Дифракция в химии: Дифракция атомов и молекул – это… Что такое Дифракция атомов и молекул?

Дифракция атомов и молекул – это… Что такое Дифракция атомов и молекул?

Дифракция атомов и молекул

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

• Дифракция
• Дифракция нейтронов

Смотреть что такое “Дифракция атомов и молекул” в других словарях:

• ДИФРАКЦИЯ ЧАСТИЦ — упругое когерентное рассеяние микрочастиц объектами (т. е. рассеяние, происходящее без изменения рассеивающего объекта), при к ром из нач. пучка частиц возникают отклонённые от него дифракц. пучки. Д. ч. имеет место при рассеянии нейтронов,… …   Физическая энциклопедия

• Дифракция волн — (лат. diffractus  буквально разломанный, переломанный)  явление, которое можно рассматривать как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн.

  Первоначально понятие дифракции относилось только к огибанию волнами… …   Википедия

• ДИФРАКЦИЯ МИКРОЧАСТИЦ — рассеяние эл нов, нейтронов, атомов и др. микрочастиц кристаллами или молекулами жидкостей и газов, при к ром из нач. пучка ч ц возникают дополнительные отклонённые пучки этих ч ц. Направление и интенсивность таких отклонённых пучков зависят от… …   Физическая энциклопедия

• Дифракция частиц —         рассеяние микрочастиц (электронов, нейтронов, атомов и т.п.) кристаллами или молекулами жидкостей и газов, при котором из начального пучка частиц данного типа возникают дополнительно отклонённые пучки этих частиц; направление и… …   Большая советская энциклопедия

• МОЛЕКУЛ СТРОЕНИЕ — (молекулярная структура), взаимное расположение атомов в молекулах. В ходе химических реакций происходит перегруппировка атомов в молекулах реагентов и образуются новые соединения. Поэтому одна из фундаментальных химических проблем состоит в… …   Энциклопедия Кольера

• Дифракция рентгеновских лучей —         рассеяние рентгеновских лучей кристаллами (или молекулами жидкостей и газов), при котором из начального пучка лучей возникают вторичные отклонённые пучки той же длины волны, появившиеся в результате взаимодействия первичных рентгеновских… …   Большая советская энциклопедия

• Дифракция — первого и второго порядка как интерференция волн, образованных при падении плоской волны на непрозрачный экран с парой щелей. Стрелками показаны линии, проходящие через линии интерференционных макси …   Википедия

• Дифракция электронов — Дифракция электронов  процесс рассеяния электронов на совокупности частиц вещества, при котором электрон проявляет волновые свойства. Данное явление называется корпускулярно волновым дуализмом, в том смысле, что частица вещества(в данном… …   Википедия

• ДИФРАКЦИЯ ЧАСТИЦ

  — рассеяние потока микрочастиц (электронов, нейтронов, атомов, молекул и др.) кристаллами или молекулами жидкостей и газов с образованием чередующихся максимумов и минимумов в интенсивности рассеянного пучка. Дифракция частиц аналогична дифракции… …   Большой Энциклопедический словарь

• ДИФРАКЦИЯ — явление, наблюдаемое при прохождении любых волн (световых, электромагнитных, рентгеновских, звуковых) через отверстия в преградах (или возле краёв последних) и заключающееся в огибании волнами преград, при этом происходит проникновение волны в… …   Большая политехническая энциклопедия

Дифракция – Справочник химика 21

    Приборы, регистрирующие дифракцию рентгеновских лучей. В настоящее время применяются два метода регистрации рентгеновских лучей фотографический метод, использующий специальную фотопленку типа РТ, [c.115]

    Информацию о строении вещества получают на основании изучения его физических и химических свойств. Особую роль при изучении структуры играют исследования спектров поглощения и испускания, дифракции различных излучений, магнитных и электрических взаимодействий, механических, термических, электрических и других характеристик веществ. [c.140]

    Рис 63, Дифракция рентгеновских лучей  [c.112]

    В последнее время созданы рентгеновские установки, автоматически расшифровывающие рентгенограммы и даже воспроизводящие стереоскопический чертеж структуры исследуемого вещества. Для этого с помощью фотоэлемента регистрируются рентгеновские лучи, претерпевшие дифракцию на кристаллической решетке исследуемого вещества. Импульсы фотоэлемента автоматически кодируются и вводятся в электронно-вычислительную машину. На основании этой информации машина создает модель одной из возможных структур и затем делает обратный расчет, т. е. по структуре рассчитывает рентгенограмму. В случае несовпадения рассчитанной и эксперимен- 

[c.151]

    Прохождение рентгеновских лучей через кристаллическое вещество сопровождается отклонением их от первоначального направления. Это явление называется дифракцией рентгеновских лучей. [c.111]

    Явления дифракции и интерференции электромагнитного излучения (света, радиоволн, у-лучей, рентгеновских лучей и пр.) убедительно доказывают его волновую природу. В то же время электромагнитное излучение обладает энергией, массой, производит давление и т. д. Так, вычислено, что за год масса Солнца уменьшается за счет излучения на J,5-10 кг. [c.11]

    Со1 ласно соотношению (2) с движением электрона (масса 9,1 х X Ю З кг, скорость порядка 10 м/с) ассоциируется волна длиной порядка 10″ м, т. е. ее длина соизмерима с размерами атомов.

Поэтому при рассеянии электронов кристаллами наблюдается дифракция, причем кристаллы выполняют роль дифракционной решетки, [c.11]

    Встречаясь с молекулами, электроны дифрагируют. Результат дифракции регистрируется на фотографической пластинке в виде электронограммы. [c.153]

    Изучение дифракции рентгеновских лучей дает информацию о пространственной решетке вещества. Количественно они дают внутриатомное расстояние в кристаллах и более грубо — в жидкостях. Кроме того, на регулярность ориентации указывает разность линий и колец. Дифракционные спектры рентгеновских лучей жидкостей показывают лишь расстояние, при которых молекулы размещены более регулярно — с некоторым указанием на основную молекулярную структуру. Испытание некоторых простых 

[c.187]

    Судя по данным электронной дифракции [71] и некоторым другим, циклобутановое кольцо также неплоское  [c.43]

    С другой стороны, результаты рентгенографических исследований кристал-лического парафина [35, 30, 22, 61, 66] и данные по дифракции [c. 227]

    Следовательно, отражения от данного семейства атомных плоскостей каждого кристаллика, находящегося в пучке рентгеновских лучей, будут сливаться в одну сплошную конусную поверхность (конус дифракции), количество таких конусов будет соответствовать количеству семейств атомных плоскостей (рис. 65). [c.114]

    Применение дифракции рентгеновских лучей для изучения твердых катализаторов. [c.417]

    III-7. Дифракция рентгеновских лучей абсорбционный и эмиссионный спектры (приблизительная длина волны 10 — 10 см) [c.187]

    Изменение расстояний при дифракции от скорости охлаждения в интервале плавления было впервые отмечено Кларком [41]. 

[c.517]

    Оказалось также, что уравнение де Бройля справедливо не только для электронов и фотонов, но и для любых других микрочастиц. Так, для определения структуры веществ используется явление дифракции нейтронов (об этих элементарных частицах см, 35), [c. 70]

    Исследовать внутреннюю структуру кр [ сталлов удалось в XX веке, после того, как в 1912 г. была открыта дифракция рентгеновских лучей, на которой основан р е и т г е и о с т р у к т у р и ы й анализ. [c.160]

    ДИФРАКЦИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ 

[c.111]

    Какие из описанных ниже экспериментов самым непосредственным образом подтверждают гипотезу де Бройля о волновых свойствах материи а) дифракция рентгеновских лучей б) фотоэлектрический эффект в) рассеяние альфа-частиц при прохождении через металлическую фольгу г) излучение абсолютно черного тела д) дифракция электронов  [c.380]

    Наиболее удобными методами изучения кластеров (НгО) (л>2) являются различные варианты масс-спектроскопической техники [363]. Естественно, что чем ниже температура эксперимента, тем более крупные кластеры (с большим п) удается наблюдать. Так, удалось зарегистрировать в спектре пик, соответствующий п= [368] и /г = 36 (температура 77 К) [369].

При температуре жидкого азота были зарегистрированы положительно заряженные кластеры с л от 1 до 40 [370]. В работе [371] удалось наблюдать отрицательно заряженные кластеры, содержащие вплоть до 50 молекул воды. В этой работе была сделана попытка изучить структуру этих кластеров методом электронной дифракции. Авторы приходят к выводу, что по своей структуре эти кластеры не являются фрагментами кристаллов льда, а аморфны. Были также оценены дипольные моменты кластеров с л от 2 до 6 дипольные моменты кластеров с п = = 3- 6 близки к нулю, что, по мнению авторов, свидетельствует о циклическом характере их структуры [361]. Много экспериментальных данных о существовании и свойствах кластеров, состоящих из нескольких десятков молекул воды, приводится в работе [372]. [c.133]

    В 1927 г. Дэвиссон и Джермер продемонстрировали, что при прохождении металлической фольги электроны дают точно такую же дифракционную картину, как и рентгеновские лучи, и что соотношение де Бройля правильно определяет длину волны пучка электронов (рис. 8-16). В настоя-шее время электронная дифракция превратилась в распространенный способ исследования строения молекул. [c.355]

    Исследования дифракции электронов обычно проводятся с ускорением электронов в поле с разностью потенциалов 40000 В, в результате чего электроны приобретают энергию 40000 эВ. Какую длину волны имеют такие электроны  [c.356]

    Полинг считал, что предложенную им спиральную модель молекулы можно распространить и на нуклеиновые кислоты. В начале 50-х годов английский физик Морис Хью Фредерик Уилкинс (род. в 1916 г.) изучал нуклеиновые кислоты методом дифракции рентгеновских лучей, и результаты его работы можно было использовать для проверки справедливости предположения Полинга. Английский физик Фрэнсис Гарри Комптон Крик (род. в 1916 г.) и американский химик Джеймс Дьюи Уотсон (род. в 1928 г.) установили, что удовлетворительно объяснить результаты дифракционных исследований можно, лишь несколько усложнив модель молекулы. Каждая молекула нуклеиновой кислоты должна представлять собой двойную спираль, образованную навитыми вокруг общей оси цепями. Эта модель Уотсона — Крика, предложенная ими впервыев 1953г., сыграла важную роль в развитии генетики . [c.131]

    Гипотеза де Бройля была экспериментально подтверждена обнаружением у потока электронов дифракционного и интерференционного эффектов. В настоящее время дифракция потоков электронов, нейтронов, протонов широко используется для изучения структуры вещес гв (см. раздел IV). [c.11]

    Именно в связи с этой задачей наблюдается постоянно возобновляю-ш ийся интерес к феноменологическому изучению кинетических закономерностей в последние десятилетия. Молекулярная интерпретация кинетики химических процессов в свою очередь проливает свет па химическое строение реагируюп1,их молекул. Полученные таким образом выводы о молекулярной структуре вещества необходимо приводить в соответствие с различными характеристиками строения вещества, например величиной дипольпого момента данными по дифракции электронов и рентгеновских лучей, законами стереохимии.  [c.15]

    Соморджай и соавт. [236—239] для выяснения механизма каталитических превращений углеводородов на ступенчатых поверхностях платины пытались идентифицировать атомные центры монокристаллов Р1, ответственных за разрыв связей С—С, С—Н и Н—Н. Структура и состав поверхности монокристаллов Р1 были исследованы методами Оже-спектроскопии и дифракции медленных электронов. Полученные результаты сопоставлены с каталитическими свойствами Р1 ь реакциях О—Н-обмена, дегидрирования циклогексана в бензол и гидрогенолиза циклогексана с образованием н-гексана. [c.165]

    Несомненный интерес представляет цикл работ Со-морджая и сотр. [174—177] по исследованию кинетики различных реакций (в том числе дегидроциклизации) на монокристаллах металлов (Р1, 1г, N1, Ag) с одновременным определением структуры и состава поверхности методом дифракции медленных электронов и Оже-спект-роскопии. Показано, что атомные ступеньки на поверхности монокристалла Р1 являются активными центрами процессов разрыва связей С—Н и Н—Н. Зависимость скоростей реакций дегидрирования и гидрогенолиза циклогексана и циклогексена от структуры поверхности Р1 свидетельствует о существовании изломов и выступов на атомных ступеньках. Такие дефекты структуры являются особенно активными центрами процесса расщепления С—С-связей. Установлено, что активная поверхность Р1 в процессе реакции покрывается слоем углеродистых отложений свойства этого слоя существенно влияют на скорость и распределение продуктов каталитических реакций. Показано, что дегидрирование циклогексана до циклогексена не зависит от структуры поверхности (структурно-нечувствительная реакция). В то же время дегидрирование циклогексена и гидрогенолиз циклогексана являются структурно-чувствительными реакциями. Полученные результаты позволили расширить классификацию реакций, зависящих от первичной структуры поверхности катализатора и от вторичных изменений поверхности, возникающих в процессе реакции. При проведении реакций на монокристаллах 1г показано, что ступенчатая поверхность 1г в 3—5 раз более активна в [c. 252]

    Обычно хлорирование не изменяет углов между связями в молекуле, дифракция, например, показывает,, что даже в полихлорсоединеииях сохраняются тетраэдрические углы. Простые алкилхлориды имеют ди-нольные моменты порядка 1,8—2,1D. Б симметричных соединениях, как четыреххлористый углерод, гексахлорэтан и октахлорпропан дипольный момент равен нулю. 1,2-дихлорэтан теоретически может существовать в нс-форме с большим дипольным моментом и в транс-фо-рме с дипольным моментом, равным нулю. [c.66]

    Углеводороды, полученные по процессу Фишера-Тропша, очевидно, также имеют в основном линейную структуру их температура плавления от 126 до 129° [13] и 134° [24]. Все эти вещества, в осповном линейного строения, имеют плотности, приблизительно равные 0,96—0,98 г1мл, приближающиеся к вычисленной величине плотности 1,0 для кристаллитов полиэтилена, полученной па основе определения дифракции Х-лучей [c.168]

    Два последних высокомолекулярных алифатических углеводорода (полиэтилен и гидрированный полибутадиен) уникальны в том отношении, что они представляют собой примеры нерегулярно разветвленных структур. Фокс и Мертин при изучении инфракрасных снектров углеводородов в области 3—4 [л обнаружили полосу поглощения при 3,38 ц в спектре полиэтилена, которая является характеристической областью колебаний связи С—Н в метильных группах. Было определено, что соотношение СНз составляет от 1/д до 1/70- Все эти величины значительно превышают частоты, которых следовало ожидать, если бы полимеры представляли собой линейные углеводороды. Многие исследователи с тех пор способствовали детальной расшифровке инфракрасных спектров полиэтилена. Наиболее полные и точные исследования провели Рагг [28] и Кросс [9]. Последняя работа представляет особый интерес, поскольку в ней была определена зависимость между интенсивностью поглощения метильных групп и плотностью полимера. Степень кристалличности полиэтилена была определена при помощи нескольких различных методов, основанных, например, на измерениях плотности инфракрасных спектров, дифракции Х-лучей и теплоемкости. Ни один из этих методов не принимался за абсолютный, но метод, основанный на определении плотпости полимера, по-видимому, один из дающих наиболее достоверные данные. Поэтому Кросс впервые установил, что существует тесная зависимость между числом метильных групп в нолиэтиленах и их кристалличностью. [c.169]

    Мз квантовой теории света следует, что фотон неспособен дро биться он взаимодейстпует как целое с электроном металла, вы бивая его из пластинки как целое он взаимодействует и со светочувствительным веществом фотографической пленки, вызывая ес потемнение в определенной точке, н т. д. В этом смысле фотон ведет себя подобно частице, т. е. проявляет к о р н у с к у л я р ы с свойства. Однако фотон обладает и волновыми свойствами это проявляется в волновом. характере распространения света, в способности фотона к интерференции и дифракции. Фотом отличается от частицы в классическом понимании этого термина тем, что его точное положение в пространстве, как и точное положение любой волны, не может быть указано. Но он отличается и от классической волны — неспособностью делиться на части. Объединяя в себе корпускулярные и волновые свойства, фотон не является, строго говоря, ни частицей, ни волной, — ему присунда корпускулярно-волновая двойственность.  [c.66]

    Предположение де Бронля о наличии у электрона волновых свойств получило экспериментальное подтверждение уже в 1927 г., когда К- Д. Девиссоном и Л. X. Джермером в США, Дж. П. Томсоном в Англин и П. С. Тартаковским в СССР независимо друг от друга было установлено, что прн взаимодействии пучка электронов с дифракционной решеткой (в качестве которой использовались кристаллы металлов) наблюдается такая же дифракпион-ная картина, как и при действии на кристаллическую решетку металла пучка рентгеновских лучей в этих опытах электро вел себя как волна, длпна которой в точности совпадала с вычисленной по уравнению де Бройля. В настоящее время волновые свойства электронов подтверждены большим числом опытов и широко используются в электронографии — методе изучения структуры веществ, основанном на дифракции электронов. [c.70]

    Итак, электронам, как и фотонам, присуща, корпускулярноволновая двойственность. Корпускулярные свойства электрона вы-рал аются в его способности проявлять свое действие только к. чк це. юго. Волновые свойства электрона проявляются в особенностя.ч его движения, в дифракции п интерференции электронов. [c.71]

    Действие интерферометра основано па дифракции двойной щели. Параллельный пучок лучей, вышедший из коотлиматора I (рис. 42), проходит через две параллельные щелн 2 и конденсируется объекти- [c.85]

    Но вот произошло открытие рентгеновских лучей и радиоактивности. В 1895 г. Вильгельм Рентген (1845-1923) проводил опыты с сильно ваку-умированными круксовыми трубками (см. рис. 1-11), что позволяло катодным лучам соударяться с анодом без препятствий, создаваемых молекулами газа. Рентген обнаружил, что при этих условиях анод испускает новое излучение, обладающее большой проникающей способностью. Это излучение, названное им х-лучами (впоследствии его стали также называть рентгеновскими лучами), легко проходит через бумагу, дерево и мышечные ткани, но поглощается более тяжелыми веществами, например костными тканями и металлами. Рентген обнаружил, что х-лучи не отклоняются в электрическом и магнитном полях и, следовательно, не являются пучками заряженных частиц. Другие ученые предположили, что эти лучи могут представлять собой электромагнитное излучение, подобное свету, но с меньшей длиной волны. Немецкий физик Макс фон Лауэ доказал эту гипотезу спустя 18 лет, когда ему удалось наблюдать дифракцию рентгеновских лучей на кристаллах. [c.329]

---

Физикохимия полимеров (1968) — [ c.99 , c.105 ]

Нефтяные битумы (1973) — [ c.36 ]

Химия (1978) — [ c.0 ]

Химическая связь (0) — [ c.0 ]

Биохимия природных пигментов (1986) — [ c.15 ]

Химия твердого тела Теория и приложения Ч. 2 (1988) — [ c.2 , c.2 , c.4 , c.7 , c.8 , c.8 , c.71 , c.72 , c.90 , c.148 , c.154 , c.155 , c.177 , c.182 , c.184 , c.187 , c.201 , c.220 , c.304 ]

Искусственные драгоценные камни (1986) — [ c.116 ]

Искусственные драгоценные камни (1986) — [ c. 116 ]

Химия справочное руководство (1975) — [ c.391 ]

Рефрактометрические методы химии (1960) — [ c.0 ]

Современная общая химия Том 3 (1975) — [ c.0 ]

Основы органической химии (1968) — [ c.0 ]

Нестехиометрические соединения (1971) — [ c.0 ]

История химии (1975) — [ c.419 ]

Курс химии Часть 1 (1972) — [ c.143 ]

Возможности химии сегодня и завтра (1992) — [ c.0 ]

Курс общей химии (1964) — [ c.134 , c.135 ]

Основы органической химии (1983) — [ c. 0 ]

Теоретическая неорганическая химия Издание 3 (1976) — [ c.16 , c.290 ]

Неорганическая химия (1974) — [ c.44 ]

Неорганическая химия Издание 2 (1976) — [ c.49 ]

Основы органической химии 1 Издание 2 (1978) — [ c.0 ]

Основы органической химии Часть 1 (1968) — [ c.0 ]

Гетерогенный катализ (1969) — [ c.0 ]

Курс коллоидной химии (1964) — [ c.37 ]

Неорганическая химия (1987) — [ c.0 ]

Общая химия (1974) — [ c.769 ]

Современная общая химия (1975) — [ c. 0 ]

Основы стереохимии и конформационного анализа (1974) — [ c.0 ]

Сверхвысокомодульные полимеры (1983) — [ c.74 ]

Теоретическая неорганическая химия (1969) — [ c.16 , c.41 , c.193 ]

Теоретическая неорганическая химия (1971) — [ c.16 , c.40 , c.186 , c.187 ]

Применение спектров комбинационного рассеяния (1977) — [ c.0 ]

Кристаллические полиолефины Том 2 (1970) — [ c.16 ]

Рефрактометрические методы химии Издание 2 (1974) — [ c. 0 ]

Рефрактометрические методы химии Издание 3 (1983) — [ c.0 ]

Теоретическая неорганическая химия (1969) — [ c.16 , c.41 , c.193 ]

Химическая связь (1980) — [ c.0 ]

Строение материи и химическая связь (1974) — [ c.0 ]

Органическая химия Том 1 (1963) — [ c.0 ]

Новейшие методы исследования полимеров (1966) — [ c.0 ]

История химии (1966) — [ c.399 ]

Физическая химия Книга 2 (1962) — [ c.129 , c.162 ]

Основы общей химии Том 2 (1967) — [ c. 0 ]

Основы общей химии Том 2 Издание 3 (1973) — [ c.0 ]

Органическая химия Том 1 (1962) — [ c.0 ]

Высокомолекулярные соединения Издание 2 (1971) — [ c.325 , c.326 ]

Практические работы по физической химии Изд4 (1982) — [ c.355 ]

Физическая химия (1967) — [ c.0 ]

Биологические мембраны Структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами (2000) — [ c.0 ]

Теоретическая неорганическая химия (1971) — [ c.16 , c.40 , c.186 , c.187 ]

---

Твердые вещества Рентгеноструктурный анализ Дифракция.

Твердые вещества состоят из плотноупакованных частиц. Этими частицами могут быть атомы, молекулы либо ионы. Большинство твердых веществ находится в кристаллической форме. Это означает, что образующие их частицы предельно упорядочены в регулярной пространственной структуре.

Существуют, однако, и такие твердые вещества, в которых частицы не настолько упорядочены, чтобы образовывать регулярную кристаллическую структуру. Такие твердые вещества называются аморфными. Примером аморфного вещества является стекло. Его атомы имеют беспорядочное расположение. К аморфным веществам относится большинство полимеров. Полимеры имеют макромолекулярную цепочечную структуру, образуемую звеньями из небольших молекул, которые называются мономерами (см. гл. 20). Полимерные макромолекулы имеют неодинаковые размеры и поэтому не могут плотно упаковываться, образуя упорядоченное расположение.

Одно время считалось, что древесный уголь, кокс и сажа-разные формы углерода-являются аморфными веществами. Однако рентгеноструктурный анализ показал, что все эти формы углерода состоят из мелких графитоподобных кристаллов.

Рентгеноструктурный анализ

Дифракция

Описанием структуры кристаллов занимается наука кристаллография, самым действенным экспериментальным методом которой является рентгеноструктурный анализ. Этот метод основан на изучении рассеяния рентгеновских лучей, направляемых на исследуемые кристаллы.

Когда распространяющийся плоский фронт волн на поверхности воды достигает перегородки, в которой есть узкая щель, волны выходят из нее кругами (рис. 3.15). Это явление называется дифракцией. Дифракция присуща всем видам излучения, включая радиоволны, световые волны и рентгеновские лучи. При наличии в перегородке нескольких щелей каждая из них оказывается источником круговых или сферических волн. Эти волны интерферируют (взаимодействуют) друг с другом, взаимно уничтожаясь в одних местах и усиливаясь в других местах. Возникает своеобразная дифракционная картина.

Если направить рентгеновские лучи на кристалл, они частично поглотятся кристаллом, а частично пройдут его насквозь. Поглощаемые рентгеновские лучи вызывают возбуждение электронов в атомах кристалла. Когда электроны возвращаются на более низкие энергетические уровни, атомы вновь испускают рентгеновские лучи. Те из них, которые имеют совпадающую фазу, усиливают друг друга и могут быть обнаружены. Те же лучи, которые имеют противоположную фазу друг по отношению к другу, взаимно уничтожаются и не могут быть обнаружены (рис. 3.16). Таким образом, вновь испускаемые рентгеновские лучи образуют дифракционную картину.

Уильям Генри Брэгг (1862-1942) Уильям Лоуренс Брэгг (1890 1971).

В 1912 г. немецкий физик Макс фон Лауэ предположил, что кристаллы могут служить дифракционными решетками для рентгеновских лучей. Ему удалось получить дифракционную картину от кристалла пентагидрата сульфата меди(II) CuSO4 5h3O.

Вслед за этим открытием английские ученые Уильям Генри Брэгт и его сын Уильям Лоуренс Брэгг разработали методику рентгеноструктурного анализа на основе изучения дифракции и стали применять ее для определения структуры кристаллов. Они были совместно награждены Нобелевской премией по физике в 1915 г. Первая структура, которую они определили, была структура сульфида цинка, имеющего кубическую форму. В последующие годы Брэгги определили кристаллическую структуру многочисленных неорганических соединений, минералов, металлов и белков.

 

Оглавление:

РАЗНИЦА МЕЖДУ ДИФРАКЦИЕЙ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ И ДИФРАКЦИЕЙ ЭЛЕКТРОНОВ | СРАВНИТЕ РАЗНИЦУ МЕЖДУ ПОХОЖИМИ ТЕРМИНАМИ – НАУКА

В ключевое отличие между дифракцией рентгеновских лучей и дифракцией электронов заключается в том, что Дифракция рентгеновских лучей включает дифракцию падающего пучка рентгеновских лучей в разных нап

В ключевое отличие между дифракцией рентгеновских лучей и дифракцией электронов заключается в том, что Дифракция рентгеновских лучей включает дифракцию падающего пучка рентгеновских лучей в разных направлениях, тогда как дифракция электронов включает интерференцию электронного луча.

И рентгеновская дифракция, и электронная дифракция являются аналитическими методами, которые мы можем использовать для изучения материи. Другой такой метод – дифракция нейтронов. Эти методы раскрывают кристаллические структуры материи. Таким образом, эти методы применяются в физике твердого тела и химии.

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое дифракция рентгеновских лучей
3. Что такое дифракция электронов
4. Сравнение рядом – дифракция рентгеновских лучей и дифракция электронов в табличной форме
5. Резюме

Что такое дифракция рентгеновских лучей?

Рентгеновская дифракция или рентгеновская кристаллография – это аналитический метод, который мы используем для определения структуры кристаллов. Следовательно, теория, лежащая в основе метода, включает дифракцию падающего рентгеновского луча в разных направлениях. Короче говоря, измеряя углы и интенсивность дифрагированных лучей, мы можем определить трехмерную картину электронной плотности внутри этого кристалла. Следовательно, электронные плотности определяют положения атомов в кристаллической структуре. Кроме того, мы можем определить химические связи и другую информацию.

Кристаллы имеют правильно расположенные атомы. Рентгеновские лучи – это волны электромагнитного излучения. Следовательно, атомы в кристалле могут рассеивать рентгеновские лучи через электроны атомов. В результате рентгеновские лучи, падающие на электроны, вызывают вторичные волны (сферические волны), исходящие от электрона. Мы называем этот процесс «упругим рассеянием», а электрон действует как рассеиватель. Однако эти волны нейтрализуют друг друга посредством деструктивной интерференции.

Что такое дифракция электронов?

Электронная дифракция – это аналитический метод, который мы используем для изучения вопроса. Следовательно, теория, лежащая в основе этого метода, включает запуск электронов в образец для наблюдения интерференционной картины электронного луча. Термин интерференция относится к образованию результирующей волны из двух волн, которые имеют большую, меньшую или равную амплитуду. Обычно мы проводим этот эксперимент в просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ) или в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ). В этих приборах используется ускоренный электронный пучок (ускоренный электростатическим потенциалом).

Кристаллические твердые тела имеют периодическую структуру атомов. Эта периодическая структура действует как дифракционная решетка (разделяет и дифрагирует электронный луч на несколько лучей, движущихся в разных направлениях). Там рассеяние электронов происходит предсказуемым образом. Картина дифракции дает нам детали для предсказания структуры кристалла. Однако этот метод имеет большое ограничение из-за фазовой проблемы (проблема потери информации о фазе, которая может возникнуть при выполнении физических измерений).

В чем разница между дифракцией рентгеновских лучей и дифракцией электронов?

Рентгеновская дифракция и электронная дифракция являются важными аналитическими методами, которые мы можем использовать для определения кристаллической структуры кристаллических твердых тел. Ключевое различие между дифракцией рентгеновских лучей и дифракцией электронов состоит в том, что дифракция рентгеновских лучей включает дифракцию падающего пучка рентгеновских лучей в различных направлениях, тогда как дифракция электронов включает интерференцию электронного луча.

Кроме того, дифракция рентгеновских лучей использует пучок рентгеновских лучей, а дифракция электронов использует пучок электронов. Еще одно важное различие между дифракцией рентгеновских лучей и дифракцией электронов заключается в том, что дифракция электронов ограничена фазовой проблемой, хотя она не оказывает значительного влияния на дифракцию рентгеновских лучей. Более подробная информация о различиях между дифракцией рентгеновских лучей и дифракцией электронов представлена ​​в инфографике.

Заключение – Дифракция рентгеновских лучей и дифракция электронов

И рентгеновская дифракция, и электронная дифракция – это методы, которые мы можем использовать для определения структуры кристаллов. Ключевое различие между дифракцией рентгеновских лучей и дифракцией электронов состоит в том, что дифракция рентгеновских лучей включает дифракцию падающего пучка рентгеновских лучей в различных направлениях, тогда как дифракция электронов включает интерференцию электронного луча.

Дифракция рентгеновских лучей кристаллами – Микросистемы

Для подробного ознакомления с медицинской и исследовательской техникой основных мировых производителей оптических систем и сопутствующего оборудования посетите наш каталог или свяжитесь с нашими специалистами и получите полную профессиональную консультацию по любым, имеющимся у Вас, вопросам. 

 

Рис. 4.3 Схема рентгеновской трубки

 

Рис. 4.4 Взаимоотношение между краем поглощения никеля и эмиссионным спектром меди

Поэтому точно так же, как свет дифрагирует на решетке с очень близко расположенными линиями, так и рентгеновские лучи рассеиваются атомами, слагающими трехмерное пространство кристаллической решетки. При дифракции света каждое отверстие в решетке функционирует как новый источник лучей. Аналогичным образом каждое электронное облако в атомах кристалла рассеивает рентгеновские лучи и действует, как источник вторичных лучей с той же самой длиной волны. В 1912 г. У. Л. Брэгг показал, что в такой ситуации рентгеновские лучи ведут себя точно так же, как если бы они отражались от плоскостей, содержащих атомы, которые слагают кристаллическую структуру. Следовательно, все эти вопросы можно рассматривать с использованием более известных терминов, касающихся отражений от плоскостей, а в таком случае анализ существенно упрощается.

 

<б)

(а) условие отражения, (6) разность хода лучей

 

Рис. 4.5 Брэгговский угол отражения: = 2dsinq.

Представим себе систему атомных плоскостей (рис. 4.5) и пучок рентгеновских лучей, бомбардирующий их под углом q. Лучи не только пронизывают слои сеток, но и отражаются ими. На первой плоскости отражается луч о, на второй — луч Ъ. Лучи, отраженные от всей серии плоскостей, приобретают одинаковое направление, и если они находятся в противофазе, то, интерферируя между собой, будут гасить друг друга. Только в том случае, когда разница в длине пути лучей, отраженных от последовательных плоскостей, составляет четное число длин волн, они будут способны усиливать друг друга и образуют устойчивый ряд отраженных лучей. На рис. 4.5,б можно видеть, что лучи, отраженные от последовательных плоскостей, будут иметь разность хода ef + fg. Затем можно записать: ef = fg = dsinq, где d — расстояние по перпендикуляру между плоскостями. Итак, условие успешного отражения задается уравнением Брэгга—Вульфа

Из уравнения Брэгга—Вульфа видно, что семейство плоскостей, расположенных на одном и том же определенном расстоянии друг от друга, может отражать рентгеновские лучи заданной длины волны только под одним углом, равным углу падения.

Уравнение Брэгга—Вульфа используется для нахождения межплоскостных расстояний в кристалле. Как мы видели, рентгеновские лучи известной длины волны можно получить с помощью подходящей мишени и соответствующего фильтра. Угловые позиции отраженных лучей по отношению к исходному направлению неотклоненного пучка фиксируются на фотопленке или электронным рентгеновским детектором. В рентгеновских камерах фотопленка помещается вокруг исследуемого кристалла или перед ним в зависимости от конкретного типа камеры. Пленка засвечивается в тех местах, где на нее попадает отраженный пучок (см. рис. 4.6, а также рис. 4.15 и 4.16). Угол между прямым или неотклоненным пучком и отраженным пучком составляет 20. В современной кристаллографии для записи угла 2q между падающим и отраженным пучками обычно применяются дифрактометры, в которых используются электронные детекторы. Зная X и q, полученные при дифракционных исследованиях, можно рассчитать d.

Отсутствие отражений

Отражения для всех возможных значений hkl могут наблюдаться только в том случае, когда решетка является примитивной и симметрия кристалла не включает трансляционных элементов (плоскостей скольжения или винтовых осей). Если решетка представлена гране- или объемноцентрированным типом, то семейства плоскостей с некоторыми индексами не содержат всех узлов решетки. Для примера на рис. 4.17 приведена в плане базоцентрированная ромбическая решетка с нанесенными на ней следами некоторых характерных семейств плоскостей. Показано, что семейства, расположенные с левой стороны диаграммы, содержат все узлы решетки, тогда как у расположенных с правой стороны центральный узел на С-грани отсутствует. Устойчивые отражения не образуются от семейства плоскостей, у которых нет центральных узлов, так как отсутствующие и имеющиеся узлы совместно образуют параллельные семейства плоскостей с межплоскостным расстоянием, равным половине d, как это показано на рисунке. Эти меньшие чем d межплоскостные расстояния вполне удовлетворяют уравнению Брэгга—Вульфа. Ряды с большими межплоскостными расстояниями не могут давать собственных отражений в связи с тем, что они будут гаситься другими отражениями (отличающимися по фазе на 1 /2l) от плоскостей с половинным расстоянием между узлами решетки, не находящимися с ними в одной фазе.

В рассматриваемом случае требование, чтобы семейство плоскостей содержало все узлы решетки, удовлетворяется, когда значение (h + к) представлено четным числом. Если (h + к) нечетное, то центральные узлы отсутствуют и никаких отражений не возникает.

Этот принцип можно обобщить в ряд правил, которые сведены в приводимую ниже таблицу и позволяют идентифицировать тип решетки по сочетанию чисел индекса, устанавливаемых на основе дифракционной картины. В тех случаях, когда необходимые ограничения не удовлетворяются, отражения будут систематически отсутствовать.

На рис. 4.18 схематически показано влияние на порошковую дифрактограмму систематического отсутствия отражений, что обусловлено типом решетки кубических элементарных ячеек.

 

Рис. 4.17 Отсутствие отражений

Кроме того, систематическое отсутствие отражений связано с трансляционными элементами симметрии — плоскостями скольжения и винтовыми осями. Но отражения возникают вновь, когда распределение атомов, объединенных этими операторами симметрии, таково, что отражения от некоторых рядов плоскостей будут иметь разность фаз, равную 1/2l, и поэтому их интенсивность будет равняться нулю. Полные табличные данные систематического отсутствия отражений, связанного с операторами трансляционной симметрии, содержатся в некоторых публикациях, приведенных в конце главы.

 

Рис. 4.18 Порошковая дифрактограмма (Со Ka излучение с X = 0,179026 нм) кубического кристалла с а = 0,375 нм, иллюстрирующая систематическое отсутствие отражений, связанное с типом решетки. Вверху — примитивная решетка (P): возможны все значения h, k и /; в середине — объемноцентрированная решетка (I): отражения возникают только в том случае, когда сумма h + k +l является четным числом; внизу — гранецентрированная решетка (F): h, k и l должны быть все четные или все нечетные

Дифракция нейтронов

Нейтроны могут рассеиваться атомными плоскостями кристалла, и поэтому их можно использовать для определения кристаллической структуры. Однако в отличие от рентгеновских лучей и электронов, которые рассеиваются электронами, рассеяние нейтронов вызывается ядрами атомов. В то время как рассеяние рентгеновских лучей связано с атомным номером, рассеяние нейтронов такой связи не обнаруживает. Дифракция нейтронов позволяет распознавать атомы с близкими атомными номерами, например такие, как Si и Al. Следовательно, ее можно использовать для определения степени упорядочения решетки в тетраэдрических узлах силикатов, а также для обнаружения легких элементов, таких, как H и Li, выявить которые традиционными методами рентгеновской дифракции бывает затруднительно. Поскольку нейтроны взаимодействуют и с неспаренными электронами в кристаллах, то дифракция нейтронов применяется также для изучения магнитной упорядоченности в минералах. Исследования методами порошковой дифракции и дифракции в монокристаллах можно проводить с использованием нейтронов. Но имеются два важных ограничения, которые препятствуют их широкому применению в минералогии. Первое ограничение связано с тем фактом, что пучок нейтронов, как правило, маломощен (т. е. обладает слабым потоком) и поэтому для исследования необходимо иметь значительно большие количества материала, чем при дифракции рентгеновских лучей — требуется монокристалл с ребром в несколько миллиметров или порошок массой в несколько граммов. Другое важное ограничение состоит в том, что в большом количестве нейтроны генерируются лишь в ядерных реакторах, и поэтому исследования с использованием нейтронов могут проводиться только на специальных ядерных установках.

Дифракция электронов и просвечивающий электронный микроскоп

Электроны, подобно рентгеновским лучам и нейтронам, характеризуются длиной волны, и поэтому атомные плоскости в кристалле почти точно так же рассеивают и их. Электронные дифракционные картины получаются с помощью просвечивающего (трансмиссионного) электронного микроскопа (ПЭМ). При этом длины волн ускоренных электронов зависят от разности потенциалов между катодом и анодом. У типичного ПЭМ, имеющего ускоряющий потенциал 100 или 200 кВ, длины волн электронов в пучке составляют соответственно 0,0037 и 0,0025 HM, т. е. они приблизительно в 50-100 раз меньше, чем длины волн рентгеновских лучей. Вследствие этого при дифракции электронов брэгговские углы в гораздо меньше, и поэтому удается получать электронные дифракционные картины, подобные прецессионным фотографиям монокристаллов. При этом нет необходимости вращать кристалл в электронном пучке или передвигать пленку (рис. 4.19).

Имеются и другие различия между дифракцией электронов и рентгеновских лучей. Электроны, как и рентгеновские лучи, рассеиваются электронными облаками атомов, находящихся в кристаллографических плоскостях, но приблизительно в 100 раз интенсивнее, чем рентгеновские лучи. Это позволяет исследовать гораздо более мелкие фрагменты кристалла и облегчает изучение таких слабых дифракционных эффектов, какие возникают при некоторых формах упорядочения атомов. Главное различие, однако, состоит в том, что электроны в отличие от рентгеновских лучей могут фокусироваться магнитными линзами, что позволяет с легкостью получать изображения на ПЭМ.

 

Рис. 4.19 Электронная дифракционная картина галенита PbS вдоль четверной оси.

Существует много общего в процессе получения изображения на ПЭМ и обычном поляризационном микроскопе. На рис. 4.20 приведены схематические чертежи этих двух типов микроскопов. Заметим, что на этом рисунке поляризационный микроскоп изображен в перевернутом виде — источник освещения находится вверху, а не внизу.

У ПЭМ источником электронов является нить электронной пушки. Электроны образуются при прохождении через нить сильного электрического тока и ускоряются за счет разности потенциалов между катодом и анодом. Затем пучок электронов проходит через ряд электромагнитных линз, составляющих конденсорную линзовую систему, которая фокусирует электроны в четко ограниченный пучок. После этого пучок проходит через образец и электроны рассеиваются атомными плоскостями. На следующем этапе дифрагированный электронный пучок проходит через линзы объектива. Электронная дифракционная картина образуется на тыловой фокальной плоскости линзы объектива. Это в какой-то степени аналогично тому, что происходит при рассмотрении оптических фигур с линзами Бертрана (см. разд. 7.8.5). Затем пучок проходит через систему промежуточных и проекционных линз, которая служит для увеличения изображения и проецирования его на экран прямого видения. Электромагнитные линзы системы промежуточных и проекционных линз могут быть настроены таким образом, что на экран прямого видения будет проецироваться или электронная дифракционная картина, или увеличенное изображение образца. Чтобы электроны в пучке не рассеивались атомами и молекулами воздуха, в колонне микроскопа необходимо создать очень высокий вакуум. Для изучения на ПЭМ образцы должны быть очень тонкими (менее 1 мкм), а для создания высокого разрешения в тех случах, когда получается непосредственное изображение кристаллической структуры, нужно иметь образцы толщиной меньше 10 HM. Для исследований на ПЭМ образцы можно изготовить путем раздавливания и растирания минералов или другими методами измельчения, которые позволяют довести до требуемой толщины участки обычных петрографических шлифов.

 

Рис. 4.20 Схемы поляризационного микроскопа (слева) и просвечивающего электронного микроскопа (справа). На этом чертеже поляризационный микроскоп изображен в перевернутом виде — источник освещения находится не снизу, а сверху.

Изображения, получаемые на ПЭМ

Будучи инструментом современной минералогии, ПЭМ дает возможность исследовать минералы множеством различных способов и поставляет информацию о структурных взаимоотношениях, которую трудно получить другими методами.

Высокая разрешающая способность при получении структурных изображений

Разрешающая способность поляризационных микроскопов зависит от длины волны света. А у современных ПЭМ она ограничивается не длиной волны используемых электронов, а оптическими характеристиками электромагнитных линз и другими инструментальными факторами. Электронные микроскопы, приспособленные для воспроизведения изображений с высоким разрешением, дают прямые картины структур или кристаллических решеток с разрешением между 0,15 и 0,25 HM (рис. 4.21). Изображение решетки с высоким разрешением позволяет непосредственно наблюдать пространственное расположение атомов в минералах, но при этом не достигается такая точность измерений структур, которую можно получить при использовании рентгеновской дифракции на монокристаллах. Поэтому данный метод применяется преимущественно тогда, когда отсутствуют монокристаллы необходимого для рентгенографии размера. С его помощью можно также проследить ход полиморфных фазовых переходов и реакций между минералами на атомном уровне (рис. 4.22).

 

Рис 4.21 Выполненная на просвечивающем электронном микроскопе с высокой разрешающей способностью микрофотография структуры галенита вдоль четверной оси В нижнем правом углу приведено изображение ребра кристалла Там же можно видеть изменения в изображении деталей при увеличении толщины препарата

 

Рис 4.22 Микрофотография, выполненная на ПЭМ с высоким разрешением и показывающая взаимопрорастание лизардита — минерала из группы серпентина (С) и талька (T) в кристалле амфибола (А) Заметим, что концы серпентиновых слоев завернуты в обратную сторону, образуя цилиндрические формы

 

Рис. 4.23 Электронная микрофотография, показывающая экссолюционные пластинки альбита в криптопертите. Отметим двойникование в альбитовых пластинах, связанное со сменой моноклинной фазы на триклинную, которая произошла при охлаждении уже после распада твердого раствора

 

Рис. 4 24 Электронная микрофотография, показывающая двойникование альбита и экссолюцию пластинок калиевого полевого шпата в анортоклазе (Ab75Or20An5) с горы Франклин пров Виктория (Австралия) Заметим, что двойникование альбита предшествует распаду калиевого полевого шпата

Получение контрастного изображения с помощью дифрагированных пучков

В то время как при получении изображения решетки с высоким разрешением большинство дифрагированных пучков (или все они) для образования изображения воссоединяются в тыловой фокальной плоскости линзы объектива, при контрастном изображении число дифрагированных пучков, участвующее в формировании изображения, ограничивается посредством введения апертуры в тыловую фокальную плоскость линзы объектива. Следовательно, изображение можно получать путем отбора только одного или двух пучков—центрального недифрагированного пучка и одного или нескольких подвергшихся дифракции.

При этом образуется, хотя и с гораздо более низким разрешением (обычно 0,5-2,0 HM), изображение, позволяющее изучать в деталях такие объекты, как кристаллографические дефекты, мельчайшие продукты распада твердого раствора, двойники, а также взаимное прорастание минеральных фаз. С помощью контрастного изображения была выявлена тонкая микроструктура полевых шпатов и пироксенов, что позволило исследователям лучше понять кристаллохимию и термическую историю этих минералов в различных породах (рис. 4.23 и 4.24).

Рентгеновская дифракция – от порошков и твердых веществ до тонких пленок и наноматериалов

При исследовании материалов ученые рассматривают множество аналитических вопросов, связанных с кристаллической структурой образцов материалов. Рентгеновская дифракция (XRD) – это единственная лабораторная технология, которая позволяет получать структурные данные, такие как химический состав, кристаллическая структура, размер кристаллита, деформация, предпочтительная ориентация и толщина слоя. В связи с этим исследователи материалов используют XRD для анализа широкого спектра материалов, от порошков и твердых веществ до тонких пленок и наноматериалов.

Наука и промышленность

Многие исследователи, работающие в промышленных и научных лабораториях, используют рентгеновскую дифракцию в качестве инструмента для разработки новых материалов или повышения эффективности производства. Инновации в области рентгеновской дифракции тесно связаны с изучением новых материалов, например в полупроводниковых технологиях, или исследованиями в фармацевтической промышленности. Промышленные исследования направлены на постоянное повышение скорости и эффективности производственных процессов. Полностью автоматизированный анализ с помощью рентгеновской дифракции в таких отраслях как, добыча полезных ископаемых и производство строительных материалов, позволяет получить более экономичные решения для управления производством.

Решения аналитических задач

Рентгеновский дифракционный анализ отвечает многим аналитическим потребностям материаловедов. В сфере производства порошков химические фазы идентифицируют как качественно, так и количественно. Рентгеновская дифракция высокого разрешения позволяет выявлять такие параметры слоя, как состав, толщина, шероховатость и плотность в тонких пленках полупроводников. Малоугловое рентгеновское рассеяние и парная функция распределения (PDF) помогают анализировать структурные свойства наноматериалов. Напряжения и предпочтительная ориентация могут быть определены в широком диапазоне твердых веществ и сложных инженерных компонентов.

Узнайте больше!

Malvern Panalytical приглашает вас ознакомиться с широким спектром аналитических задач, которые позволит решить дифрактометр.

Дифракция атомов и молекул – «Энциклопедия»

ДИФРАКЦИЯ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ, упругое рассеяние пучка атомов или молекул газом или поверхностью твёрдого тела с образованием пучков частиц, отклонённых от направления распространения начального пучка. При дифракции атомов и молекул взаимодействуют внешние электронные оболочки частиц пучка и мишени; характер рассеяния определяется потенциалом взаимодействия рассеиваемых и рассеивающих частиц. Обычно рассеянное излучение включает как упругие, так и неупругие компоненты взаимодействия.

Дифракция атомов и молекул была открыта в 1928-30 годах О. Штерном и немецким физиком И. Эстерманом в экспериментах по рассеянию пучков Ne, Не, Н, Н₂, D₂ и др. поверхностью галогенидов щелочных металлов и, как и дифракция электронов, явилась подтверждением реальности существования волн де Бройля. Для молекул лёгких газов с энергией порядка десятков мэВ длина волны де Бройля составляет около 0,1 нм, то есть сопоставима с межатомными расстояниями в молекулах и кристаллах, чем и объясняется возможность явления дифракции атомов и молекул (смотри Дифракция волн, Дифракционная решётка).

Реклама

Для изучения дифракции атомов и молекул монокристаллическую (или газовую) мишень, играющую роль дифракционной решётки для направляемого на неё пучка атомов или молекул, помещают в камеру, в которой поддерживается высокий вакуум. Распределение в пространстве интенсивности провзаимодействовавших с мишенью частиц измеряется с помощью детекторов частиц. Дифракционные пучки наблюдаются при создании определённых условий (аналогичных Брэгга – Вульфа условию), что достигается изменением взаимной ориентации направления распространения первичного пучка, мишени (её кристаллографических плоскостей) и детектора. Упругие и неупругие составляющие в дифракционных пучках регистрируются, например, с помощью времяпролётного анализатора распределения частиц по скоростям.

Особенности дифракции атомов и молекул в сравнении с дифракцией электронов, дифракцией нейтронов и дифракцией других частиц связаны с наличием у атомов и молекул собственных линейных размеров порядка 0,1 нм, с их малой кинетической энергией, существованием внутренних электронных (а для молекул ещё и колебательных и вращательных) степеней свободы, возможностью различной пространственной ориентации молекул относительно дифракционной решётки мишени, со специфическими особенностями конкретного потенциала взаимодействия. Дифракция атомов и молекул, как и другие виды дифракции, используется для структурных исследований. Наличие у атомов и молекул значительных собственных размеров (сечение взаимодействия атомов Не или Н примерно в 10¹⁰ раз больше, чем у нейтрона) не позволяет им проникать в глубь образца, что даёт возможность исследовать структуру его поверхности, двумерные фазовые переходы, динамику поверхностной части кристаллической структуры, явления адсорбции и катализа, деформации внешних электронных оболочек в молекулах и кристаллах. При этом низкая кинетическая энергия частиц в пучках недостаточна для инициирования химических реакций на поверхности образца, которые часто происходят под действием электронов с энергиями 20-200 эВ.

В основе решения структурных задач с помощью дифракции атомов и молекул лежат те же методы, что и в других типах структурного анализа (рентгеновского структурного анализа, электронографии, нейтронографии): метод последовательных приближений, метод функций Паттерсона и др. Однако особенности дифракции атомов и молекул потребовали разработки новых приёмов и теоретических исследований, учитывающих особенности конкретной потенциальной кривой взаимодействия, размеры частиц, возможность их одновременного взаимодействия с несколькими частицами и  т.д.

Интерференционно-дифракционные явления, возникающие при рассеянии атомных и молекулярных пучков на газовых мишенях, лежат также в основе столкновительной спектроскопии. Изучение поверхностных структур и динамики кристаллической решётки с помощью дифракции атомов и молекул, а также столкновительная спектроскопия позволяют получать информацию, недоступную другим методам. Интерес к исследованию рассеяния газов различными мишенями стимулировался в 1950-60-е годы проблемами динамики разреженных газов. В современной технике используются сверхзвуковые молекулярные пучки с Маха числом около 10, с высокой интенсивностью и монохроматичностью.

Лит.: Флерова М. Н. Дифракция молекулярных лучей от кристаллов // Успехи физических  наук. 1935.  Т. 15. Вып. 5; Никитин Е. Е., Овчинникова М. Я. Интерференционные явления в атомном рассеянии // Там же. 1971. Т. 104. Вып. 7; Engel Т., Rieder К. Н. Structural studies of surfaces with atomic and molecular beam diffraction // Structural studies of surfaces. В. а. о., 1982.

 Ю. Н. Любитов.

Основы дифракции | Центр химического приборостроения

Рентгеновская дифракция (XRD)
Q1. Что такое дифракция рентгеновских лучей и каковы ее применения?
Q2. Помогает ли XRD определить кристаллическую структуру и молекулярную формулу?
Q3. Каковы основные принципы XRD?
4 квартал. Что такое рентгеновская кристаллография?
Q5. Что такое кристаллическая структура?

1 кв. Что такое рентгеновская дифракция и каково ее применение в химии?

A1. Явление, при котором рентгеновские лучи отражаются от атомов в кристаллическом твердом теле, называется дифракцией. Дифрагированные рентгеновские лучи создают картину, которая показывает структурную ориентацию каждого атома в данном соединении.

Рентгеновская дифракция широко используется в химии для определения характеристик органических и неорганических соединений, которые производятся для фармацевтических компаний или для производства батарей для сотовых телефонов.

XRD определяет геометрию или форму молекулы с помощью рентгеновских лучей.Этот метод основан на упругом рассеянии рентгеновских лучей от структур дальнего порядка (кристаллические твердые тела). Методика XRD делится на две категории в зависимости от морфологии и размера образца:

1. Если образец кристалла достаточно велик, его можно проанализировать с помощью дифракции рентгеновских лучей на монокристалле , , которая решает для всей структуры в диапазоне от от простых неорганических твердых веществ до сложных макромолекул. Когда мы говорим «кристаллы достаточно большого размера», обратите внимание, что они все еще достаточно малы для нормального глаза (в большинстве случаев как пылинка!).

2. Не образует достаточно крупных кристаллов, затем образец анализируют с использованием метода X-ray Powder дифракции (XRPD). Порошки кристаллических материалов дифрагируют рентгеновские лучи. Пучок рентгеновских лучей, проходящий через образец со случайно ориентированными микрокристаллами, создает узор из колец на удаленном экране. XRPD дает меньше информации, чем дифракция рентгеновских лучей на монокристалле; однако это намного проще и быстрее. XRPD полезен для подтверждения идентичности твердого материала и определения кристалличности и чистоты фазы.

2 кв. Помогает ли XRD в определении кристаллической структуры и молекулярной формулы кристаллического соединения?

A1. XRD – важный метод для характеристики структуры кристаллического материала. Его можно использовать для определения параметров решетки, расположения отдельных атомов в монокристалле или фазового анализа в случае поликристаллических материалов и компаундов. С помощью XRD и кристаллографии можно определить кристаллическую структуру и молекулярную формулу кристаллического соединения.

3 кв. Каков принцип XRD?

A3. XRD определяет геометрию или форму молекулы с помощью рентгеновских лучей. Методы XRD основаны на упругом рассеянии рентгеновских лучей на структурах с дальним порядком. Рентгеновские лучи дифрагируют на кристалле, потому что длина волны рентгеновских лучей аналогична межатомному расстоянию в кристаллах.

Когда рентгеновский луч встречает регулярное трехмерное расположение атомов в кристалле, большая часть рентгеновских лучей будет деструктивно интерферировать друг с другом и нейтрализовать друг друга, но в некоторых определенных направлениях X -лучевые балки конструктивно пересекаются и усиливают друг друга.Именно эти усиленные дифрагированные рентгеновские лучи создают характерную картину дифракции рентгеновских лучей, которая используется для определения кристаллической структуры.

W.L. Брэгг в начале 19 века показал, что дифрагированные рентгеновские лучи действуют так, как если бы они «отражались» от семейства плоскостей внутри кристаллов. Эти плоскости Брэгга, позже названные в его честь, представляют собой ряды атомов, которые составляют кристаллическую структуру, как показано на рисунке ниже.

Эти отражения возникают только при определенных условиях, которые удовлетворяют уравнению:

Приведенное выше уравнение также известно как уравнение Брэгга.Здесь n – целое число (1,2,3, … n), лямбда – длина волны, d – расстояние между атомными плоскостями, а тета – угол падения рентгеновских лучей. Рентгеновский луч проходит более длинный (но параллельный) путь, потому что он «отражается» от соседней атомной плоскости. Эта разница в длине пути должна равняться целочисленному значению единицы падающих рентгеновских лучей, чтобы возникла конструктивная интерференция, чтобы образовался усиленный дифрагированный луч.

4 кв.Что такое рентгеновская кристаллография?

A4. Рентгеновская кристаллография – это метод определения расположения атомов внутри кристалла, при котором пучок рентгеновских лучей падает на кристалл и рассеивается во многих различных направлениях. По углам и интенсивности этих рассеянных лучей можно составить трехмерную картину плотности электронов внутри кристалла. По этой электронной плотности можно определить средние положения атомов в кристалле, а также их химические связи, их беспорядок и другую другую информацию.Поскольку очень многие материалы могут образовывать кристаллы – такие как соли, металлы, минералы, полупроводники и различные неорганические, органические и биологические молекулы. Рентгеновская кристаллография сыграла фундаментальную роль в развитии многих научных областей.

Q5. Что такое кристаллическая структура?

А5. Кристаллическая структура – это уникальное расположение атомов / молекул / ионов в кристалле. Кристаллическая структура состоит из мотива, набора атомов / молекул / ионов, расположенных определенным образом, и решетки.Мотивы расположены на точках решетки, которая представляет собой массив точек, периодически повторяющихся в трех измерениях. Точки можно представить как образующие идентичные зубчатые боксы, называемые элементарными ячейками, которые заполняют пространство решетки. Длины краев элементарной ячейки и углы между ними называются параметрами решетки.

Следующий раздел >> Рентген в химии

Рентген в химии | Центр химического приборостроения

Рентгеновские лучи в химии
Q1.Почему рентгеновские лучи используются для определения характеристик химических соединений?
Q2. Каковы применения рентгеновских лучей в химии?

1 кв. Почему для характеристики кристаллической структуры химических соединений используются рентгеновские лучи, а не видимый свет?

A1. Рентгеновские лучи и видимый свет являются частью электромагнитного излучения, однако рентгеновские лучи имеют очень высокую энергию и очень маленькую длину волны по сравнению с видимым светом, который имеет очень низкую энергию и очень большую длину волны.Малая длина волны рентгеновского излучения сравнима с межатомными расстояниями в кристалле по сравнению с большой длиной волны видимого света.

Поскольку основной задачей структурной характеристики является возможность увидеть пространственное расположение атомов в кристаллической структуре, поэтому рентгеновские лучи более подходят по сравнению с видимым светом.

Следующая анимация должна помочь вам понять разницу в длине волны между рентгеновскими лучами и видимым светом и их способность помочь увидеть кристаллическую структуру.

2 кв. Каковы различные применения рентгеновских лучей в химии?

A2. Рентгеновские лучи находят различные применения в зависимости от явлений, которые они проявляют при взаимодействии с образцом. Эти явления можно разделить на следующие три категории:

(a) Поглощение: когда рентгеновский луч попадает на образец и поглощается. Это часто используется в медицинских целях, чтобы узнать о переломах костей и т. Д.путем прохождения низкоэнергетического рентгеновского излучения через пораженную часть тела.

(b) Рассеяние: это основа анализа материалов, который включает определение характеристик посредством расположения атомов в кристаллической решетке. Каждый кристалл состоит из регулярного упорядоченного массива атомов в трех измерениях; каждый атом в этом массиве имеет определенную электронную плотность, основанную на атомном номере этого конкретного атома. Падающий рентгеновский луч рассеивается этими электронными плотностями и генерирует дифракционную картину, которую можно использовать для определения кристаллической структуры данного химического вещества.

(c) Флуоресценция: это явление, которое происходит, когда образец облучается высокоэнергетическим рентгеновским излучением, падающим и выбрасывающим самые внутренние электроны. Образовавшийся зазор заполняется электронами внешней оболочки, падающими вниз, чтобы заполнить образовавшийся зазор. Энергия электрона внешней оболочки должна соответствовать энергии электрона внутренней оболочки, чтобы он мог занять внутреннюю оболочку. Избыточная энергия выделяется в виде флуоресценции. Поскольку каждый атом в периодической таблице выделяет определенное количество энергии, можно выполнить качественный и количественный элементный анализ любого образца.

Вернуться на главную страницу рентгенографии

Основы кристаллографии | Центр химического приборостроения

Основы кристаллографии
Q1. Что такое кристалл?
Q2. Что такое кристаллическая структура?
Q3. Что такое элементарная ячейка и решетка?
4 квартал. Как расположение атомов помогает определить кристаллическую структуру?

1 кв. Что такое кристалл?

A1. Кристалл состоит из материи, состоящей из упорядоченного трехмерного расположения атомов, молекул или ионов.Это можно представить как укладку кирпичей в стену (напоминая двумерное упорядоченное расположение кирпичей!).

2D Упорядоченное расположение кирпичей	Упорядоченное расположение атомов в 3D

Q2. Что такое кристаллическая структура?

A2. Кристаллическая структура – это уникальное расположение атомов, молекул или ионов в кристалле. Он состоит из мотива, который представляет собой набор атомов, расположенных определенным образом, и решетки.Мотивы расположены на точках решетки, которая представляет собой массив точек, периодически повторяющихся в трех измерениях. Точки можно представить как формирующие идентичные крошечные коробочки, называемые элементарными ячейками , которые заполняют пространство решетки.

Длины краев элементарной ячейки и углы между ними называются параметрами решетки .

В природе часто наблюдается, что один элемент / молекула может существовать в различных кристаллических структурах на основе различий в периодическом расположении атомов друг относительно друга.Это свойство материалов иметь более одной формы или кристаллической структуры называется полиморфизмом .

Пример полиморфизма, который легко увидеть в нашей повседневной жизни, – это углерод; он существует как алмаз и графит, из которых алмаз является самым твердым материалом, который используется в режущих инструментах, а также в ювелирных изделиях. Однако графит – мягкий материал, который находит применение в наших карандашах и смазках. На рисунках ниже показаны фундаментальные различия в том, как атомы расположены в трехмерных массивах в алмазе и графите, которые оба состоят из одного и того же элемента углерода.

Атомы углерода в алмазе	Атомы углерода в графите

Q3. Что такое элементарная ячейка и решетка? Есть ли какая-либо классификация элементарных ячеек и решеток на основе расположения атомов?

A3. Элементарная ячейка является наименьшим строительным блоком кристалла и представляет собой репрезентативную единицу повторяющихся мотивов в кристаллической структуре.

Решетка – геометрическая основа всех кристаллов. Решетку можно рассматривать как регулярное и бесконечное расположение точек / атомов, в котором каждая точка / атом имеет одинаковое окружение. Это в равной степени применимо в одно-, двух- и трехмерном пространстве.

Решетки в трех измерениях имеют три не копланарных постоянных решетки (как коробка из-под обуви!), Обозначенные векторами трансляции a, b, и c (иногда обозначаются как x, y , и z соответственно для трех вершин, обращенных перпендикулярно друг другу), и угол между тремя вершинами bc, ac, и ab , обозначенный как α (альфа) , β (бета) и g (гамма) соответственно.

Начнем с двумерной решетки, которую можно рассматривать как сетку , как показано ниже.

Двумерная решетка, изображенная как сетка

Сеточная решетка – это массив точек (показанных розовыми точками!). Эта чистая решетка (вверху) представляет собой двойную вращательную симметрию относительно каждой розовой точки (представляющей положение атома).

При выборе элементарной ячейки соблюдается универсальное кристаллографическое соглашение; Элементарная ячейка – это наименьшая повторяющаяся единица, для которой ее разграничивающие векторы параллельны или совпадают с важными направлениями симметрии в решетке.На рисунке выше a и b – это возможная элементарная ячейка, но она не дает информации о симметрии решетки, если рассматривать ее изолированно. Однако a` и b` (зеленые) совпадают с линиями симметрии (зеркальными) в сети, поэтому это предпочтительнее.

Трехмерные решетки (также известные как решетки Браве) можно представить себе как образованные путем регулярной укладки сетей. Это можно сделать 14 способами, как показано ниже:

Элементарные ячейки 14 решеток Браве (трехмерные решетки)

Каждая решетка представлена ​​элементарной ячейкой, очерченной тремя векторами a, b, и c .В соответствии с соглашением эти векторы выбираются так, чтобы они оба образовывали параллельный трубопровод наименьшего объема в решетке и были параллельны важным направлениям симметрии в решетке или совпадали с ними, так что не все обычные элементарные ячейки являются примитивными. В трех измерениях мы встречаем элементарные ячейки, центрированные на паре противоположных граней, центрированные по телу или центрированные на всех гранях.

Подробнее читайте в книге, указанной в справочнике.

Ссылка: Определение структуры методом рентгеновской кристаллографии, М.F.C. Лэдд и Р.А. Палмер, 3-е издание, Plenum Press, NY.

4 кв. Как различное расположение атомов в элементарной ячейке и решетке помогает в определении кристаллической структуры соединения?

A4. Из-за разного расположения атомов в элементарной ячейке рентгеновские лучи дифрагируют по-разному. Каждая структура имеет уникальную картину дифракции рентгеновских лучей (сравнимую с отпечатками пальцев человека), которая дает информацию об определенном пространственном расположении атомов в элементарной ячейке и решетке.Это, в свою очередь, дает информацию о кристаллической структуре.

Следующий раздел >> Состояния вещества

Состояния вещества | Центр химического приборостроения

Состояния вещества
Q1. Что такое материя?
Q2. Почему материя бывает твердой, жидкой или газообразной?
Q3. Как классифицируется твердотельное тело?
4 квартал. Что такое кристаллическое твердое вещество?

1 кв. Что такое материя’? Существуют ли разные виды «материи»?

A1. Материя – это все, что имеет массу и до некоторой степени форму. Есть три основных вида материи, которые часто называют , три состояния материи , и все мы сталкиваемся с ними в нашей повседневной жизни. Это:

1. Газообразный: воздух, которым мы дышим и который нам приятно, когда его слегка обдувают, является одним из примеров газообразного состояния. Это состояние вещества можно отличить по низкой плотности и вязкости, значительному расширению и сжатию при изменении давления и температуры, способности легко диффундировать; и спонтанная тенденция к равномерному распределению по любому контейнеру.Воздух, которым мы дышим, состоит из газообразных состояний, состоящих из многих элементов, из которых только кислород улавливается нашим телом.

2. Жидкость: кола, кофе, чай, медведь и вода – все это примеры жидких состояний. Это состояние является конденсированным по сравнению с газообразным, поскольку молекулы / атомы притягиваются друг к другу; силы притяжения сравнительно сильнее, чем в газообразном состоянии. Жидкости более вязкие, чем газы, потому что они толще и более устойчивы к течению.Жидкости занимают определенный объем и не поддаются сжатию.

3. Solid: мы все живем на твердой земле! В твердом состоянии вещества молекулы / атомы / частицы плотно упакованы и удерживаются вместе очень сильными силами. Молекулы не могут свободно перемещаться, однако они могут колебаться в своих фиксированных положениях. Таким образом, твердые тела имеют устойчивую и определенную форму. В зависимости от того, как атомы / молекулы расположены в твердом теле, твердое состояние можно дополнительно разделить на два состояния:

(a) Кристаллическое твердое состояние: демонстрирует фиксированный дальний порядок периодического расположения атомов / молекул во всех трех измерениях. .Среди распространенных примеров – каменная соль, сахар, металлические ключи и т. Д.

(b) Аморфное твердое состояние: не демонстрируют периодического расположения атомов / молекул во всех трех размерностях или имеют ближний порядок. Типичные примеры – оконное стекло, сахарная вата и т. Д.

Помимо трех вышеуказанных состояний материи есть еще два Менее встреченных состояний материи, это:

4. Плазма: Материя состоит из атомов / молекулы, при условии стандартного давления и температуры (STP) вещество имеет электроны, которые вращаются вокруг ядра атома.Если температура достаточно высока, электроны в валентной оболочке приобретают достаточно кинетической энергии, чтобы покинуть атом. В этом состоянии электроны больше не связаны на орбитах вокруг ядра. Это состояние, в котором газ становится скоплением отрицательно заряженных электронов, которые избежали притяжения ядра, и ионов, заряженных положительно, потому что они потеряли один или несколько электронов, известно как состояние плазмы.

5. Жидкие кристаллы: не являются ни жидкими, ни твердыми.Они текут как жидкость, однако обладают некоторыми свойствами, аналогичными свойствам кристаллических твердых тел. Примером их применения является ЖК-телевизор с плоским экраном или монитор ноутбука / компьютера, мобильные телефоны, часы, калькуляторы, дисплеи банкоматов и т. Д.

Q2. Как вещество переходит в твердое, жидкое или газообразное состояние?

A2. Всякий раз, когда два атома элемента (одного и того же или разных) объединяются, образующаяся молекула имеет возможность существовать в любом из трех состояний вещества в условиях стандартного давления и температуры.Фактор, который контролирует и определяет состояние, зависит от межмолекулярных сил (ММП), которые удерживают два атома / молекулы вместе, когда данная молекула присутствует в большом количестве. В общем, за некоторыми исключениями, тенденция такова, что более слабая IMF приведет к образованию газообразного состояния, умеренно более сильная IMF приведет к жидкому состоянию, однако очень сильная IMF приведет к твердому состоянию вещества для полученной молекулы.

3 кв. Как твердое состояние вещества классифицируется по типу межмолекулярных сил между атомами / молекулами?

A3. См. Следующую таблицу для классификации твердого состояния на основе типа межмолекулярных сил (IMF):

Тип	Межмолекулярные силы			Свойства и примеры
молекулярные	london дисперсия диполь-диполь водородная связь			мягкая, низкая-умеренная температура плавления, плохая теплопроводность и электрическая проводимость. примеров: Ar, CH 4 , сахароза, сухой лед (CO 2 ).
ковалентные	ковалентные связи			очень твердая, высокая температура плавления, переменная тепловая и электрическая проводимость. примеров: алмаз, кварц
ионный	электростатическое притяжение			твердый и хрупкий, высокая температура плавления, плохая теплопроводность и электрическая проводимость. примеров: типичных солей
металлических	атомов			от мягких до очень твердых, от низкой до очень высокой температуры плавления, отличной теплопроводности и электропроводности, пластичности и пластичности. примеров: золота, серебра, меди и т. Д.

Q4. Что такое кристаллическое твердое вещество? Как кристаллизуется материя? Как твердое тело образует монокристаллы и поликристаллы?

A4. Кристаллическое твердое тело – это любое твердое тело, в котором атомы, ионы или молекулы упорядочены в четко определенных трехмерных структурах. Кристаллические твердые тела обычно имеют плоские блестящие поверхности или грани, которые расположены под определенным углом друг к другу. Упорядоченное расположение атомов, ионов или молекул, образующих эти грани, также приводит к тому, что твердые тела имеют очень правильную форму. Кварц и алмаз – два обычных кристаллических вещества.

Любое соединение, которое затвердевает в виде кристаллического твердого вещества, в природе встречается в виде поликристаллического твердого вещества и редко в виде монокристалла.Атомы, ионы или молекулы сначала образуют поликристаллическое твердое тело, которое затем растет, образуя монокристалл. Для образования поликристаллического твердого вещества должно быть достаточное количество атомов, присутствующих в непосредственной близости друг от друга, которые при затвердевании образуют конгломерат, который приводит к образованию поликристаллов. Однако если это затвердевание и конгломерация происходит в химической системе, которая содержит избыток одного атома / молекулы, образующиеся поликристаллы действуют как «затравка», над которой большее количество атомов / молекул связывается вместе, увеличивая размер, чтобы сформировать более крупный монокристалл. .

Следующий раздел >> Основы дифракции рентгеновских лучей

Дифракция и закон Брэгга – химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Рентгеновская дифракция и закон Брэгга
   1. Как создаются дифракционные картины?
      1. Конструктивное vs.Деструктивная интерференция
   2. Закон Брэгга и дифракция

Взгляните на диаграмму ниже:

1. Когда рентгеновские лучи взаимодействуют с отдельной частицей, они равномерно рассеивают падающий луч в всех направлениях.
2. Когда рентгеновские лучи взаимодействуют с твердым материалом, рассеянные лучи могут складываться в нескольких направлениях и усиливать друг друга, вызывая дифракцию. Регулярность материала отвечает за дифракцию лучей.

Вероятно, вы уже видели дифракцию раньше. Например, если вы посмотрите на компакт-диск под воздействием белого света, вы увидите, что он дифрагирует на разные длины волн цвета. Ямки (или бороздки) на компакт-диске – это регулярность материала, вызывающая дифракцию.

изображений Google: outreach.atnf.csiro.au

Дифракция может возникать, когда любое электромагнитное излучение взаимодействует с периодической структурой. Расстояние повторения периодической структуры должно быть примерно той же длины волны излучения.Например, свет может дифрагировать решеткой, имеющей линии разметки, расположенные по порядку длины волны света.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Итак, если все электромагнитное излучение может дифрагировать, почему рентгеновские лучи используются в кристаллографии?

Рентгеновская дифракция и закон Брэгга

Рентгеновские лучи имеют длину волны порядка нескольких ангстрем (1 ангстрем = 0,1 нм). Это типичное межатомное расстояние в кристаллических твердых телах, делающее рентгеновские лучи правильным порядком величины для дифракции атомов кристаллических материалов.

Как создаются дифракционные картины?

Когда рентгеновские лучи рассеиваются кристаллическим твердым телом, они могут конструктивно мешать, создавая дифрагированный луч. Что это значит?

Конструктивное и разрушительное вмешательство

Интерференция возникает между волнами, рассеиваемыми атомами, когда кристаллические твердые тела подвергаются воздействию рентгеновских лучей. Есть два типа интерференции в зависимости от того, как волны перекрывают друг друга.

Конструктивная интерференция возникает, когда волны движутся синхронно друг с другом.Деструктивная интерференция возникает, когда волны не совпадают по фазе.

Эта конструктивная интерференция приводит к появлению дифракционных картин.

Закон Брэгга и дифракция

Отношение, описывающее угол, под которым луч рентгеновских лучей определенной длины волны дифрагирует от кристаллической поверхности, было обнаружено сэром Уильямом Х. Брэггом и сэром У. Лоуренсом Брэггом и известно как закон Брэгга

\ [\ mathrm {2d \ sin θ = nλ} \]

λ = длина волны рентгеновского излучения

θ = угол рассеяния

n = целое число, представляющее порядок дифракционного пика.

d = межплоскостное расстояние (например, атомов, ионов, молекул)

Нажмите на следующее изображение ниже, чтобы перейти к апплету, в котором вы можете изучить взаимосвязь закона Брэгга

.

www.eserc.stonybrook.edu/ProjectJava/Bragg/

Руководство по использованию апплета: Два луча падают на два атомных слоя кристалла (d). Вначале рассеянные лучи синфазны и конструктивно мешают. Закон Брэгга выполняется, и возникает дифракция.Если вы нажмете кнопку подробностей, вы увидите детектор, который измеряет, насколько хорошо совпадают фазы двух лучей. Зеленый цвет индикатора указывает на выполнение закона Брэгга. Вы можете изменить три переменные (d, λ и θ), чтобы увидеть, как они влияют на дифракцию.

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \): размер элементарной ячейки из данных дифракции

Дифрактограмму металлической меди измеряли с помощью рентгеновского излучения с длиной волны 1,315 Å. Пик дифракции Брэгга первого порядка был обнаружен при угле 2 theta, равном 50.5 градусов. Рассчитайте расстояние между дифрагирующими плоскостями в металлической меди.

Определение дифракции – химический словарь

Что такое дифракция?

Дифракция – это волновое свойство электромагнитного излучения, которое заставляет излучение изгибаться при прохождении через край или отверстие. Эффекты дифракции усиливаются по мере приближения физического размера апертуры к длине волны излучения.Дифракция излучения приводит к интерференции, которая создает темные и яркие кольца, линии или пятна, в зависимости от геометрии объекта, вызывающего дифракцию. Общие эффекты интерференции для видимого света – это радужный узор, создаваемый масляной пленкой на мокром асфальте, и дифракция света от узкой щели или дифракционной решетки. Методы дифракции

Определенная длина волны излучения будет конструктивно мешать при частичном отражении между поверхностями, которые создают разность хода, равную целому числу длин волн.Это состояние описывается законом Брэгга: n = 2dsin, где n – целое число, лямбда – длина волны излучения, d – расстояние между поверхностями, а тета – угол между излучением и поверхностями. Это соотношение демонстрирует, что интерференционные эффекты наблюдаются только тогда, когда излучение взаимодействует с физическими размерами, которые примерно равны длине волны излучения.

Интерференция излучения между атомными плоскостями в кристалле

Эти интерференционные эффекты полезны для определения размеров твердых материалов и, следовательно, кристаллических структур.Поскольку расстояние между атомами или ионами составляет порядка 10-10 M (1 Å), для дифракционных методов требуется излучение в рентгеновской области электромагнитного спектра или пучки электронов или нейтронов с аналогичной длиной волны. Электроны и нейтроны обычно считаются частицами, но у них есть волновые свойства, длина волны которых зависит от энергии частиц, как описано уравнением де Бройля. Три метода дифракции имеют разные свойства, которые более подробно описаны в отдельных документах.Например, глубины проникновения трех типов лучей совершенно разные: нейтроны> рентгеновские лучи> электроны.

Схема определения кристаллической структуры методом дифракции Связанные темы

• Дифракция электронов
• Дифракция нейтронов
• Дифракция рентгеновских лучей

Определение дифракции в химии.

Примеры дифракции в следующих темах:

• Интерференция и дифракция

  • Интерференция и дифракция – это термины, которые описывают волну, взаимодействующую с чем-то, что изменяет ее амплитуду, например, с другой волной.
  • Дифракция относится к различным явлениям, которые происходят, когда волна встречает препятствие.
  • Эффекты дифракции часто наблюдаются в повседневной жизни.
  • Наиболее яркие примеры дифракции – это дифракция света; например, близко расположенные дорожки на CD или DVD действуют как дифракционная решетка , образуя знакомый радужный узор, наблюдаемый при взгляде на диск.
  • В то время как дифракция возникает всякий раз, когда распространяющиеся волны сталкиваются с такими изменениями, ее эффекты обычно наиболее выражены для волн, длина волны которых примерно аналогична размерам дифрагирующих объектов .

• Определение атомных структур с помощью рентгеновской кристаллографии

  • Рентгеновские лучи дифрагируют, образуют характерный узор, который вызывает отражения, темные пятна на детекторе, которые представляют собой места, где произошла конструктивная интерференция дифрагированного света .
  • Кристалл обычно поворачивают относительно разных осей и снова снимают рентгеновскими лучами, так что регистрируются дифракционных картинок рентгеновских лучей, попадающих на кристалл под всеми углами.
  • Дифракция рентгеновских лучей Данные оказались полезными для идентификации структур белковых частей вирусов, таких как ВИЧ, что сыграло важную роль в разработке лекарств, которые могут специфически воздействовать на необходимый механизм вируса для его жизненного цикла.
  • Рентгенограмма дифракции кристаллизованной белковой молекулы.
  • При облучении рентгеновским излучением кристаллы демонстрируют характерную дифракционную диаграмму .

• Длина волны де Бройля

  • Была измерена угловая зависимость интенсивности отраженных электронов, и было определено, что она имеет ту же дифракционную картину , что и предсказанные Брэггом для рентгеновских лучей.
  • До принятия гипотезы де Бройля дифракция была свойством, которое, как считалось, проявлялось только волнами.
  • Следовательно, наличие каких-либо дифракционных эффектов на материи демонстрирует волнообразную природу материи.
  • Эксперименты с дифракцией Френеля , и зеркальным отражением нейтральных атомов подтверждают применение гипотезы де Бройля к атомам, то есть существование атомных волн, которые претерпевают дифракцию , интерференцию и допускают квантовое отражение хвостами притягивающего потенциала.
  • В 1999 году группа исследователей в Вене продемонстрировала дифракцию для молекул размером с фуллерены.

• Аморфные твердые тела

  • В атомном масштабе трудно различить два разных типа даже с использованием передовых аналитических методов, таких как рентгеновская дифракция и просвечивающая электронная микроскопия.

• Длина скрепления

  • Дифракция рентгеновских лучей молекулярных кристаллов позволяет определять трехмерную структуру молекул и точно измерять межъядерные расстояния.

• Хром

  • Как подтверждено дифракцией рентгеновских лучей , также была описана пятичастная связь Cr-Cr (длина 183,51 (4) мкм).

• Свойства волн и света

  • Однако, когда этот эксперимент с одной щелью фактически выполняется, узор на экране представляет собой узор дифракции , в котором рассеивается свет.

• Кристаллические твердые тела

  • Дифракция рентгеновских лучей Данные показали, что полиморф с более низкой температурой плавления является моноклинным, пространственная группа P2.

• Вторичные и третичные структуры ДНК

  • Розалинда Франклин, работающая в Королевском колледже в Лондоне, получила данные дифракции рентгеновских лучей, свидетельствующие о наличии длинной спиральной структуры однородной толщины.

.