Paksa: Kristal na estado silicate na materyales. Mga pamamaraan para sa pag-aaral ng istraktura ng mga kristal na sangkap. Mga pangunahing panuntunan para sa pagbuo ng mga istrukturang ionic-covalent.

Lektura bilang 4.

1. Silicates sa mala-kristal na estado.

2. Mga pamamaraan para sa pag-aaral ng istruktura ng mga crystalline substance.a

3. Mga pangunahing tuntunin para sa pagbuo ng mga istrukturang ionic-covalent.

DTA - differential thermal analysis

TG - pagsusuri ng thermogravimetric

Ang mga pamamaraan ng diffraction para sa pag-aaral ng istraktura ay kinabibilangan ng X-ray diffraction, electron diffraction, at neutron diffraction. Ang mga pamamaraan ay batay sa paggamit ng radiation na may wavelength na katumbas ng distansya sa pagitan mga bloke ng gusali mga kristal. Ang pagdaan sa kristal, ang mga sinag ay diffracted, ang umuusbong na pattern ng diffraction ay mahigpit na tumutugma sa istraktura ng sangkap na pinag-aaralan.

Paraan ng diffraction x-ray radiation .

Ang pagbuo ng X-ray diffraction analysis ay nagsimula sa sikat na eksperimento ni M. Laue (1912), na nagpakita na ang isang X-ray beam ay dumaan
sa pamamagitan ng isang kristal, nakakaranas ng diffraction, at simetrya, mga distribusyon diffraction peaks tumutugma sa simetrya
kristal. Lumilitaw ang diffraction maxima sa lahat ng direksyon, na naaayon sa pangunahing batas ng X-ray diffraction analysis - ang Wolf a - Bragg equation

Mga pamamaraan ng diffraction maaaring may kondisyon na nahahati sa dalawang grupo: 1) ang anggulo ng saklaw ng sinag sa kristal ay pare-pareho, habang ang haba ng radiation ay nag-iiba; 2) ang wavelength ay pare-pareho, ngunit ang anggulo ng saklaw ay nag-iiba.

Kasama sa mga pamamaraan ng unang pangkat ang pamamaraan ng Laue, na binubuo sa katotohanan na ang polychromatic X-ray radiation ay nakadirekta sa isang nakatigil na solong kristal, sa likod kung saan matatagpuan ang isang photographic film. Sa maraming wavelength na available sa polychromatic radiation, palaging may wave na nakakatugon sa mga kondisyon ng Wulff-Brzg equation. Ginagawang posible ng pamamaraang Laue na ipakita ang simetrya ng isang kristal. Kasama sa mga pamamaraan ng pangalawang pangkat ang mga pamamaraan ng pag-ikot ng isang solong kristal at isang polycrystalline sample. Sa solong paraan ng pag-ikot ng kristal
ang isang monochromatic beam ay nakadirekta sa isang kristal na umiikot sa paligid ng isang axis na normal sa direksyon ng beam. Sa kasong ito, ang iba't ibang mga kristal na eroplano ay nahuhulog sa mga posisyon na naaayon sa mga kondisyon ng diffraction, na humahantong sa pagbuo ng kaukulang pattern ng diffraction. Sa pamamagitan ng pagsukat ng pinagsama-samang intensity at pagtukoy sa hanay ng mga structural amplitudes, maaari isa decipher ang kristal na istraktura.

Kapag nag-aaral ng mga polycrystalline na materyales, ang sample ay iluminado ng monochromatic radiation. Sa hanay ng mga arbitrarily oriented na kristal, palaging may isa na ang oryentasyon ay tumutugma sa Wulf-Bragg equation. Ang sinasalamin na sinag ay naitala sa pamamagitan ng isang photomethod (Larawan 2) o ionization o scintillation counters, ang signal ay pinapakain sa pamamagitan ng isang sistema ng mga amplifier at mga counter sa isang potentiometer na nagtatala ng intensity distribution curve (Fig. 3). Ang lokasyon ng diffraction maxima ay ginagamit upang hatulan ang geometry ng sala-sala, at ang kanilang intensity ay ginagamit upang hatulan ang pamamahagi ng density ng elektron, ibig sabihin, ang posibilidad na makahanap ng mga electron sa isang partikular na punto sa kristal (Fig. 4). Ginagawang posible ng pamamahagi ng density ng elektron na matukoy hindi lamang ang posisyon ng mga atomo sa sala-sala, kundi pati na rin ang uri ng bono ng kemikal. Ginagawang posible ng mga attachment na may mataas na temperatura sa mga diffractometer na mag-record ng mga polymorphic transformation sa pag-init at subaybayan ang mga solid-phase na reaksyon.

Ginagawa rin ng X-ray diffraction na pag-aralan ang mga depekto sa mga kristal.

labasan ng sinag; 4 - rehiyon ng maliliit na anggulo 9

kanin. 2. Pag-shoot ng mga pattern ng X-ray diffraction ng polycrystalline sample sa pamamagitan ng photoregistration:

kanin. Fig. 3. X-ray diffraction pattern ng quartz na nakuha sa isang setup na may scintillation recording method.

Paraan ng electron diffraction (electronography). Ang pamamaraan ay batay sa katotohanan na kapag nakikipag-ugnayan sa electrostatic field atoms, ang electron beam ay nakakalat. Sa kaibahan sa X-ray, ang electron radiation ay maaari lamang tumagos sa isang mababaw na lalim, kaya ang mga sample na pinag-aaralan ay dapat na may anyo ng mga manipis na pelikula. Sa tulong ng electron diffraction, bilang karagdagan sa pagtukoy ng mga interplanar na distansya sa isang kristal, posible na pag-aralan ang posisyon ng mga light atom sa sala-sala, na hindi maaaring gawin gamit ang x-ray, na mahina na nakakalat ng mga light atom.

Paraan ng diffraction ng neutron. Upang makakuha ng isang neutron beam, isang atomic reactor ang kailangan, samakatuwid ang pamamaraang ito medyo bihirang ginagamit. Sa paglabas ng reactor, ang beam ay makabuluhang pinahina, kaya ang isang malawak na sinag ay dapat gamitin at ang laki ng sample ay tumaas nang naaayon. Ang bentahe ng pamamaraan ay ang kakayahang matukoy ang spatial na posisyon ng mga atomo ng hydrogen, na hindi maaaring gawin ng iba pang mga pamamaraan ng diffraction.

kanin. 4. Distribusyon ng density ng elektron (o) at istraktura (b) ng isang kristal na may covalent bond(brilyante)

Ang diffraction ay isang wave phenomenon, ito ay sinusunod sa panahon ng pagpapalaganap ng mga alon magkaibang kalikasan: light diffraction, mga sound wave, mga alon sa ibabaw ng likido, atbp. Diffraction sa scattering ng particle, sa mga tuntunin ng klasikal na pisika, ay imposible.

Inalis ng mekanika ng quantum ang ganap na hangganan sa pagitan ng alon at butil. Ang pangunahing posisyon ng quantum mechanics, na naglalarawan sa pag-uugali ng microobjects, ay wave-particle duality, i.e. dalawahang kalikasan microparticle. Kaya, ang pag-uugali ng mga electron sa ilang mga phenomena ay maaaring ilarawan sa batayan ng mga ideya tungkol sa mga particle, habang sa iba, lalo na sa diffraction phenomena, lamang sa batayan ng mga ideya tungkol sa mga alon. Ang ideya ng "matter waves" ay iniharap Pranses physicist L. de Broglie noong 1924 at sa lalong madaling panahon ay nakumpirma sa mga eksperimento sa particle diffraction. reaksyon ng x-ray diffraction ng pestisidyo

Ayon kay quantum mechanics, malayang paggalaw mga particle na may mass m at momentum

(kung saan ang V ay ang bilis ng butil) ay maaaring katawanin bilang isang eroplanong monochromatic wave y 0 (de Broglie wave) na may wavelength

nagpapalaganap sa parehong direksyon (halimbawa, sa direksyon ng x-axis) kung saan gumagalaw ang particle. Narito ang h ang pare-pareho ni Planck. Ang dependence ng y 0 sa x coordinate ay ibinibigay ng formula

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

kung saan ang k 0 = |k 0 | = 2p/l ang tinatawag na wave number, at wave vector nakadirekta sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon, o kasama ang paggalaw ng butil.

Kaya, ang wave vector ng isang monochromatic wave na nauugnay sa isang malayang gumagalaw na microparticle ay proporsyonal sa momentum nito o inversely proportional sa wavelength.

Kapag ang isang particle ay nakikipag-ugnayan sa ilang bagay - na may isang kristal, isang molekula, at mga katulad nito - ang enerhiya nito ay nagbabago: ang potensyal na enerhiya ng pakikipag-ugnayan na ito ay idinagdag dito, na humahantong sa isang pagbabago sa paggalaw ng butil. Alinsunod dito, ang likas na katangian ng pagpapalaganap ng alon na nauugnay sa particle ay nagbabago, at ito ay nangyayari ayon sa mga prinsipyong karaniwan sa lahat ng wave phenomena. Samakatuwid, ang mga pangunahing geometric na regularidad ng particle diffraction ay hindi naiiba sa anumang paraan mula sa mga regularidad ng diffraction ng anumang mga alon. Pangkalahatang kondisyon Ang diffraction ng waves ng anumang kalikasan ay ang commensurability ng incident wave length l na may distansya d sa pagitan ng scattering centers: l Ј d.

May mga kristal isang mataas na antas kaayusan. Ang mga atomo sa kanila ay matatagpuan sa isang three-dimensionally periodic crystal lattice, ibig sabihin, bumubuo sila ng spatial diffraction grating para sa kaukulang mga wavelength. Ang diffraction ng mga alon sa naturang grating ay nangyayari bilang isang resulta ng pagkalat sa mga sistema ng parallel crystallographic na mga eroplano, kung saan ang mga scattering center ay matatagpuan sa isang mahigpit na pagkakasunud-sunod.

Sa mas mataas na accelerating electrical voltages (sampu-sampung kV), ang mga electron ay nakakakuha ng sapat kinetic energy upang tumagos sa pamamagitan ng manipis na mga pelikula ng bagay Pagkatapos ay mayroong tinatawag na diffraction ng mabilis na mga electron sa daanan.

Para sa mga magaan na atomo at molekula (H, H2, He) at mga temperatura na daan-daang digri Kelvin, ang haba ng daluyong l ay humigit-kumulang 1 A. Ang mga diffracting na atomo o molekula ay halos hindi tumagos nang malalim sa kristal; samakatuwid, maaari nating ipagpalagay na ang kanilang diffraction ay nangyayari sa pagkalat mula sa ibabaw ng kristal, ibig sabihin, tulad ng sa isang flat diffraction grating.

Ang molecular o atomic beam na inilabas mula sa sisidlan at nabuo sa tulong ng mga diaphragms ay nakadirekta sa kristal at ang "reflected" diffraction beams ay naayos sa isang paraan o iba pa.

Nang maglaon, naobserbahan ang proton diffraction, gayundin ang neutron diffraction, na naging laganap bilang isa sa mga pamamaraan para sa pag-aaral ng istraktura ng bagay. Kaya napatunayan sa eksperimento na ang mga katangian ng alon ay likas sa lahat ng microparticle nang walang pagbubukod.

AT malawak na kahulugan palaging nagaganap ang diffraction scattering ng mga salita sa elastic scattering ng iba't-ibang elementarya na mga particle mga atomo at atomic nuclei, pati na rin sa isa't isa. Sa kabilang banda, ang ideya ng corpuscular-wave dualism ng bagay ay pinalakas sa pagsusuri ng mga phenomena na palaging itinuturing na karaniwang parang alon, halimbawa, ang diffraction ng X-ray - maikli. electromagnetic waves na may wavelength l "0.5-5 E. Kasabay nito, ang paunang at nakakalat na X-ray beam ay maaaring isaalang-alang at maitala bilang isang stream ng mga particle - photon, na tinutukoy ang bilang ng mga X-ray photon sa mga beam na ito gamit ang mga photon counter .

Dapat itong bigyang-diin na ang mga katangian ng alon ay likas sa bawat particle nang hiwalay. Ang pagbuo ng isang pattern ng diffraction sa pagkakalat ng mga particle ay binibigyang kahulugan sa quantum mechanics tulad ng sumusunod. Ang isang elektron na dumaan sa kristal, bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan sa kristal na sala-sala ng sample, ay lumilihis mula sa paunang paggalaw nito at tumama sa isang tiyak na punto sa isang photographic plate na naka-install sa likod ng kristal upang mag-record ng mga electron. Ang pagpasok sa photographic emulsion, ang electron ay nagpapakita ng sarili bilang isang particle at mga sanhi reaksyong photochemical. Sa unang sulyap, ang pagtama ng isang elektron sa isang punto o iba pa sa plato ay ganap na arbitrary. Ngunit sa mahabang pagkakalantad, unti-unting lumilitaw ang isang nakaayos na pattern ng diffraction maxima at minima sa pamamahagi ng mga electron na dumaan sa kristal.

Imposibleng hulaan nang eksakto kung saan tatama ang isang binigay na elektron sa isang photographic plate, ngunit posibleng ipahiwatig ang posibilidad na tumama ito sa isang partikular na punto sa plato pagkatapos ng pagkalat. Ang posibilidad na ito ay tinutukoy ng wave function ng electron y, mas tiyak ng square ng modulus nito (dahil n - kumplikadong pag-andar) |y| 2. Gayunpaman, dahil ang posibilidad malalaking numero ang mga pagsubok ay natanto bilang isang pagiging maaasahan, na may paulit-ulit na pagpasa ng isang elektron sa pamamagitan ng isang kristal o, tulad ng kaso sa mga tunay na eksperimento sa diffraction, sa pagpasa ng isang electron beam na naglalaman ng isang malaking bilang ng mga particle sa pamamagitan ng isang sample, ang halaga |y| Tinutukoy na ng 2 ang pamamahagi ng intensity sa mga diffracted beam. Kaya, ang nagreresulta function ng alon electron y, na maaaring kalkulahin na alam ang y 0 at potensyal na enerhiya Ang pakikipag-ugnayan ng isang elektron sa isang kristal, ay nagbibigay Buong paglalarawan karanasan sa diffraction sa istatistikal na kahulugan.

Pagtitiyak ng diffraction ng iba't ibang mga particle. Atomic scattering amplitude. Dahil sa pangkalahatan ng mga geometric na prinsipyo ng diffraction, ang teorya ng particle diffraction ay humiram ng marami mula sa naunang binuo na teorya ng X-ray diffraction. Gayunpaman, pakikipag-ugnayan iba't ibang uri mga particle - mga electron, neutron, atoms, atbp. - na may isang sangkap ay may iba pisikal na kalikasan. Samakatuwid, kapag isinasaalang-alang ang diffraction ng mga particle sa mga kristal, likido, atbp. mahalagang malaman kung paano nagkakalat ang isang nakahiwalay na atom ng bagay sa iba't ibang particle. Ito ay sa scattering ng mga particle sa pamamagitan ng mga indibidwal na atoms na ang pagtitiyak ng diffraction ng iba't ibang mga particle ay ipinahayag.

Ang diffraction ng anumang sistema ng mga atomo (molekula, kristal, atbp.) ay maaaring kalkulahin na alam ang mga coordinate ng kanilang mga sentro r i at atomic amplitudes f i para sa isang partikular na uri ng mga particle.

Ang mga epekto ng diffraction ng particle ay pinaka-binibigkas sa diffraction sa mga kristal. Gayunpaman thermal motion ang mga atomo sa kristal ay medyo nagbabago sa mga kondisyon ng diffraction, at ang intensity ng mga diffracted beam ay bumababa sa pagtaas ng anggulo J sa formula (6). Kapag ang mga particle ay na-diffracted ng mga likido, amorphous na katawan, o mga molekula ng gas, ang pagkakasunud-sunod nito ay mas mababa kaysa sa mala-kristal, ilang blurred diffraction maxima ang kadalasang sinusunod.

Electronography (mula sa electron at ... graphics), isang paraan para sa pag-aaral ng istruktura ng bagay, batay sa scattering ng mga pinabilis na electron ng sample na pinag-aaralan. Ito ay ginagamit upang pag-aralan ang atomic na istraktura ng mga kristal, amorphous na katawan at likido, mga molekula sa mga gas at singaw. Ang pisikal na batayan ng electronography ay electron diffraction; kapag dumadaan sa bagay, mga electron na mayroon katangian ng alon, nakikipag-ugnayan sa mga atomo, na nagreresulta sa pagbuo ng magkahiwalay na diffracted beam. intensity at spatial na pamamahagi ng mga beam na ito ay mahigpit na naaayon sa atomic na istraktura ng sample, ang laki at oryentasyon ng mga indibidwal na kristal, at iba pang mga parameter ng istruktura. Ang pagkalat ng mga electron sa isang sangkap ay tinutukoy ng electrostatic na potensyal ng mga atomo, ang pinakamataas na kung saan sa isang kristal ay tumutugma sa mga posisyon ng atomic nuclei.

Ang mga pag-aaral ng electron diffraction ay isinasagawa sa mga espesyal na aparato- electron diffraction at electron microscopes; sa ilalim ng mga kondisyon ng vacuum, ang mga electron sa kanila ay pinabilis ng isang electric field, na nakatutok sa isang makitid na siwang na beam, at ang mga beam na nabuo pagkatapos na dumaan sa sample ay nakuhanan ng larawan (mga pattern ng electron diffraction) o naitala ng isang photoelectric device. Depende sa laki boltahe ng kuryente, accelerating electron, makilala ang pagkakaiba sa pagitan ng diffraction ng mabilis na mga electron (boltahe mula 30-50 keV hanggang 1000 keV o higit pa) at ang diffraction ng mabagal na electron (boltahe mula sa ilang V hanggang daan-daang V).

Ang electronography ay kabilang sa diffraction mga pamamaraan ng istruktura(kasama ang X-ray structural analysis at neutron diffraction) at may ilang feature. Dahil sa hindi maihahambing na mas malakas na pakikipag-ugnayan ng mga electron sa bagay, pati na rin ang posibilidad ng paglikha ng isang high-aperture beam sa isang electron diffractometer, ang pagkakalantad para sa pagkuha ng mga pattern ng electron diffraction ay karaniwang halos isang segundo, na ginagawang posible na pag-aralan ang mga pagbabagong istruktura, pagkikristal, at iba pa. Sa kabilang banda, ang malakas na pakikipag-ugnayan ng mga electron sa bagay ay naglilimita sa pinahihintulutang kapal ng mga translucent na sample sa ikasampu ng microns (sa boltahe na 1000-2000 keV, ang maximum na kapal ay ilang microns).

Ginawang posible ng electronography na pag-aralan ang mga atomic na istruktura ng isang malaking bilang ng mga sangkap na umiiral lamang sa isang makinis na mala-kristal na estado. Mayroon din itong kalamangan sa pagsusuri ng istruktura ng X-ray sa pagtukoy sa posisyon ng mga light atom sa pagkakaroon ng mabibigat na atomo (magagamit ang mga pamamaraan ng neutron diffraction para sa mga naturang pag-aaral, ngunit para lamang sa mga kristal na makabuluhang malalaking sukat kaysa sa mga pinag-aralan sa electron diffraction).

Ang uri ng nakuhang electron diffraction pattern ay depende sa likas na katangian ng mga bagay na pinag-aaralan. Ang mga pattern ng electron diffraction mula sa mga pelikulang binubuo ng mga kristal na may medyo tumpak na oryentasyon sa isa't isa o manipis na single-crystal na mga plato ay nabuo sa pamamagitan ng mga tuldok o mga spot (reflexes) na may regular pagsasaayos ng isa't isa. Sa isang bahagyang oryentasyon ng mga kristal sa mga pelikula ayon sa isang tiyak na batas (texture), ang mga pagmuni-muni sa anyo ng mga arko ay nakuha. Ang mga electronograms mula sa mga sample na binubuo ng mga random na nakaayos na kristal ay nabuo katulad ng Debyegrams sa pamamagitan ng pantay na itim na mga bilog, at kapag nag-shoot sa isang gumagalaw na photographic plate (kinematic shooting) - parallel lines. Ang mga nakalistang uri ng mga pattern ng electron diffraction ay nakuha bilang isang resulta ng nababanat, nakararami sa isa, scattering (nang walang pagpapalitan ng enerhiya sa kristal). Sa maraming inelastic scattering, ang pangalawang diffraction pattern ay nagmumula sa mga diffracted beam. Ang ganitong mga pattern ng electron diffraction ay tinatawag na Kikuchi electron diffraction patterns (pagkatapos ng pangalan ng Japanese physicist na unang nakakuha ng mga ito). Ang mga pattern ng electron diffraction mula sa mga molekula ng gas ay naglalaman ng isang maliit na bilang ng mga nagkakalat na halos.

Ang pagpapasiya ng unit cell ng isang kristal na istraktura at ang simetrya nito ay batay sa pagsukat ng lokasyon ng mga reflection sa mga pattern ng electron diffraction. Ang interplanar na distansya d sa kristal ay tinutukoy mula sa relasyon:

kung saan ang L ay ang distansya mula sa scattering sample hanggang sa photographic plate, l ang de Broglie wavelength ng electron, na tinutukoy ng enerhiya nito, ang r ay ang distansya mula sa reflection hanggang sa central spot na nilikha ng mga hindi nakakalat na electron. Ang mga pamamaraan para sa pagkalkula ng atomic na istraktura ng mga kristal sa electron diffraction ay katulad ng ginagamit sa X-ray. pagsusuri sa istruktura(ilang coefficient lang ang nagbabago). Ang pagsukat ng intensity ng pagmuni-muni ay ginagawang posible upang matukoy ang mga amplitude ng istruktura |Fhkl|. Ang pamamahagi ng electrostatic potential j(x, y, z) ng kristal ay kinakatawan bilang isang seryeng Fourier. Ang pinakamataas na halaga ng j(x, y, z) ay tumutugma sa mga posisyon ng mga atomo sa loob ng unit cell ng kristal. Kaya, ang pagkalkula ng mga halaga ng j(x, y, z), na kadalasang isinasagawa ng isang computer, ay ginagawang posible upang maitatag ang mga coordinate x, y, z ng mga atomo, ang mga distansya sa pagitan ng mga ito, at iba pa. katangian.

Maraming hindi kilalang atomic na istruktura ang natukoy sa pamamagitan ng mga pamamaraan ng electron diffraction, data ng X-ray diffraction para sa isang malaking bilang mga sangkap, kabilang ang maraming kadena at cyclic hydrocarbons, kung saan unang na-localize ang mga hydrogen atoms, nitrile molecules mga metal sa paglipat(Fe, Cr, Ni, W), isang malawak na klase ng mga oxide ng niobium, vanadium at tantalum na may lokalisasyon ng N at O ​​atoms, ayon sa pagkakabanggit, pati na rin ang 2- at 3-component na semiconductor compound, clay mineral at layered na istruktura. Ang electron diffraction ay maaari ding gamitin upang pag-aralan ang istruktura ng mga may sira na istruktura. Sa kumbinasyon ng electron microscopy, ginagawang posible ng electron diffraction na pag-aralan ang antas ng pagiging perpekto ng istraktura ng manipis na mala-kristal na mga pelikula na ginagamit sa iba't ibang larangan makabagong teknolohiya. Para sa mga proseso ng epitaxy, mahalagang kontrolin ang antas ng pagiging perpekto ng substrate surface bago ang film deposition, na ginagawa gamit ang Kikuchi electron diffraction patterns: kahit na ang mga menor de edad na paglabag sa istraktura nito ay humahantong sa pag-smear ng mga linya ng Kikuchi.

Ang intensity ng bawat punto ng mga pattern ng electron diffraction na ito ay tinutukoy pareho ng molekula sa kabuuan at ng mga atom na kasama dito. Para sa mga pag-aaral sa istruktura, ang molekular na bahagi ay mahalaga, habang ang atomic na bahagi ay isinasaalang-alang bilang isang background at ang ratio ng molecular intensity sa kabuuang intensity sa bawat punto ng electron diffraction pattern ay sinusukat. Ginagawang posible ng data na ito na matukoy ang mga istruktura ng mga molecule na may hanggang 10-20 atoms, pati na rin ang likas na katangian ng kanilang mga thermal vibrations sa isang malawak na hanay ng temperatura. Sa ganitong paraan, ang istraktura ng marami mga organikong molekula, mga istruktura ng mga molekula ng halides, oxides at iba pang mga compound. Ang isang katulad na paraan ay ginagamit upang pag-aralan ang atomic na istraktura ng short-range order (tingnan. Long-range order at short-range order) sa amorphous na mga katawan, baso at likido.

X-ray, invisible radiation na may kakayahang tumagos, kahit sa loob iba't ibang antas, sa lahat ng mga sangkap. Kumakatawan electromagnetic radiation na may wavelength na mga 10-8 cm.

Gusto nakikitang liwanag, ang X-ray ay nagdudulot ng pag-itim ng photographic film. Ang ari-arian na ito ay may kahalagahan para sa medisina, industriya at siyentipikong pananaliksik. Ang pagdaan sa bagay na pinag-aaralan at pagkatapos ay nahulog sa pelikula, ang X-ray radiation ay naglalarawan dito. panloob na istraktura. Dahil ang penetrating power ng X-ray ay iba para sa iba't ibang materyales, ang mga bahagi ng bagay na hindi gaanong transparent dito ay nagbibigay ng higit pa magaan na lugar sa litrato kaysa sa mga kung saan ang radiation ay tumagos nang maayos. Kaya, ang mga tisyu ng buto ay hindi gaanong transparent sa x-ray kaysa sa mga tisyu na bumubuo sa balat at lamang loob. Samakatuwid, sa x-ray ng buto, ito ay ipahiwatig bilang mas magaan na mga lugar at isang fracture site na mas transparent para sa radiation ay madaling matukoy. Ginagamit din ang X-ray imaging sa dentistry upang makita ang mga karies at abscesses sa mga ugat ng ngipin, gayundin sa industriya upang makita ang mga bitak sa mga casting, plastic at rubbers.

Ang X-ray ay ginagamit sa kimika upang pag-aralan ang mga compound at sa pisika upang pag-aralan ang istruktura ng mga kristal. X-ray beam na dumadaan tambalang kemikal, ay nagiging sanhi ng isang katangian na pangalawang paglabas, ang spectroscopic analysis na nagpapahintulot sa chemist na matukoy ang komposisyon ng compound. Kapag nahuhulog sa isang mala-kristal na substansiya, ang isang X-ray beam ay nakakalat sa pamamagitan ng mga atomo ng kristal, na nagbibigay ng isang malinaw, regular na pattern ng mga spot at guhitan sa isang photographic plate, na ginagawang posible upang maitatag ang panloob na istraktura ng kristal.

Ang paggamit ng X-ray sa paggamot ng kanser ay batay sa katotohanan na ito ay pumapatay mga selula ng kanser. Gayunpaman, maaari rin itong magkaroon ng hindi kanais-nais na epekto sa mga normal na selula. Samakatuwid, ang matinding pag-iingat ay dapat gawin sa paggamit na ito ng X-ray.

Ang X-ray radiation ay natuklasan ng German physicist na si W. Roentgen (1845-1923). Ang kanyang pangalan ay immortalized sa iba pisikal na termino nauugnay sa radiation na ito: X-ray ay tinatawag internasyonal na yunit mga dosis ionizing radiation; ang isang larawang kinunan gamit ang x-ray machine ay tinatawag na radiograph; Ang larangan ng radiological na gamot na gumagamit ng x-ray upang masuri at gamutin ang mga sakit ay tinatawag na radiology.

MGA PARAAN NG DIFFRAKKSYON mga pag-aaral ng istraktura ng in-va, batay sa pag-aaral ng angular distribution ng intensity ng scattering ng in-investigated in-va ng radiation - X-ray (kabilang ang synchrotron), flux o at Mössbauer g -radiasyon. Sinabi ni Resp. makilala, at Mössbauerography (tingnan sa ibaba). Sa lahat ng kaso, ang pangunahin, kadalasang monochromatic, beam ay nakadirekta sa bagay na pinag-aaralan at sinusuri ang pattern ng scattering. Ang nakakalat na radiation ay naitala sa photographic (Larawan 1) o sa tulong ng mga counter. Dahil ang wavelength ng radiation ay karaniwang hindi hihigit sa 0.2 nm, ibig sabihin, naaayon sa mga distansya sa pagitan ng in-ve (0.1-0.4 nm), ang scattering ng incident wave ay diffraction by. Sa pamamagitan ng diffraction larawan, ito ay posible, sa prinsipyo, upang ibalik ang atomic istraktura sa loob a. Isang teorya na naglalarawan sa koneksyon ng pattern ng elastic scattering sa mga espasyo. ang lokasyon ng mga scattering center ay pareho para sa lahat ng radiation. Gayunpaman, mula noong pakikipag-ugnayan iba't ibang uri ng radiation na may in-tion ay may iba't ibang pisikal. kalikasan, tiyak na pananaw at mga katangian ng diffraction. natukoy ang mga kuwadro na gawa iba't ibang katangian.

Samakatuwid, ang iba't ibang mga pamamaraan ng diffraction ay nagbibigay ng impormasyon na umaakma sa bawat isa.
Mga batayan ng teorya ng diffraction. Flat na monochromatic. wave na may wavelength l at kumaway k 0 , kung saan | k 0 | = 2 p/l , ay maaaring ituring bilang isang sinag ng mga particle na may momentum R, kung saan | R| = h/ l ; h - . Amplitude F wave (na may wave k), isang nakakalat na hanay ng n, ay tinutukoy ng equation:

saan s = ( k - k 0)/2 p , s = 2sin q / l , 2 q - anggulo ng scattering, f j (s) - atomic factor, o atomic scattering factor, ibig sabihin, isang function na tumutukoy sa scattering amplitude nakahiwalay j-th(o ); r j ay ang radius vector nito. Ang isang katulad na expression ay maaaring isulat kung ipinapalagay natin na ang isang bagay ng volume V ay may tuluy-tuloy na densidad ng scattering r( r):

Ang atomic factor na f(s) ay kinakalkula mula sa parehong f-le; kung saan r (r) ay naglalarawan ng scattering density distribution sa loob . Ang mga halaga ng atomic factor ay tiyak para sa bawat uri ng radiation. Ang mga X-ray ay nakakalat sa pamamagitan ng mga shell ng elektron. Ang kaukulang atomic factor f p at q = 0 ayon sa bilang ay katumbas ng bilang Z in kung ang f p ay ipinahayag sa tinatawag na. mga elektronikong yunit, ibig sabihin, sa kamag-anak. mga yunit ng X-ray scattering amplitude ng isang libre. . Habang tumataas ang anggulo ng scattering, bumababa ang fp (Larawan 2). Ang scattering ay tinutukoy ng electrostatic. potensyal j (r) (r- distansya mula sa gitna). Ang atomic factor para sa f e ay nauugnay sa f p sa pamamagitan ng kaugnayan:

kung saan e ang singil, m ang masa nito. Abs. mga halaga f e (~10 - 8 cm) ay mas malaki kaysa sa f p (~10 - 11 cm), ibig sabihin, ito ay nakakalat nang mas malakas kaysa sa x-ray; f e nababawasan sa pagtaas ng kasalanan q/l mas matalas kaysa sa f p, ngunit ang pag-asa ng f e sa Z ay mas mahina (Larawan 3). ay nakakalat ng nuclei (factor f n), at dahil din sa pakikipag-ugnayan ng magnetic. mga sandali na may non-zero magn. sandali (factor fnm). Ang radius ng pagkilos ng mga puwersang nukleyar ay napakaliit (~10 - 6 nm), kaya ang mga halaga ng f n ay halos hindi nakasalalay sa q . Bilang karagdagan, ang mga salik f n ay hindi nakadepende nang monotonously sa at. n. Ang Z at, hindi tulad ng f p at f e, ay maaaring maging negatibo. mga halaga.


kanin. 2. Pagkagumon ganap na mga halaga atomic factor ng x-ray (1), (2) at (3) sa scattering angle q (para sa Pb).

Ayon sa abs. halaga f n ~10 - 12 cm. tumpak na mga kalkulasyon isaalang-alang ang mga paglihis ng distribusyon o potensyal mula sa spherical. at iba pa. atomic temperature factor na isinasaalang-alang ang epekto ng thermal vibrations sa scattering. Para sa Mössbauer g -radiation maliban sa pagkalat ng mga elektronikong shell mga nilalang. maaaring gampanan ang isang papel sa pamamagitan ng resonant scattering ng nuclei (hal., 57 Fe), kung saan ang Mössbauer effect ay sinusunod, na ginagamit sa . Ang scattering factor f m ay nakasalalay sa alon at insidente at nakakalat na alon. Ang intensity I(s) ng scattering ng isang bagay ay proporsyonal sa square ng amplitude modulus: I(s)~|F(s)| 2. Sa eksperimento, posibleng matukoy lamang ang mga module |F(s)|, at bumuo ng scattering density function r (r) kailangan mo ring malaman ang mga yugto j (s) para sa bawat s. Gayunpaman, ginagawang posible ng teorya ng mga pamamaraan ng diffraction na makuha ang function mula sa sinusukat na I(s) r (r), ibig sabihin, tukuyin ang istruktura ng in-in. Kung saan nangungunang mga marka natanggap sa panahon ng pananaliksik.
. ay isang mahigpit na iniutos na sistema, samakatuwid, sa panahon ng diffraction, tanging ang mga discrete scattered beam ay nabuo, kung saan ang scattering s ay katumbas ng tinatawag na. reciprocal na sala-sala H hkl;

H hkl=ha* + kb* + lc*,

kung saan a* = / W , b* = [сa]/ W , с* = / W ; a,b at c - mga parameter ng cell; W ang volume nito, W = (a). Pamamahagi ng scattering density sa elementarya cell kinakatawan bilang isang serye ng Fourier:

kung saan h, k, l - tinatawag na. Ang mga indeks ng Miller ng sumasalamin na eroplano, Fhkl = |Fhkl|exp - kaukulang istruktura nakakalat na radiation amplitude, j hkl ay ang kanyang yugto. Upang bumuo ng isang function r (x, y, z) ayon sa eksperimento na tinutukoy na mga halaga |F hkl | ilapat ang pamamaraan at mga pagkakamali, ang pagtatayo at pagsusuri ng pag-andar ng mga interatomic na distansya, ang paraan ng isomorphic substitutions, direktang pamamaraan para sa pagtukoy ng mga phase (tingnan). Pagproseso ng eksperimento. pinapayagan ka ng data sa isang computer na ibalik ang istraktura sa anyo ng mga mapa ng pamamahagi ng scattering density (Larawan 4). Ang mga istruktura ay pinag-aralan sa Chap. arr. sa pamamagitan ng paggamit ng . Mahigit sa 100,000 inorg na istruktura ang natukoy sa pamamaraang ito. at org. . Para sa inorg. gamit ang iba't ibang mga pamamaraan ng pagpipino (isinasaalang-alang ang mga pagwawasto para sa pagsipsip, kadahilanan ng temperatura ng atom, atbp.) Posibleng ibalik ang function r (r) na may resolusyon na hanggang 0.05 nm at matukoy ang mga distansya sa pagitan ng may katumpakan na ~10- 4 nm.

kanin. 4. Projection ng nuclear density ng kristal na istraktura ng deuterated C 2 N 4 D 4 . Nakakonekta ang may tuldok na linya .

Pinapayagan ka nitong matukoy ang mga pagbabago sa thermal, mga tampok ng pamamahagi dahil sa chem. komunikasyon, atbp. Sa tulong ng X-ray diffraction analysis, posible na matukoy ang mga atomic na istruktura, ang to-rykh ay naglalaman ng libu-libo. Ginagamit din ang X-ray diffraction upang pag-aralan (sa x-ray topography), ang pag-aaral ng mga layer sa ibabaw (sa x-ray spectrometry), mga katangian. at dami. pagpapasiya ng bahagi ng komposisyon ng polycrystalline. materyales (sa), atbp. bilang isang paraan ng pag-aaral ng istraktura ay may bakas. mga tampok: 1) pakikipag-ugnayan. in-va na mas malakas kaysa sa x-ray, kaya nangyayari ang diffraction sa manipis na layer ng in-va na may kapal na 1-100 nm; 2) ang f e ay nakasalalay sa mas mahina kaysa sa f p, na ginagawang mas madaling matukoy ang posisyon ng mga baga sa presensya. mabigat; 3) dahil sa ang katunayan na ang wavelength ng mga karaniwang ginagamit na mabilis na may enerhiya na 50-100 keV ay approx. 5. 10 - 3 nm, geom. Ang interpretasyon ng mga pattern ng electron diffraction ay mas madali. Ang istruktura ay malawakang ginagamit upang pag-aralan ang mga bagay na pinong dispersed, gayundin ang pag-aaral ng iba't ibang uri ng mga texture (clay, pelikula, atbp.). Mababang energy diffraction (10-300 eV, l 0.1-0.4 nm) - mabisang paraan research pov-stey: lokasyon, ang likas na katangian ng kanilang mga thermal fluctuations, atbp. ay nagpapanumbalik ng imahe ng bagay sa pamamagitan ng diffraction. larawan at pinapayagan kang pag-aralan ang istraktura na may resolusyon na 0.2-0.5 nm. Ang mga mapagkukunan para sa ay mga nuclear reactor sa mabilis, pati na rin sa mga pulsed reactor. Ang spectrum ng beam na umaalis sa channel ng reactor ay tuloy-tuloy dahil sa Maxwellian velocity distribution (ang maximum nito sa 100°C ay tumutugma sa wavelength na 0.13 nm). Isinasagawa ang beam monochromatization iba't ibang paraan- sa tulong ng mga monochromator crystal, atbp. ay ginagamit, bilang panuntunan, upang pinuhin at madagdagan ang data ng istruktura ng X-ray. Walang monotonikong dependency Pinapayagan ka ng f at from na tumpak mong matukoy ang posisyon ng mga baga. Bilang karagdagan, ang parehong elemento sa parehong elemento ay maaaring magkaroon ng ibang mga halaga ng f at (kaya, f at y 3.74. 10 - 13 cm, sa 6.67 . sampu - 13 cm). Ginagawa nitong posible na pag-aralan ang lokasyon at makatanggap ng karagdagang impormasyon. impormasyon tungkol sa istraktura sa pamamagitan ng isotopic substitution (Larawan 4). Magnesium pananaliksik. pakikipag-ugnayan may magn. sandali ay nagbibigay ng impormasyon tungkol sa magn. . Mössbauer g -radiation ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang napakaliit na lapad ng linya - approx. sampu - 8 eV (samantalang ang linewidth ng katangian ng radiation ng mga X-ray tube ay humigit-kumulang 1 eV). Nagdudulot ito ng mataas na temporal at espasyo. pare-pareho ng resonant nuclear scattering, na ginagawang posible, sa partikular, upang pag-aralan ang magn. electric field at gradient mga patlang sa nuclei. Ang mga limitasyon ng pamamaraan ay ang mahinang kapangyarihan ng mga pinagmumulan ng Mössbauer at ang obligadong presensya ng nuclei sa pagsubok, kung saan ang epekto ng Mössbauer ay sinusunod.

Pagkatapos ng pagkakalat, hindi ito nagbabago. Nagaganap ang tinatawag na elastic scattering. Ang mga pamamaraan ng diffraction ay batay sa isang simpleng relasyon sa pagitan ng wavelength at ang distansya sa pagitan ng mga scattering atom.

1. Ginagawang posible ng pagsusuri ng diffraction ng X-ray na matukoy ang mga coordinate ng mga atom sa loob tatlong-dimensional na espasyo mga mala-kristal na sangkap mula sa pinakasimpleng compound hanggang sa kumplikadong mga protina.
2. Sa tulong ng diffraction ng elektron ng gas, ang geometry ng mga libreng molekula sa mga gas ay natutukoy, iyon ay, mga molekula na hindi apektado ng mga kalapit na molekula, tulad ng kaso sa mga kristal.
3. Ang electron diffraction ay isang paraan para sa pag-aaral ng istruktura ng mga solido.
4. Ang pamamaraan ng diffraction ay neutronography din, na batay sa pagkalat ng mga neutron sa pamamagitan ng nuclei ng mga atomo, sa kaibahan sa unang dalawang pamamaraan, na gumagamit ng scattering sa mga shell ng elektron.
5. Ang reflected electron diffraction ay isang crystallographic na paraan na ginagamit sa isang scanning electron microscope.

Wikimedia Foundation. 2010 .

Tingnan kung ano ang "Mga pamamaraan ng diffraction" sa iba pang mga diksyunaryo:

Ang mga pagsisiyasat sa istruktura sa VA ay batay sa pag-aaral ng angular distribution ng scattering intensity ng X-ray radiation (kabilang ang synchrotron), electron o neutron flux, at Mössbauer g radiation na pinag-aralan sa VA. Sinabi ni Resp. makilala… Chemical Encyclopedia

pamamaraan ng diffraction research- difrakciniai tyrimo metodai statusas T sritis chemija apibrėžtis Metodai, pagrįsti spindulių ar dalelių difrakcija. atitikmenys: engl. mga diskarte sa pagsasaliksik ng diffraction pamamaraan ng pagsasaliksik ng diffraction... Chemijos terminų aiskinamasis žodynas

Articleshalogen materialsdislocationdiffraction determination ng average na laki ng magkakaugnay na mga rehiyon ng scattering mabilis na electron diffractiondiffraction ng mabagal na electronsmall-angle neutron scatteringmagkakaugnay na rehiyon ... ...

Maaaring hatiin sa mga paraan ng pagkolekta ng impormasyon at mga pamamaraan ng pagsusuri nakalap na impormasyon. Depende sa larangan ng pag-aaral, magkaiba ang paksa at bagay ng pag-aaral. Spectroscopic na pamamaraan Pangunahing artikulo: Spectroscopic na pamamaraan Nuclear ... ... Wikipedia

Mga Subsection Probe na paraan ng microscopy at spectroscopy: atomic force, scanning tunneling, magnetic force, atbp. Scanning electron microscopy Transmission electron microscopy, kabilang ang high resolution Luminescent ... ... encyclopedic Dictionary nanoteknolohiya

Batay sa pagsukat ng epekto na dulot ng pakikipag-ugnayan. na may kabuuang paglabas ng isang stream ng quanta o mga particle. Ang radyasyon ay gumaganap ng halos parehong papel bilang reactant sa mga pamamaraan ng kemikal pagsusuri. sinusukat pisikal. ang epekto ay isang senyales. Ang resulta… … Chemical Encyclopedia

Pag-aayos ng mga atomo, ion, molekula sa isang kristal. Crystal na may def. chem. Ang f loy ay may sariling C. s., na mayroong tatlong-dimensional na periodicity kristal na sala-sala. Ang katagang K. s. gamitin sa halip na ang terminong mala-kristal. magpasalamat pagdating sa... Pisikal na Encyclopedia

Mga SubsectionMga paraan para sa pag-deposition ng mga elemento ng nanostructure at nanomaterialsMga pisikal na pamamaraan (laser, electron beam, ion-plasma) deposition ng mga layer ng kapal ng nanometerChemical, thermal at electric arc deposition mula sa gas phase (kabilang ang ... ... Encyclopedic Dictionary ng Nanotechnology

Ang terminong proteomics Ang termino sa Ingles na proteomics Mga kasingkahulugan Mga pagdadaglat Mga kaugnay na termino catalyst active site, antibody, atomic force microscopy, protina, biological motors, biological nanoobjects, biosensor, van der Waals… … Encyclopedic Dictionary ng Nanotechnology

Term proteome English term proteome Mga Kasingkahulugan Mga Kaugnay na termino antibody, protina, biological nanoobjects, genome, capsid, kinesin, cell, laser desorption at ionization mass spectrometry, matrix, extracellular,… … Encyclopedic Dictionary ng Nanotechnology

Mga libro

• Mga pamamaraan ng computer optics. Vulture ng Ministry of Defense ng Russian Federation, Volkov Alexey Vasilievich, Golovashkin Dimitri Lvovich, Doskolovich Leonid Leonidovich. Ang mga batayan ng computer synthesis ng diffractive optical elements (DOEs) na may malawak functionality. Mga pamamaraan para sa pagkuha ng mga zoned plate na may kumplikadong…
• Diffraction at microscopic na pamamaraan at instrumento para sa pagsusuri ng mga nanoparticle at nanomaterial, Yuri Yagodkin. AT Gabay sa pag-aaral isinasaalang-alang pisikal na pundasyon mga pamamaraan at kagamitan para sa X-ray diffraction, electron at neutron diffraction analysis, transmission electron microscopy,…