ноструктурного аналізу. Завдяки рентгенівським установкам і комп'ютерам визначення розташування атомів навіть у складному кристалі стало майже рутинною справою.
Якого ж роду інформацію про структуру кристала може дати рентгеноструктурний аналіз? Рентгенівське випромінювання - це електромагнітні хвилі, електричні поля яких взаємодіють із зарядженими частинками, а саме з електронами і атомами твердого тіла. Оскільки маса електронів значно менше маси ядра, рентгенівське випромінювання ефективно розсіюється тільки електронами. Таким чином, рентгенограма дає інформацію про розподілі електронів. Знаючи напрями, в яких діфрагіровать випромінювання, можна визначити тип симетрії кристала або кристалічний клас (кубічний, Тетрагональна і т.д.), а також довжини сторін елементарної комірки. За відносної інтенсивності дифракційних максимумів можна визначити положення атомів в елементарній комірці.
По суті дифракційна картина являє собою математично перетворену картину розподілу електронів в кристалі - фур'є-образ. Отже, вона несе інформацію і про структуру хімічних зв'язків між атомами. Нарешті, розподіл інтенсивності в одному дифракційному максимумі дає інформацію про розмір кристалітів, а також про несовершенствах (дефектах) решітки, механічних напругах і інших особливостях кристалічної структури [1].
2. Кристалічна структура і дифракція
Кристал - дискретна тривимірна періодична просторова система частинок. Макроскопічно це проявляється в однорідності кристала і його здатності до самоогранке плоскими гранями зі строго постійними двогранними кутами. Мікроскопічно - кристал може бути описаний як кристалічна решітка, тобто правильно періодично повторюється система точок (центрів тяжіння частинок, що складають кристал), описувана трьома некомпланарних осьовими трансляціями і трьома осьовими кутами (рис.3).
В
Рис.3 Трансляційна осередок і пучок трансляцій
Розрізняючи рівні і нерівні за абсолютною величиною трансляції, рівні, нерівні, прямі непрямі осьові кути, можна розподілити всі кристалічні решітки за семи кристалічним системам (сингоніям) наступним чином:
Трікліннаяa в‰ b в‰ cО± в‰ ОІ в‰ Оі в‰ 90 0
Монокліннаяa в‰ b в‰ cО± = Оі = 90 0 ОІ в‰ 90 0
Ромбіческаяa в‰ b в‰ cО± = ОІ = Оі = 90 0
Трігональнаяa = b = сО± = ОІ = Оі в‰ 90 0
Тетрагональнаяa = b в‰ сО± = ОІ = Оі = 90 0
Гексагональнаяa = b в‰ сО± = ОІ = 90 0 Оі = 120 0
Кубіческаяa = b = сО± = ОІ = Оі = 90 0
Однак якщо врахувати трансляційну симетрію, то виникають 14 трансляційних груп, кожна з яких утворює решітку Браве.
Решітка Браве - нескінченна система точок, що утворюється трансляційним повторенням однієї точки. Будь-яка структура кристала може бути представлена ​​однією з 14 решіток Браве. При малих швидкостях зародження і зростання виникають великі одиночні монокристали. Приклад: мінерали. При високих швидкостях утворюється полікристалічний конгломерат. Приклад: метали і сплави. Далекий порядок, притаманний кристалам, зникає при переході до аморфним тілам і рідин, в яких є лише ближній порядок в розташуванні частинок.
Перевага рентгеноструктурного аналізу в його високій вибірковості. Якщо монохроматичне пучок рентгенівського випромінювання падає в довільному напрямку на монокристал, можна спостерігати що виходить (але не діфрагіровать) пучок в тому ж напрямку. Дифраговані пучки виникають лише за кількох строго певних (дискретних) кутах падіння щодо кристалографічних осей. Ця умова лежить в основі методу обертання кристала, в якому допускається обертання монокристалу щодо певної осі, причому точно визначаються ті напрямки, для яких спостерігається дифракція.
В інших експериментах можуть використовуватися порошкоподібні кристалічні зразки і монохроматичне пучок; - такий метод носить назву Дебая - Шеррер. У цьому випадку мається безперервний спектр орієнтацій окремих кристалітів, але досить інтенсивні дифраговані пучки дають лише кристаліти з певною орієнтацією. Порошковий метод не вимагає вирощування великих монокристалів, в чому і полягає його перевага перед методами Лауе і обертання кристала. У методі Лауе використовуються монокристал і пучок рентгенівського випромінювання, що володіє безперервним спектром, так що кристал як б сам вибирає підходящі довжини хвиль для освіти дифракційних картин.
Хоча рентгеноструктурний аналіз є найстарішим методом вивчення твердих тіл на атомному рівні, він продовжує розвиватися і вдосконалюватися. Одне з таких удосконалень полягає в застосуванні електронних прискорювачів в якості потужних джерел рентгенівського випромінювання - синхротронного випромінювання. Синхротрон - це прискорювач, який зазвичай використовується в ядерній фізиці для роз...
