 keV hingga 1000 keV atau lebih) dan difraksi elektron lambat (tegangan dari beberapa V hingga ratusan V).

Elektronografi termasuk dalam difraksi metode struktural(bersama dengan analisis struktur sinar-X dan difraksi neutron) dan memiliki sejumlah fitur. Karena interaksi elektron yang jauh lebih kuat dengan materi, serta kemungkinan menciptakan berkas apertur tinggi dalam difraktometer elektron, paparan untuk memperoleh pola difraksi elektron biasanya sekitar satu detik, yang memungkinkan untuk mempelajari transformasi struktural, kristalisasi, dan lain-lain. Di sisi lain, interaksi kuat elektron dengan materi membatasi ketebalan sampel tembus cahaya yang diizinkan hingga sepersepuluh mikron (pada tegangan 1000-2000 keV, ketebalan maksimum adalah beberapa mikron).

Elektronografi memungkinkan untuk mempelajari struktur atom dari sejumlah besar zat yang hanya ada dalam keadaan kristal halus. Ini juga memiliki keunggulan dibandingkan analisis struktural sinar-X dalam menentukan posisi atom ringan di hadapan atom berat (penelitian semacam itu tersedia untuk metode difraksi neutron, tetapi hanya untuk kristal yang signifikan. ukuran besar daripada yang dipelajari dalam difraksi elektron).

Jenis pola difraksi elektron yang diperoleh tergantung pada sifat benda yang diteliti. Pola difraksi elektron dari film yang terdiri dari kristal dengan orientasi timbal balik yang cukup akurat atau pelat kristal tunggal tipis yang dibentuk oleh titik-titik atau bintik-bintik (refleks) dengan pola teratur. pengaturan bersama. Dengan orientasi parsial kristal dalam film menurut hukum (tekstur) tertentu, refleksi dalam bentuk busur diperoleh. Pola difraksi elektron dari sampel yang terdiri dari kristal yang disusun secara acak dibentuk mirip dengan Debyegram oleh lingkaran hitam yang seragam, dan saat memotret pada pelat fotografi yang bergerak (pemotretan kinematik) - garis sejajar. Jenis pola difraksi elektron yang terdaftar diperoleh sebagai hasil dari hamburan elastis, dominan tunggal, (tanpa pertukaran energi dengan kristal). Dengan hamburan inelastis ganda, pola difraksi sekunder muncul dari berkas difraksi. Pola difraksi elektron seperti itu disebut pola difraksi elektron Kikuchi (sesuai dengan nama fisikawan Jepang yang pertama kali memperolehnya). Pola difraksi elektron dari molekul gas mengandung sejumlah kecil halo difus.

Penentuan sel satuan suatu struktur kristal dan simetrinya didasarkan pada pengukuran letak pemantulan pada pola difraksi elektron. Jarak antarplanar d dalam kristal ditentukan dari hubungan:

di mana L adalah jarak dari sampel hamburan ke pelat fotografi, l adalah panjang gelombang de Broglie elektron, ditentukan oleh energinya, r adalah jarak dari refleksi ke titik pusat yang diciptakan oleh elektron yang tidak terhambur. Metode untuk menghitung struktur atom kristal dalam difraksi elektron mirip dengan yang digunakan dalam sinar-X analisis struktural(hanya beberapa koefisien yang berubah). Mengukur intensitas refleksi memungkinkan untuk menentukan amplitudo struktural |Fhkl|. Distribusi potensial elektrostatik j(x, y, z) kristal direpresentasikan sebagai deret Fourier. Nilai maksimum j(x, y, z) sesuai dengan posisi atom di dalam sel satuan kristal. Dengan demikian, perhitungan nilai j(x, y, z), yang biasanya dilakukan oleh komputer, memungkinkan untuk menetapkan koordinat x, y, z atom, jarak antara mereka, dan lainnya. karakteristik.

Banyak struktur atom yang tidak diketahui telah ditentukan dengan metode difraksi elektron, data difraksi sinar-X untuk jumlah yang besar zat, termasuk banyak rantai dan Hidrokarbon siklik, di mana atom hidrogen, molekul nitril pertama kali terlokalisasi logam transisi(Fe, Cr, Ni, W), kelas ekstensif oksida niobium, vanadium dan tantalum dengan lokalisasi atom N dan O, masing-masing, serta senyawa semikonduktor komponen 2 dan 3, mineral lempung dan struktur berlapis. Difraksi elektron juga dapat digunakan untuk mempelajari struktur dari struktur yang cacat. Dalam kombinasi dengan mikroskop elektron, difraksi elektron memungkinkan untuk mempelajari tingkat kesempurnaan struktur film kristal tipis yang digunakan dalam berbagai bidang teknologi modern. Untuk proses epitaksi, penting untuk mengontrol tingkat kesempurnaan permukaan substrat sebelum deposisi film, yang dilakukan dengan menggunakan pola difraksi elektron Kikuchi: bahkan pelanggaran kecil pada strukturnya dapat menyebabkan pengolesan garis Kikuchi.

Intensitas setiap titik dari pola difraksi elektron ini ditentukan baik oleh molekul secara keseluruhan maupun oleh atom-atom yang termasuk di dalamnya. Untuk studi struktural, komponen molekul penting, sedangkan komponen atom dianggap sebagai latar belakang dan rasio intensitas molekul terhadap intensitas total pada setiap titik pola difraksi elektron diukur. Data ini memungkinkan untuk menentukan struktur molekul dengan hingga 10-20 atom, serta sifat getaran termal mereka dalam rentang suhu yang luas. Dengan cara ini, struktur banyak molekul organik, struktur molekul halida, oksida dan senyawa lainnya. Metode serupa digunakan untuk menganalisis struktur atom orde jarak pendek (lihat. Orde jarak jauh dan orde jarak pendek) di tubuh amorf, gelas dan cairan.

Sinar-X, radiasi tak kasat mata yang mampu menembus, meskipun dalam derajat yang bervariasi, dalam semua zat. Mewakili radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang sekitar 10-8 cm.

Suka cahaya tampak, Sinar-X menyebabkan menghitamnya film fotografi. Properti ini memiliki pentingnya untuk obat-obatan, industri dan penelitian ilmiah. Melewati objek yang diteliti dan kemudian jatuh pada film, radiasi sinar-X menggambarkannya di atasnya. struktur internal. Karena daya tembus sinar-X berbeda untuk bahan yang berbeda, bagian objek yang kurang transparan memberi lebih banyak daerah terang dalam foto daripada yang melaluinya radiasi menembus dengan baik. Dengan demikian, jaringan tulang kurang transparan terhadap sinar-x daripada jaringan yang membentuk kulit dan organ dalam. Oleh karena itu, pada rontgen tulang, akan diindikasikan sebagai area yang lebih terang dan lokasi fraktur yang lebih transparan untuk radiasi dapat dengan mudah dideteksi. Pencitraan sinar-X juga digunakan dalam kedokteran gigi untuk mendeteksi karies dan abses pada akar gigi, serta dalam industri untuk mendeteksi retakan pada coran, plastik dan karet.

Sinar-X digunakan dalam kimia untuk menganalisis senyawa dan dalam fisika untuk mempelajari struktur kristal. Sinar X-ray melewati senyawa kimia, menyebabkan emisi sekunder karakteristik, analisis spektroskopi yang memungkinkan ahli kimia untuk menentukan komposisi senyawa. Ketika jatuh pada zat kristal, berkas sinar-X dihamburkan oleh atom kristal, memberikan pola bintik dan garis yang jelas dan teratur pada pelat fotografi, yang memungkinkan pembentukan struktur internal kristal.

Penggunaan sinar-X dalam pengobatan kanker didasarkan pada fakta bahwa ia membunuh sel kanker. Namun, itu juga dapat memiliki efek yang tidak diinginkan pada sel normal. Oleh karena itu, harus sangat berhati-hati dalam menggunakan sinar-X ini.

Radiasi sinar-X ditemukan oleh fisikawan Jerman W. Roentgen (1845-1923). Namanya diabadikan di beberapa lainnya istilah fisik terkait dengan radiasi ini: sinar-X disebut satuan internasional dosis radiasi pengion; gambar yang diambil dengan mesin x-ray disebut radiografi; Bidang kedokteran radiologi yang menggunakan sinar-x untuk mendiagnosis dan mengobati penyakit disebut radiologi.

METODE DIfraksi studi tentang struktur in-va, berdasarkan studi tentang distribusi sudut intensitas hamburan oleh radiasi in-va yang diselidiki - sinar-X (termasuk sinkrotron), fluks atau dan Mössbauer g -radiasi. jawab membedakan, dan Mössbauerography (lihat di bawah). Dalam semua kasus, sinar utama, paling sering monokromatik, diarahkan ke objek yang diteliti dan pola hamburan dianalisis. Radiasi yang tersebar direkam secara fotografis (Gbr. 1) atau dengan bantuan penghitung. Karena panjang gelombang radiasi biasanya tidak lebih dari 0,2 nm, yaitu sepadan dengan jarak antara in-ve (0,1-0,4 nm), hamburan gelombang datang difraksi oleh. Dengan difraksi gambar, adalah mungkin, pada prinsipnya, untuk mengembalikan atom struktur di dalam sebuah. Sebuah teori yang menjelaskan hubungan pola hamburan elastis dengan ruang. lokasi pusat hamburan adalah sama untuk semua radiasi. Namun, sejak interaksi berbagai macam radiasi dengan in-tion memiliki fisik yang berbeda. alam, tampilan tertentu dan ciri-ciri difraksi. lukisan ditentukan karakteristik yang berbeda.

Oleh karena itu, berbagai metode difraksi memberikan informasi yang saling melengkapi.
Dasar-dasar teori difraksi. monokromatik datar. gelombang dengan panjang gelombang aku dan gelombang k 0, dimana | k 0 | = 2 p/l , dapat dianggap sebagai berkas partikel dengan momentum R, di mana | R| = jam/ aku ; h - . Amplitudo gelombang F (dengan gelombang k), himpunan n yang tersebar, ditentukan oleh persamaan:

dimana s = ( k - k 0)/2 p , s = 2sin q / l , 2 q - sudut hamburan, f j (s) - faktor atom, atau faktor hamburan atom, yaitu, fungsi yang menentukan amplitudo hamburan terisolasi j-th(atau ); r j adalah vektor radiusnya. Ekspresi serupa dapat ditulis jika kita mengasumsikan bahwa sebuah benda bervolume V memiliki kerapatan hamburan kontinu r( r):

Faktor atom f(s) dihitung dari f-le yang sama; di mana r (r) menggambarkan distribusi kerapatan hamburan di dalamnya . Nilai faktor atom spesifik untuk setiap jenis radiasi. Sinar-X dihamburkan oleh kulit elektron. Faktor atom yang sesuai f p at q = 0 secara numerik sama dengan bilangan Z di jika f p dinyatakan dalam apa yang disebut. unit elektronik, yaitu relatif. unit amplitudo hamburan sinar-X dengan satu bebas. . Saat sudut hamburan meningkat, fp menurun (Gbr. 2). Hamburan ditentukan oleh elektrostatik. potensi j (r) (r- jarak dari pusat). Faktor atom untuk f e terkait dengan f p dengan hubungan:

dimana e adalah muatan, m adalah massanya. perut nilai f e (~10 - 8 cm) jauh lebih besar dari f p (~10 - 11 cm), yaitu, menyebar lebih kuat daripada sinar-x; f e berkurang dengan meningkatnya sin q/l lebih tajam dari f p, tetapi ketergantungan fe pada Z lebih lemah (Gbr. 3). tersebar oleh inti (faktor f n), dan juga karena interaksi magnet. momen dengan magn tidak nol. momen (faktor fnm). Jari-jari aksi gaya nuklir sangat kecil (~10 - 6 nm), sehingga nilai f n praktis tidak bergantung pada q . Selain itu, faktor f n tidak bergantung secara monoton pada at. n. Z dan, tidak seperti f p dan f e, dapat mengambil negatif. nilai-nilai.


Beras. 2. Kecanduan nilai mutlak faktor atom sinar-x (1), (2) dan (3) pada sudut hamburan q (untuk Pb).

Menurut abs. nilai f n ~ 10 - 12 cm. perhitungan yang akurat mempertimbangkan penyimpangan distribusi atau potensi dari bola. dan seterusnya. faktor suhu atom yang memperhitungkan efek getaran termal pada hamburan. Untuk Mössbauer g -radiasi selain hamburan oleh cangkang elektronik makhluk. peran dapat dimainkan oleh hamburan resonansi oleh inti (misalnya, 57 Fe), yang efek Mössbauer diamati, yang digunakan dalam . Faktor hamburan f m tergantung pada gelombang dan gelombang datang dan gelombang hamburan. Intensitas hamburan I(s) oleh suatu benda sebanding dengan kuadrat modulus amplitudo: I(s)~|F(s)| 2. Secara eksperimental dimungkinkan untuk menentukan hanya modul |F(s)|, dan untuk membangun fungsi kerapatan hamburan r (r) Anda juga perlu mengetahui fase-fasenya j (s) untuk setiap s. Namun demikian, teori metode difraksi memungkinkan untuk memperoleh fungsi dari I(s) terukur. r (r), yaitu, menentukan struktur in-in. Di mana skor tertinggi diterima selama penelitian.
. adalah sistem yang sangat teratur, oleh karena itu, selama difraksi, hanya balok hamburan diskrit yang terbentuk, di mana hamburan s sama dengan yang disebut. kisi timbal balik hkl;

hkl=ha* + kb* + lc*,

dimana a* = / W , b* = [сa]/ W , * = / W ; a,b dan c - parameter sel; W adalah volumenya, W = (a). Distribusi kepadatan hamburan di sel dasar direpresentasikan sebagai deret Fourier:

di mana h, k, l - disebut. Indeks Miller dari bidang pemantulan, Fhkl = |Fhkl|exp - struktur yang sesuai amplitudo radiasi tersebar, j hkl adalah fase dia. Untuk membangun fungsi r (x, y, z) dengan nilai yang ditentukan secara eksperimental |F hkl | menerapkan metode dan kesalahan, konstruksi dan analisis fungsi jarak antar atom, metode substitusi isomorfik, metode langsung untuk menentukan fase (lihat). Pemrosesan percobaan. data di komputer memungkinkan Anda untuk memulihkan struktur dalam bentuk peta distribusi kepadatan hamburan (Gbr. 4). Struktur dipelajari di Bab. arr. melalui . Lebih dari 100.000 struktur inorg telah ditentukan dengan metode ini. dan organisasi . Untuk inorg. menggunakan berbeda metode penyempurnaan (dengan mempertimbangkan koreksi untuk penyerapan, faktor suhu atom, dll.) dimungkinkan untuk mengembalikan fungsi r (r) dengan resolusi hingga 0,05 nm dan tentukan jarak antara dengan akurasi ~10- 4nm.

Beras. 4. Proyeksi kerapatan inti struktur kristal deuterasi C 2 N 4 D 4 . Garis putus-putus terhubung terhubung.

Ini memungkinkan Anda untuk menentukan fluktuasi termal, fitur distribusi karena kimia. komunikasi, dll. Dengan bantuan analisis difraksi sinar-X, dimungkinkan untuk menguraikan struktur atom, to-rykh mengandung ribuan. Difraksi sinar-X juga digunakan untuk mempelajari (dalam topografi sinar-x), mempelajari lapisan permukaan (dalam spektrometri sinar-x), kualitas. dan kuantitas. penentuan komposisi fasa polikristalin. bahan (dalam), dll. sebagai metode mempelajari struktur memiliki jejak. fitur: 1) interaksi. in-va dengan jauh lebih kuat dibandingkan dengan sinar-x, sehingga difraksi terjadi pada lapisan tipis in-va dengan ketebalan 1-100 nm; 2) f e tergantung pada yang lebih lemah dari f p, yang membuatnya lebih mudah untuk menentukan posisi paru-paru di hadapannya. berat; 3) karena fakta bahwa panjang gelombang yang umum digunakan cepat dengan energi 50-100 keV adalah kira-kira. 5. 10 - 3nm, geom. interpretasi pola difraksi elektron jauh lebih mudah. Struktural banyak digunakan untuk mempelajari objek yang terdispersi halus, serta untuk mempelajari berbagai jenis tekstur (tanah liat, film, dll.). Difraksi energi rendah (10-300 eV, aku 0,1-0,4 nm) - metode yang efektif penelitian pov-stey: lokasi, sifat fluktuasi termal mereka, dll mengembalikan citra objek dengan difraksi. gambar dan memungkinkan Anda untuk mempelajari struktur dengan resolusi 0,2-0,5 nm. Sumber untuk are reaktor nuklir cepat, serta reaktor berdenyut. Spektrum sinar yang meninggalkan saluran reaktor kontinu karena distribusi kecepatan Maxwellian (maksimumnya pada 100 ° C sesuai dengan panjang gelombang 0,13 nm). Monokromatisasi sinar dilakukan cara yang berbeda- dengan bantuan kristal monokromator, dll., sebagai aturan, digunakan untuk memperbaiki dan melengkapi data struktural sinar-X. Tidak ada ketergantungan monoton f dan dari memungkinkan Anda untuk secara akurat menentukan posisi paru-paru. Selain itu, elemen yang sama pada elemen yang sama dapat memiliki nilai f dan (jadi, f dan y 3,74) yang sangat berbeda. 10 - 13 cm, pada 6,67 . sepuluh - 13cm). Ini memungkinkan untuk mempelajari lokasi dan menerima informasi tambahan. informasi tentang struktur dengan substitusi isotop (Gbr. 4). penelitian magnesium. interaksi dengan mag. momen memberikan informasi tentang magn. . Mössbauer g -radiasi ditandai dengan lebar garis yang sangat kecil - kira-kira. sepuluh - 8 eV (sedangkan lebar garis radiasi karakteristik tabung sinar-X kira-kira 1 eV). Hal ini menyebabkan temporal dan space yang tinggi. konsistensi hamburan nuklir resonansi, yang memungkinkan, khususnya, untuk mempelajari magnet. medan listrik dan gradien bidang pada inti. Keterbatasan metode ini adalah kekuatan sumber Mössbauer yang lemah dan keberadaan inti wajib dalam pengujian, yang untuk itu efek Mössbauer diamati.

Setelah hamburan, itu tidak berubah. Apa yang disebut hamburan elastis terjadi. Metode difraksi didasarkan pada hubungan sederhana antara panjang gelombang dan jarak antara atom hamburan.

1. Analisis difraksi sinar-X memungkinkan untuk menentukan koordinat atom dalam ruang tiga dimensi zat kristal dari senyawa paling sederhana hingga protein kompleks.
2. Dengan bantuan difraksi elektron gas, geometri molekul bebas dalam gas ditentukan, yaitu molekul yang tidak terpengaruh oleh molekul tetangga, seperti halnya dalam kristal.
3. Difraksi elektron adalah metode untuk mempelajari struktur padatan.
4. Metode difraksi juga neutronografi, yang didasarkan pada hamburan neutron oleh inti atom, berbeda dengan dua metode pertama, yang menggunakan hamburan pada kulit elektron.
5. Difraksi elektron yang dipantulkan adalah metode kristalografi yang digunakan dalam pemindaian mikroskop elektron.

Yayasan Wikimedia. 2010 .

Lihat apa itu "Metode difraksi" di kamus lain:

Penyelidikan struktur dalam VA didasarkan pada studi tentang distribusi sudut intensitas hamburan radiasi sinar-X (termasuk sinkrotron), fluks elektron atau neutron, dan radiasi Mössbauer g yang dipelajari dalam VA. jawab membedakan… Ensiklopedia Kimia

metode penelitian difraksi- difrakciniai tyrimo medi statusas T sritis chemija apibrėžtis Metodai, pagrįsti spindulių ar dalelių difrakcija. atitikmenys: engl. teknik penelitian difraksi metode penelitian difraksi... Chemijos terminų aiskinamesis odynas

Artikelbahanshalo-hibridadislokasidifraksi penentuan ukuran rata-rata daerah hamburan koherendifraksi elektron cepatdifraksi elektron rendahhamburan neutron sudut kecildaerah koheren ... ...

Dapat dibagi menjadi metode pengumpulan informasi dan metode analisis informasi yang dikumpulkan. Tergantung pada bidang studi, subjek dan objek studi berbeda. Metode spektroskopi Artikel utama: Metode spektroskopi Nuklir ... ... Wikipedia

Subbagian Metode penyelidikan mikroskopi dan spektroskopi: gaya atom, tunneling pemindaian, gaya magnet, dll. Mikroskop elektron pemindaian Mikroskop elektron transmisi, termasuk Luminescent resolusi tinggi ... ... kamus ensiklopedis nanoteknologi

Berdasarkan pengukuran efek yang ditimbulkan oleh interaksi tersebut. dengan emisi total aliran kuanta atau partikel. Radiasi memainkan peran yang kira-kira sama dengan reaktan dalam metode kimia analisis. diukur secara fisik. efeknya adalah sinyal. Hasil dari… … Ensiklopedia Kimia

Susunan atom, ion, molekul dalam kristal. Kristal dengan def. kimia f loy memiliki C. s sendiri, yang memiliki periodisitas tiga dimensi kisi kristal. Istilah K. s. digunakan sebagai pengganti istilah kristal. makasih saat... Ensiklopedia Fisik

SubbagianMetode pengendapan elemen struktur nano dan bahan nanoMetode fisik (laser, berkas elektron, plasma ion) pengendapan lapisan dengan ketebalan nanometer Deposisi busur kimia, termal, dan listrik dari fase gas (termasuk ... ... Kamus Ensiklopedis Nanoteknologi

Istilah proteomik Istilah proteomik dalam bahasa Inggris Sinonim Singkatan Istilah terkait situs aktif katalis, antibodi, mikroskop kekuatan atom, protein, motor biologis, objek nano biologis, biosensor, van der Waals… … Kamus Ensiklopedis Nanoteknologi

Istilah proteome Istilah bahasa Inggris proteome Sinonim Singkatan Istilah terkait antibodi, protein, objek nano biologis, genom, kapsid, kinesin, sel, desorpsi laser dan spektrometri massa ionisasi, matriks, ekstraseluler,… ... Kamus Ensiklopedis Nanoteknologi

Buku

• Metode optik komputer. Hering Kementerian Pertahanan Federasi Rusia, Volkov Alexey Vasilievich, Golovashkin Dimitri Lvovich, Doskolovich Leonid Leonidovich. Dasar-dasar sintesis komputer elemen optik difraksi (DOEs) dengan lebar Kegunaan. Metode untuk mendapatkan pelat yang dikategorikan dengan…
• Difraksi dan metode mikroskopis dan instrumen untuk analisis nanopartikel dan nanomaterial, Yuri Yagodkin. PADA panduan belajar dipertimbangkan pondasi fisik metode dan peralatan untuk difraksi sinar-X, analisis difraksi elektron dan neutron, mikroskop elektron transmisi,…